[00944418]生物医学工程中大范围多目标、运动目标的显微视觉反馈与定位研究

一针对光轴方向“深远”范围内定位问题，实现了离焦状态显微图像的深度信息和平面位置信息的提取，并利用基于离焦状态模糊显微图像反馈的全自动双针互插实验验证了上述方法的有效性和实时性，从而将微操作机器人的工作空间在Z方向(光轴方向)进行了拓展。应用前景：将系统辨识技术引入显微图象处理，拓宽了系统辨识技术的应用领域。早期的自动微操作，由于目标三维位置获取困难，是让微操作机器人模拟人工方式“眼看”、“手调”完成的；只是“眼看”变成图象反馈，“手调”由控制器操纵机械臂完成。该项研究成果在离焦状态显微图像三维位置信息提取基础上，完成了基于笛卡尔坐标的微操作全自动实验；是首次严格机器人学意义上的按操作空间坐标完成的全自动微操作。与此同时，极大地拓展了微操作机器人系统光轴方向的操作空间(拓展60倍)。二针对显微图像平面视野狭小问题，提出了基于操作域地图的多目标微操作的视觉反馈方案，建立了不同分辨率层次上的多目标定位策略并进行了系统实现。应用前景：厘米级的视野进入了人眼感知的尺度，改变了显微镜只能观察微米级目标的现状。微米级目标第一次有了相对于微操作台的绝对坐标。同时满足了大视野和高的显示精度，为生物工程中细胞群体行为研究提供了技术手段；为微操作复杂作业研究奠定了基础。三针对显微目标在光轴方向游离出景深范围问题，实现了基于Canny边缘检测的显微图像复原算法，确保在高噪声级别下仍能得到较好的图像复原效果。应用前景：光学显微镜广泛应用于生物、物理、化学等领域，然而，光学系统点扩散函数的特性导致显微图像不可避免地存在模糊，这实际上是一种图像退化。该项目实现的显微图像复原算法，可在一定程度上改善显微镜的观察结果，为实现精确微操作打下了坚实的基础。四针对显微目标游离出屏幕视野问题，提出了基于小波变换的显微视频目标监控策略，设计并实现了“细胞观测中的三维自动跟踪”实验。应用前景：基于小波变换的显微视频目标监控策略较好地解决多目标的交叉与部分遮挡问题，对于非刚性目标的尺度变化和在一定范围内的变形也有较好的鲁棒性，同时也满足了显微视觉伺服对图像处理速度的需求，使微操作的自动化作业成为可能。