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      基于智能圖像拼接的圖像XY掃描系統(tǒng)

      2024-12-28 00:00:00董墨濃高凱
      中小學(xué)信息技術(shù)教育 2024年13期

      作品構(gòu)思

      近年來人工智能技術(shù)快速發(fā)展,隨之而來的是技術(shù)的應(yīng)用變得更加廣泛,不僅體現(xiàn)在人們的日常生活中,也體現(xiàn)在科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的圖像掃描分析是以載玻片或培養(yǎng)皿為載體,經(jīng)過在顯微鏡下的重復(fù)掃描與拼接,來檢測如血液、植物切片、水中雜質(zhì)水藻等樣本。這種基于顯微鏡成像的檢測手段需要花費(fèi)較高的時(shí)間成本,且需要操作人員具有一定的專業(yè)知識(shí)。

      基于智能圖像拼接的圖像XY掃描系統(tǒng)主要針對(duì)上述問題運(yùn)用圖像拼接算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)電子顯微鏡的改造與提升,讓其能夠在科研中體現(xiàn)出更加便捷的功能,進(jìn)一步減少人工成本。在現(xiàn)代醫(yī)療、環(huán)境檢測、水質(zhì)分析等領(lǐng)域中,高精度和大觀測視野的顯微鏡成像是后續(xù)研究與應(yīng)用的必要前置條件。為克服顯微鏡成像觀測視野與觀測精度的局限性,項(xiàng)目將攝像頭拍攝到的25張微觀圖片拼接成一張大圖,如此一來既能夠看到微觀的細(xì)節(jié),又能夠看到圖片的全貌。

      制作過程

      項(xiàng)目的制作過程主要包括以下幾個(gè)步驟。

      (1)項(xiàng)目目標(biāo)確定和資料查閱。項(xiàng)目的選題創(chuàng)意源于我們在生物實(shí)驗(yàn)課上使用顯微鏡時(shí)發(fā)現(xiàn)高倍鏡與低倍鏡呈現(xiàn)的圖像各有優(yōu)勢,但無法在一張圖片上展示。我們希望通過技術(shù)手段將兩者優(yōu)勢集于一身。查閱資料的過程中發(fā)現(xiàn)這個(gè)選題有一定的新意。

      (2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)目確定的研究目標(biāo),確定項(xiàng)目由幾個(gè)子系統(tǒng)組成。即XY掃描平臺(tái)子系統(tǒng)、圖像采集子系統(tǒng)、自動(dòng)識(shí)別標(biāo)定、圖像處理算法子系統(tǒng)等。以XY掃描平臺(tái)為硬件基礎(chǔ),使用載物臺(tái)帶動(dòng)被檢物體實(shí)現(xiàn)沿X方向與Y方向的移動(dòng),為了能夠更加準(zhǔn)確地控制移動(dòng)位置,采用步進(jìn)電機(jī)作為移動(dòng)平臺(tái)a9ca7af93beaa1409bb421b8f964249f975ab48fb85d6ad2956892177ef5f2e3的主要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)。圖像采集子系統(tǒng)由顯微物鏡、棱鏡、CCD光學(xué)相機(jī)等硬件構(gòu)成,在運(yùn)行過程中圖像采集系統(tǒng)快速采集被檢物體低分辨率圖d6aa9e591dfe46ad411021b079d702d6483a3d564440f66d75f9bc0b9e6439aa像,采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)目標(biāo)圖像特征進(jìn)行自動(dòng)提取與標(biāo)定,并自動(dòng)劃分需高倍掃描區(qū)域,最終使用SURF修正圖像處理算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同清晰度的圖像拼接。

      (3)原型設(shè)計(jì)與制作。根據(jù)確定的項(xiàng)目目標(biāo)和各個(gè)子系統(tǒng)的功能,運(yùn)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維將各個(gè)子系統(tǒng)的功能逐一實(shí)現(xiàn)。使用步進(jìn)電機(jī)完成對(duì)XY移動(dòng)平臺(tái)的控制,使用串口通訊的方式完成作品拍攝的圖片與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

      (4)作品調(diào)試。完成作品的制作以后,我們根據(jù)預(yù)期目標(biāo)對(duì)作品進(jìn)行調(diào)試,保證能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能。

      創(chuàng)新點(diǎn)

      該項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下三個(gè)。(1)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新:采用X軸Y軸協(xié)同配合的方式,對(duì)目標(biāo)玻片進(jìn)行“S”路徑掃描,最大程度獲取圖片信息。(2)應(yīng)用創(chuàng)新:將圖像拼接技術(shù)應(yīng)用于微觀的細(xì)胞觀察。(3)技術(shù)創(chuàng)新:使用rgb三通道中r通道色彩求平均值,再通過計(jì)算面積的方式過濾過大或者過小的目標(biāo),最終實(shí)現(xiàn)異常細(xì)胞的標(biāo)定。

      功能展示

      點(diǎn)擊電腦中的“運(yùn)行”按鈕,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行,在確定的位置完成對(duì)焦和圖片拍攝,將25張高倍鏡拍攝的圖片拼接成一張大圖。

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