一种光镊系统中的微球自动捕获方法与流程

文档序号:12177966阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光镊系统中的微球自动捕获方法,包括如下步骤:

1)光镊系统初始化,设置光阱位置,设定CCD曝光时间、帧率、图像格式,设定微纳米位移台初始位置、最大移动速度、加速度参数;

2)设定图像初始背景;

3)预设路径,根据路径控制微米位移台进行搜索;

4)对每帧图像处理,当视场存在微球,输出微球位置、直径、ID特征,具体步骤包括:

(1)采用背景差分法,去除背景的干扰,背景图像需要每隔5帧对背景与当前帧进行一次平均运算作为新的背景,若当前帧存在微球,则将微球的位置除掉,再对背景进行更新,得到背景差分图像;

(2)使用全局固定阈值对背景差分图像二值化;

(3)采用形态学处理方法,对二值图像进行闭运算,得到粒子填充图案;

(4)进行粒子轮廓的提取以及轮廓外接圆的拟合,初步得到单帧图像的粒子轮廓位置信息;

(5)获得首帧含有粒子图像后,对每个粒子进行编号,每个粒子获得唯一的ID;

(6)在下一帧图像中重复粒子提取的过程,然后将两幅图像的粒子的半径与位置信息作为特征向量进行比较,计算两个特征向量的端点距离,端点距离最小的粒子取同一个ID,将未找到匹配结果的粒子取新的编号,当同一ID的粒子连续出现次数达到预设次数,则认为该粒子信息准确并对模块外输出,否则认为是图像噪声,并删除该编号以及相关信息。

5)得到视场内微球的特征后,中断搜索路径生成捕获路径,对粒子按照规划的路径进行PI闭环控制,直至粒子被成功捕获,否则重新返回搜索路径进行搜索,捕获路径的生成算法包括:

(1)在视场中以两个光阱为中心划定两个包含光阱且相邻的矩形区域,根据两个矩形区域的位置关系生成其余几个周边矩形区域,从而将视场分为八个矩形区域,然后将各个区域分别编号;

(2)以所述的几个周边矩形区域的中心为关键点,生成一个通过各个关键点的图形作为粒子的转移路径;

(3)将两个光阱所在点与粒子转移路径使用水平线与竖直线相连,并作为粒子进入光阱的连接路径;

(4)确定目标粒子位置所在的矩形区域,移动到该区域的中心点,从而进入转移路径;

(5)根据粒子要进入的光阱目标,按照就近原则以及优先上方路径的原则,选择连接路径,并通过转移路径进入连接路劲,将粒子转移至目标光阱;

6)在捕获粒子执行后需要判断粒子是否被成功捕获,判定依据通过统计光阱所在矩形区域内的粒子ID的重复出现的次数,当连续数帧某ID的粒子重复出现在光阱所在矩形区域且位置变化小于一定阈值,可认为粒子被成功捕获;

7)当粒子捕获判定成功,则中断捕获路径转入保护模式,对每帧图像进行监测;当捕获粒子附近出现其它多余粒子,需要生成躲避路径。

2.根据权利要求1所述的微球自动捕获方法,其特征在于,7)中躲避路径的生成算法包括:

(1)若多余粒子数大于一,选择与光阱距离最近的粒子作为优先躲避目标,称其为目标粒子;

(2)若目标粒子在移动路径包围区域之外,就近通过水平或垂直移动或将粒子移出视场;

(3)若目标粒子在移动路径包围区域之内,依据目标粒子所在矩形区域,将粒子就近移动至转移路径上,移动方式按照所操作粒子的次序水平移动与竖直移动交替进行;

(4)确定移动路径包围的区域内部没有粒子时,将视场内的多余粒子就近水平或竖直移动至视场外。

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