基于嵌入式系统自动连续变倍视频显微镜

摘要介绍了文中嵌入式系统总体设计思路，及在连续变倍系统中应用的嵌入式技术，在降低了成本的同时能快速地实现自动变倍、调焦和检测功能。阐述了电控变倍和自动调焦两方面技术，即机械传动部分采用小模数齿轮实现机械运动和动力的传递，单片机电路控制部分实现计数脉冲的获取和电机的控制。该系统可按预先设定的方式控制电机，实现了视频显微镜的电控变倍和自动调焦，可满足部分工业生产过程在线自动检测的要求，同时为机器视觉检验提供了一种可行的方案。
关键词连续变倍视频显微镜；自动调焦；电控变倍；嵌入式系统

在20世纪70年代起出现了国产的连续变倍体视显微镜，由于明显优于间隔变倍类型的体视显微镜，从此在体视显微镜领域占据了主导地位。连续变倍体视显微镜有两种基本形式：一是有一组主物镜中间像平面平行于物镜的平面；二是由格里诺发明的机型，其是由两支完全相同的成对物镜，其光轴夹角在11°～14°间，特点是容易校正像差且成本低。因此后者仍是连续变倍体视显微镜的主流机型。
体视显微镜广泛应用于生物解剖、微生物观察、显微外科、矿物结构观察和工业生产。工业主要应用于电子制造业、半导体以及钟表等精细零部件生产、装配、质量检验方面，对于有些工序是必备的工艺装备。尽管体视显微镜是双目观察且连续变倍，立体感强，仍然容易使操作人员产生疲劳感。随着CCD和CMOS图像传感器的出现且成本不断降低，出现了单筒连续变倍视频显微镜。视频单筒显微镜具有视野宽广、直观真实、操作简单且操作人员不易产生疲劳感的优点而发展迅速。在生产线已有取代双目观察的体视显微镜之趋势。

1 连续变倍视频显微镜及智能化
1．1 连续变倍视频显微镜的工作原理
连续变倍视频显微镜(下称视频显微镜)，始于双目观察式体视显微镜。其光学系统主要由连续变倍物镜、目镜和附加前置物镜3部分组成，如图1所示。其中连续变倍物镜属于低倍物镜范围，是视频显微镜的关键部件。观测物经过光学系统成像于CCD(或CMOS)的光敏面上，图像传感器把光信号转换成电信号(视频信号)，该信号通过电视系统在屏幕CRT屏显或LCD上显示出物体的像。图2为桂电光机电一体化研究所与梧州市澳特光电仪器公司产学合作研发的DT—10单筒连续变倍视频显微镜。在无前置物镜和1×目镜的条件下，变倍比M=1：6．3，0．7～4．5×连续变倍。通过C接口与1／3inch CCD连接后，显微图像在CLD上显示。光学系统还要使用光强可调的LED同轴光照明或环形LED阵列外照明。

1．2 视频显微镜的自动化、智能化改造
(1)问题的提出。机器视觉被工业生产过程在线自动检测广泛应用，连续变倍视频显微镜的“手动调节+视频观察”模式不能适应在线自动检测的要求。