一种基于ZynqMP平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法与流程

一种基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法
技术领域
1.本发明涉及自动对焦领域，具体涉及一种基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法。


背景技术：

2.现有技术中，镜头与被荧光分子的拍摄目标之间距离测量主要采用手动对焦或是红外摄像拍摄的方式；其中，手动对焦由于长时间的人为操作以及相应的机器繁琐操作后，其精度误差较大，效率较低；而红外摄像拍摄的方式，往往需要将摄像头而外搭配红外光设备以及相应的电脑端，其存在对焦成本高，图像信号装转换复杂的问题。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法，其目的在于解决现有荧光分子对焦测量中，存在的精度误差大、效率低、设备成本高以及信号转换复杂的问题，从而实现精度误差小、效率高、成本低以及信号转换便捷的目的。
4.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法，系统包括信号处理器、摄像模块及移动模块；所述信号处理器采用zynqmp平台，所述摄像模块用于拍摄荧光分子图像并发送图像信号至所述信号处理器，所述信号处理器接收所述图像信号并在zynqmp平台上进行信号处理，输出细调信号至所述移动模块；所述移动模块用于接收所述细调信号并调节所述摄像模块对图像进行自动对焦。
6.所述信号处理器包括ps单元、寄存器单元及pl单元，所述ps单元与所述pl单元之间通过寄存器单元进行信号传输；所述ps单元接收所述移动模块发送的对焦预备信号，所述ps单元通过所述寄存器单元发送对焦预备指令至所述pl单元，所述pl单元用于对所述图像信号进行实时处理。
7.所述移动模块包括手柄与音圈电机，所述手柄的输出端输出所述对焦预备信号至所述ps单元，所述手柄的输入端接收所述pl单元发送的所述细调信号，所述手柄的控制端连接所述音圈电机。
8.所述摄像模块包括光圈镜片与图像传感器，所述光圈镜片安装于所述音圈电机上，所述图像传感器通过所述光圈镜片采集所述图像信号，所述图像传感器发送所述图像信号至所述pl单元。
9.所述摄像模块还包括遮光片，所述遮光片设置于所述音圈电机与所述图像传感器之间。
10.进一步地，所述ps单元设有gme端口，所述pl单元设有lvds端口及sdi端口；所述ps单元通过所述gme端口连接所述手柄的输出端，所述pl单元通过所述lvds端口连接所述图
像传感器，所述pl单元通过所述sdi端口连接所述手柄的输入端。
11.所述ps单元包括rstp子单元及sd子单元；rstp子单元用于存储数据通讯协议，所述sd子单元用于存储通讯数据；所述gme端口连接所述rstp子单元、sd子单元及寄存器单元。
12.所述pl单元包括dma子单元、bayer子单元及isp子单元，所述dma子单元的第一端连接所述bayer子单元，所述dma子单元的第二端连接所述spi子单元；所述lvds端口连接所述bayer子单元，所述sdi端口连接所述isp子单元。
13.进一步地，所述dma子单元与所述寄存器单元之间通过axi-hp内部接口连接。
14.基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的方法包括：
15.所述手柄输出对焦预备信号至所述ps单元；
16.所述ps单元接收所述对焦预备信号后，输出所述对焦预备指令至所述pl单元，所述pl单元开始对所述图像信号进行清晰度检测；同时，所述手柄控制所述音圈电机进行粗调；
17.在所述pl单元进行清晰度检测时，当检测所述图像信号的清晰度达到峰值后，所述手柄控制所述音圈电机进入细调模式，进而确定荧光分子对焦的最终距离；其中，当检测所述图像信号的清晰度未达到峰值时，所述音圈电机保持粗调；
18.所述pl单元进行清晰度检测时，采用灰度值方差计算方式。
19.相比现有技术，本发明的有益效果在于：信号处理器采用zynqmp平台，与摄像模块以及移动模块相搭配，其设备成本低；摄像模块将采集的图像信号发送至信号处理模块，从而信号处理模块可直接对图像信号进行清晰度检测等信号处理，其信号处理较为便捷；移动模块可进行粗调，增加图像信号的清晰度；同时，信号处理模块通过灰度值方差进一步对图像信号进行清晰度检测，在其清晰度达到峰值时，控制移动模块进行细调，最终确定拍摄荧光分子的对焦距离，采用灰度值方差的计算方式，其误差小，且效率较高。
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
21.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
22.图1为本发明的实施例的一种基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法的结构示意图；
