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第1章 绪论 1

1.1 显微视觉的基本概念 1

1.1.1 基本概念 1

1.1.2 显微视觉系统的分类 2

1.2 显微视觉的研究领域与发展历程 3

1.2.1 显微视觉图像采集 4

1.2.2 图像处理 4

1.2.3 显微视觉系统与运动系统标定 5

1.2.4 显微视觉测量 6

1.2.5 显微视觉控制 8

1.2.6 显微视觉的发展历程 8

1.3 显微视觉的应用与发展趋势 13

1.3.1 微观图像采集中的应用 13

1.3.2 微装配中的应用 16

1.3.3 微操作中的应用 21

1.3.4 显微视觉的发展趋势 25

参考文献 26

第2章 显微视觉系统构成 29

2.1 显微镜原理 29

2.1.1 显微镜光学原理 29

2.1.2 显微镜基本结构 31

2.2 显微视觉系统基本原理与特点 33

2.2.1 显微视觉图像成像原理 33

2.2.2 变倍与变物距 36

2.2.3 显微视觉的主要参数与特点 37

2.3 显微视觉系统结构 38

2.3.1 单路显微视觉 38

2.3.2 独立双路显微视觉 40

2.3.3 体视显微视觉 43

2.3.4 多路显微视觉 44

参考文献 46

第3章 显微视觉图像处理 47

3.1 图像清晰度判定 47

3.1.1 清晰度空域评价函数 47

3.1.2 清晰度频域评价函数 49

3.1.3 清晰度统计评价函数 51

3.1.4 图像清晰度判定实验 51

3.2 图像预处理 54

3.2.1 图像滤波 54

3.2.2 灰度变换 56

3.2.3 边缘锐化 59

3.2.4 图像投影 59

3.2.5 二值化 61

3.3 图像特征提取 62

3.3.1 边缘提取 62

3.3.2 点特征提取 63

3.3.3 直线特征提取 66

3.3.4 圆特征提取 67

3.3.5 形变特征提取 69

3.4 亚像素图像特征提取 70

3.4.1 空间矩法 70

3.4.2 Zernike矩法 73

3.4.3 基于近似高斯分布法 75

3.5 特征跟踪 77

3.5.1 ROI区域设定 77

3.5.2 特征跟踪与ROI区域更新 78

参考文献 78

第4章 显微视觉系统标定 80

4.1 基于靶标的立体显微视觉系统标定 80

4.1.1 立体显微视觉系统 80

4.1.2 立体显微视觉系统标定 81

4.2 基于靶标的单目显微视觉系统标定 85

4.2.1 小孔模型标定 85

4.2.2 多项式平面模型标定 89

4.3 基于运动的单目显微视觉系统标定 90

4.3.1 基于运动形成靶标平面的标定 91

4.3.2 图像雅可比模型标定 92

4.3.3 基于两步运动的内外参数模型标定 96

4.3.4 线性模型标定 98

4.4 多路显微视觉与操作手的标定 98

4.5 形变与受力的标定 100

参考文献 102

第5章 显微视觉测量 103

5.1 立体显微视觉测量 103

5.2 单目显微视觉测量 104

5.2.1 位置与位移测量 104

5.2.2 清晰成像平面测量 106

5.2.3 姿态测量 107

5.3 多路显微视觉测量 109

5.4 基于主动运动的物体表面测量 113

5.5 形变测量与微力检测 117

参考文献 118

第6章 显微视觉控制 120

6.1 基于位置的显微视觉控制 120

6.1.1 基于位置的显微视觉控制系统原理 120

6.1.2 基于显微视觉的微管微球对接 121

6.2 基于图像的显微视觉控制 129

6.2.1 基于图像的显微视觉控制系统原理 129

6.2.2 基于显微视觉的位姿对准 130

6.2.3 基于图像的显微视觉控制下的趋近与抓取 132

6.3 基于图像雅克比矩阵的显微视觉控制 137

6.3.1 基于图像雅克比矩阵的显微视觉控制系统原理 137

6.3.2 基于三路显微视觉的微零件对准 138

6.3.3 基于图像雅可比矩阵的显微视觉控制的微管微球对接 149

6.4 力／位混合控制 150

6.4.1 力／位混合控制系统原理 150

6.4.2 基于力／位混合控制的趋近 151

参考文献 154

第7章 基于显微视觉的微操作应用 155

7.1 基于解耦的微操作 155

7.1.1 视觉与运动的解耦调校 155

7.1.2 夹持器与环形柱状物对准系统的解耦调校 156

7.2 微零件的6自由度对准与装配 163

7.2.1 系统构成 163

7.2.2 装配工作流程 165

7.2.3 控制系统设计 167

7.2.4 标定与控制策略 168

7.2.5 实验与结果 173

7.3 微管微球位姿对准与点胶 180

7.3.1 系统构成 180

7.3.2 装配操作流程 183

7.3.3 控制系统设计 185

7.3.4 调校、标定与控制策略 186

7.3.5 实验与结果 188

7.4 带有力反馈的随动式细胞注射 193

参考文献 196