基于智能圖像拼接的圖像XY掃描系統

作品構思

近年來人工智能技術快速發展，隨之而來的是技術的應用變得更加廣泛，不僅體現在人們的日常生活中，也體現在科學研究的各個領域中。傳統的圖像掃描分析是以載玻片或培養皿為載體，經過在顯微鏡下的重復掃描與拼接，來檢測如血液、植物切片、水中雜質水藻等樣本。這種基于顯微鏡成像的檢測手段需要花費較高的時間成本，且需要操作人員具有一定的專業知識。

基于智能圖像拼接的圖像XY掃描系統主要針對上述問題運用圖像拼接算法，實現對電子顯微鏡的改造與提升，讓其能夠在科研中體現出更加便捷的功能，進一步減少人工成本。在現代醫療、環境檢測、水質分析等領域中，高精度和大觀測視野的顯微鏡成像是后續研究與應用的必要前置條件。為克服顯微鏡成像觀測視野與觀測精度的局限性，項目將攝像頭拍攝到的25張微觀圖片拼接成一張大圖，如此一來既能夠看到微觀的細節，又能夠看到圖片的全貌。

制作過程

項目的制作過程主要包括以下幾個步驟。

（1）項目目標確定和資料查閱。項目的選題創意源于我們在生物實驗課上使用顯微鏡時發現高倍鏡與低倍鏡呈現的圖像各有優勢，但無法在一張圖片上展示。我們希望通過技術手段將兩者優勢集于一身。查閱資料的過程中發現這個選題有一定的新意。

（2）系統設計。根據項目確定的研究目標，確定項目由幾個子系統組成。即XY掃描平臺子系統、圖像采集子系統、自動識別標定、圖像處理算法子系統等。以XY掃描平臺為硬件基礎，使用載物臺帶動被檢物體實現沿X方向與Y方向的移動，為了能夠更加準確地控制移動位置，采用步進電機作為移動平臺a9ca7af93beaa1409bb421b8f964249f975ab48fb85d6ad2956892177ef5f2e3的主要動力驅動。圖像采集子系統由顯微物鏡、棱鏡、CCD光學相機等硬件構成，在運行過程中圖像采集系統快速采集被檢物體低分辨率圖d6aa9e591dfe46ad411021b079d702d6483a3d564440f66d75f9bc0b9e6439aa像，采用深度學習技術對目標圖像特征進行自動提取與標定，并自動劃分需高倍掃描區域，最終使用SURF修正圖像處理算法，實現對不同清晰度的圖像拼接。

（3）原型設計與制作。根據確定的項目目標和各個子系統的功能，運用系統的設計思維將各個子系統的功能逐一實現。使用步進電機完成對XY移動平臺的控制，使用串口通訊的方式完成作品拍攝的圖片與計算機之間的數據傳輸。

（4）作品調試。完成作品的制作以后，我們根據預期目標對作品進行調試，保證能夠實現預期功能。

創新點

該項目的創新點主要有以下三個。（1）機構創新：采用X軸Y軸協同配合的方式，對目標玻片進行“S”路徑掃描，最大程度獲取圖片信息。（2）應用創新：將圖像拼接技術應用于微觀的細胞觀察。（3）技術創新：使用rgb三通道中r通道色彩求平均值，再通過計算面積的方式過濾過大或者過小的目標，最終實現異常細胞的標定。

功能展示

點擊電腦中的“運行”按鈕，系統會自動運行，在確定的位置完成對焦和圖片拍攝，將25張高倍鏡拍攝的圖片拼接成一張大圖。