23.图2为本发明的实施例的粗调及细调的参数数据图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
25.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各,细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下
进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
26.一种基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的系统及方法；
27.如图1所示，系统包括信号处理器1、摄像模块2及移动模块3；信号处理器1采用zynqmp平台，摄像模块2用于拍摄荧光分子图像并发送图像信号至信号处理器1，信号处理器1接收图像信号并在zynqmp平台上进行信号处理，输出细调信号至移动模块3；移动模块3用于接收细调信号并调节摄像模块2对图像进行自动对焦。
28.信号处理器1包括ps单元10、寄存器单元11及pl单元12，ps单元10与pl单元12之间通过寄存器单元11进行信号传输；ps单元10接收移动模块3发送的对焦预备信号，ps单元10通过寄存器单元11发送对焦预备指令至pl单元12，pl单元12用于对图像信号进行实时处理。
29.具体的，ps单元10包括rtsp子单元100及sd子单元101；rtsp子单元100用于存储数据通讯协议，sd子单元101用于存储通讯数据；pl单元12包括dma子单元120、bayer子单元121及isp子单元122，dma子单元120用于pl单元12直接访问寄存器单元11，bayer子单元121用于对图像信号转换为bayer格式数据，isp子单元122用于对图像信号进行清晰度检测处理。
30.进一步地，dma子单元120的第一端连接bayer子单元121，dma子单元120的第二端连接spi子单元；dma子单元120与寄存器单元11之间通过axi-hp内部接口连接，pl单元12与ps单元10之间可实现快速地进行数据访问。
31.移动模块3包括手柄30与音圈电机31，手柄30的输出端输出对焦预备信号至ps单元10，手柄30的输入端接收pl单元12发送的细调信号，手柄30的控制端连接音圈电机31。
32.进一步地，手柄30通过串口数据线进行信号传输。
33.摄像模块2包括光圈镜片20与图像传感器21，光圈镜片20安装于音圈电机31上，图像传感器21通过光圈镜片20采集图像信号，图像传感器21发送图像信号至pl单元12。
34.摄像模块2还包括遮光片22，遮光片22设置于音圈电机31与图像传感器21之间，遮光片22用于遮挡荧光分子外的高亮分子。
35.进一步地，ps单元10设有gme端口，pl单元12设有lvds端口及sdi端口；lvds端口连接bayer子单元121，sdi端口连接isp子单元122；gme端口连接rtsp子单元100、sd子单元101及寄存器单元11；ps单元10通过gme端口连接手柄30的输出端，pl单元12通过lvds端口连接图像传感器21，pl单元12通过sdi端口连接手柄30的输入端。
36.基于zynqmp平台的荧光分子影像高速自动对焦的方法，其包括：
37.手柄30的输出端输出对焦预备信号至ps单元10的gme端口。
38.ps单元10接收对焦预备信号，并通过寄存器单元11发送对焦预备指令至pl单元12。
39.图像传感器21通过光圈镜片20实时拍摄荧光分子图像，并将图像信号传输至pl单元12的lvds端口。
40.手柄30通过控制端控制音圈电机31进行前后移动，从而对图像信号进行粗调。
41.pl单元12接收对焦预备指令后，pl单元12对图像信号进行清晰度检测；其中，清晰
度的检测采用灰度值方差的计算方式。
42.当pl单元12检测图像信号的清晰度达到峰值后，返回检测指令，并通过sdi端口输出细调信号至手柄30；当pl单元12未检测到图像信号的清晰度峰值时，音圈电机31保持对图像信号的粗调。
43.如图2所示，其中，清晰度峰值设置为1700，通过粗调调节焦距使得清晰度峰值满足1700后，则确定粗调完成。
44.手柄30接收细调信号后，控制音圈电机31进入细调模式；音圈电机31进入细调模式后，通过细微微动确定荧光分子对焦的最终距离；其中，通过调节焦距使得清晰度峰值达到2000时，则确定细调模式结束，进而确定对焦的最终距离。
45.信号处理器采用zynqmp平台，与摄像模块以及移动模块相搭配，其设备成本低；摄像模块将采集的图像信号发送至信号处理模块，从而信号处理模块可直接对图像信号进行清晰度检测等信号处理，其信号处理较为便捷；移动模块可进行粗调，增加图像信号的清晰度；同时，信号处理模块通过灰度值方差进一步对图像信号进行清晰度检测，在其清晰度达到峰值时，控制移动模块进行细调，最终确定拍摄荧光分子的对焦距离，采用灰度值方差的计算方式，其误差小，且效率较高。
46.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。