微操作機(jī)器人系統(tǒng)光軸方向有效操作空間的拓展.pdf

1、微操作機(jī)器人系統(tǒng)是機(jī)器人技術(shù)向微細(xì)操作領(lǐng)域的延伸，在具有高操作精度的同時(shí)，還要求有相對(duì)大的操作空間。從機(jī)電系統(tǒng)角度看，微操作機(jī)器人系統(tǒng)的操作空間為厘米級(jí)，然而，其有效操作空間依賴于顯微視覺系統(tǒng)的顯微圖像處理能力：尤其在光軸方向，受到顯微鏡景深的限制，有效操作空間僅為微米級(jí)，大大限制了微操作的推廣。本文的工作即圍繞微操作機(jī)器人光軸方向有效操作空間拓展這一核心問(wèn)題而展開，在分析顯微物鏡成像原理的基礎(chǔ)上，深入研究了微操作工具的深度信息提取，提

2、出并實(shí)現(xiàn)了兩種基于不同光學(xué)成像模型的深度信息提取方法。 首先介紹了基于高斯成像模型的深度信息提取原理，并針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程中常用的微操作工具——微針，詳細(xì)分析了在處理微針圖像中需要進(jìn)行的特殊處理，最終實(shí)現(xiàn)了微針深度信息的實(shí)時(shí)提取。之后，針對(duì)40×顯微物鏡，設(shè)計(jì)并完成了基于高斯成像模型的深度信息提取實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法提取一個(gè)深度值僅需0.1～0.2s，深度提取標(biāo)準(zhǔn)差為2～3μm，在精度上和速度上都達(dá)到了在線應(yīng)用水平。進(jìn)一步，

3、本文將此深度信息提取方法向低倍數(shù)顯微物鏡擴(kuò)展，取得了較好的結(jié)果。 其次，為了提高深度信息提取精度，本文引入了衍射光學(xué)模型，給出了基于離焦光學(xué)傳遞函數(shù)的深度信息提取方法，最終完成了各種顯微鏡倍數(shù)下的深度信息提取實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與同等條件下基于高斯成像模型的深度信息提取相比，該方法的提取精度得到改善，在40×顯微物鏡下，深度提取標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到了2μm。 最后，基于上述深度信息提取方法，本文完成了基于離焦?fàn)顟B(tài)模糊顯微圖像反饋的