面向复杂微操作的显微视觉自动化方法与技术的研究

Theory and technology of the micro-operation and its system is currently a hot issue in micro-nano and robotics research, its research to contribute to human exploration and operation of the microscopic world..Form the angle of measuring and controlling, a solution for the micro-vision automation is proposed to meet the requirement of the batch quantity and efficiency in the complexity micro-operation. Based on the previous research in those fields of micro-operation and micro-vision, some key problems are researched, such as depth-of-field extending, field of vision widening, positioning of macro tools and micro targets, and the vision servo structure and its algorithm. To effectively solve the automation and real-time problem, a set of the automatic methods and techniques is achieved for the micro-vision image acquisition and servo control..This research project is of great significance for improving the automation level of the micro-operation system, enhancing its adaptability of task, promoting its practical course. The scientific significance of this project is that the research on the automation method of microscopic develops the theory and technique of micro-vision guiding and servo control in the micro-operation field.

微操作及其系统的理论和技术是当前微纳和机器人研究领域的热点问题，对其的研究有助于人类对微观世界的探索和操作。.面向复杂化微操作的批量化、效率化所提出的微操作系统自动化要求，从检测与控制角度，提出显微视觉自动化的解决方案。研究显微视觉自动化所涉及关键问题，包括景深延伸、视野拓展、宏观工具及分布多目标的识别与定位以及伺服控制。为解决显微视觉系统自动化和实时性难题，形成一套完备的自动化方法和技术。.项目的研究对提高微操作系统的自动化水平、增强其任务适应能力、推动其实用化进程具有重要意义。项目的科学意义还在于，探讨显微视觉的自动化方法，有助于从新的角度发展微操作领域内的视觉引导与伺服控制理论与技术。

本项目面向复杂化微操作的批量化、效率化所提出的微操作系统自动化要求，从操作空间信息获取与控制角度，提出显微视觉自动化的解决方案。研究显微视觉自动化所涉及关键问题，包括景深延伸、视野拓展、视觉引导与伺服控制，以形成一套解决显微视觉系统自动化的自动化方法和技术。.本项目开展了清晰显微视觉评价与获取方法的研究，提出了基于Wiener滤波器及圆盘函数的离焦模糊图像的复原方法；提出了基于图像分析与神经网络相结合的显微视觉自动调焦算法；通过以上两种途径实现了微观环境下微目标的清晰显微图像的获取，1mm*1mm视野、10倍放大率条件，其对焦精度优于2um。.本项目开展了全局微操作空间获取方法的研究，建立了面向微操作的微操作空间显微图像序列的快速获取方法，以此为基础提出了基于SIFT特征和序列区域的全局显微图像的混合拼接策略及其基于高斯滤波的强制修正算法，实现了5cm*5cm操作空间下分辨率优于5um的全局操作空间的获取，耗时少于1s。.本项目开展了基于视觉的自动化微操作方法的研究，提出了基于宏观视觉引导与微观视觉伺服控制这一视觉系统结构，提出了考虑角度和距离特征的基于图像的视觉伺服控制策略，提出了基于人眼视觉定位与人机视觉交互方法的机器人辅助操作策略。实现了5mm*5mm视场的快速细分与趋近、1mm*1mm范围微目标的识别与定位，操作精度可达5个像素的机器人辅助操作。.本项目面向亚毫米级微零件装配任务，搭建了一种具有宏微复合视觉和采用双手协调结构的微操作机器人样机，通过该样机对所提出的方法进行了验证，样机运行和验证实验表明，本项目所提出的相关方法和算法正确、有效，以此为基础，开展了相关研究内容的集成技术研究，并取得了实验室条件下的初步结果。