基于嵌入式系統自動連續變倍視頻顯微鏡

摘要 介紹了文中嵌入式系統總體設計思路，及在連續變倍系統中應用的嵌入式技術，在降低了成本的同時能快速地實現自動變倍、調焦和檢測功能。闡述了電控變倍和自動調焦兩方面技術，即機械傳動部分采用小模數齒輪實現機械運動和動力的傳遞，單片機電路控制部分實現計數脈沖的獲取和電機的控制。該系統可按預先設定的方式控制電機，實現了視頻顯微鏡的電控變倍和自動調焦，可滿足部分工業生產過程在線自動檢測的要求，同時為機器視覺檢驗提供了一種可行的方案。
關鍵詞 連續變倍視頻顯微鏡；自動調焦；電控變倍；嵌入式系統

在20世紀70年代起出現了國產的連續變倍體視顯微鏡，由于明顯優于間隔變倍類型的體視顯微鏡，從此在體視顯微鏡領域占據了主導地位。連續變倍體視顯微鏡有兩種基本形式：一是有一組主物鏡中間像平面平行于物鏡的平面；二是由格里諾發明的機型，其是由兩支完全相同的成對物鏡，其光軸夾角在11°～14°間，特點是容易校正像差且成本低。因此后者仍是連續變倍體視顯微鏡的主流機型。
體視顯微鏡廣泛應用于生物解剖、微生物觀察、顯微外科、礦物結構觀察和工業生產。工業主要應用于電子制造業、半導體以及鐘表等精細零部件生產、裝配、質量檢驗方面，對于有些工序是必備的工藝裝備。盡管體視顯微鏡是雙目觀察且連續變倍，立體感強，仍然容易使操作人員產生疲勞感。隨著CCD和CMOS圖像傳感器的出現且成本不斷降低，出現了單筒連續變倍視頻顯微鏡。視頻單筒顯微鏡具有視野寬廣、直觀真實、操作簡單且操作人員不易產生疲勞感的優點而發展迅速。在生產線已有取代雙目觀察的體視顯微鏡之趨勢。

1 連續變倍視頻顯微鏡及智能化
1．1 連續變倍視頻顯微鏡的工作原理
連續變倍視頻顯微鏡(下稱視頻顯微鏡)，始于雙目觀察式體視顯微鏡。其光學系統主要由連續變倍物鏡、目鏡和附加前置物鏡3部分組成，如圖1所示。其中連續變倍物鏡屬于低倍物鏡范圍，是視頻顯微鏡的關鍵部件。觀測物經過光學系統成像于CCD(或CMOS)的光敏面上，圖像傳感器把光信號轉換成電信號(視頻信號)，該信號通過電視系統在屏幕CRT屏顯或LCD上顯示出物體的像。圖2為桂電光機電一體化研究所與梧州市澳特光電儀器公司產學合作研發的DT—10單筒連續變倍視頻顯微鏡。在無前置物鏡和1×目鏡的條件下，變倍比M=1：6．3，0．7～4．5×連續變倍。通過C接口與1／3inch CCD連接后，顯微圖像在CLD上顯示。光學系統還要使用光強可調的LED同軸光照明或環形LED陣列外照明。

1．2 視頻顯微鏡的自動化、智能化改造
(1)問題的提出。機器視覺被工業生產過程在線自動檢測廣泛應用，連續變倍視頻顯微鏡的“手動調節+視頻觀察”模式不能適應在線自動檢測的要求。