技術領域
本發明涉及自動對焦技術領域，特別涉及一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動對焦系統
背景技術：
自動對焦（Auto Focus）是利用物體光反射的原理，將反射的光被相機上的傳感器CCD接受，通過計算機處理，帶動電動對焦裝置進行對焦的方式叫自動對焦，自動對焦技術越來越多的應用于各種成像系統，而應用在顯微鏡上的自動自動對焦系統卻很少，現有的顯微自動對焦系統存在著對焦時間過長，對焦精度差，對焦不穩定等問題。。
技術實現要素：
為了克服上述缺陷，本發明提供了一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動對焦系統。
本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動對焦系統，包括分劃板、圖像傳感器、光學鏡頭、CCD相機、自動對焦控制器、以及信息處理器，所述分劃板上設有編碼器，所述編碼器將信號反饋至在自動對焦控制器上的I/O傳感器上，并由自動對焦控制器接收信號，所述分劃板通過光學鏡頭成像在CMOS圖像傳感器的光敏面上，并由圖像傳感器將初始信息傳送至自動對焦控制器上的I/O傳感器進行接收，所述CCD相機通過光學鏡頭成像后將圖像信息輸入至自動對焦控制器，所述自動對焦控制器的信號輸出口連接采集卡和顯示屏幕，自動對焦控制器的PCI總線口連接信息處理器，所述自動對焦控制器的控制系統為基于FPGA和NIOSⅡ的控制系統
作為本發明的進一步改進，還設有一伺服電機和一伺服控制器，所述伺服電機帶動光學鏡頭運動，伺服控制器控制伺服電機運動，所述自動對焦控制器輸出控制信息至伺服控制器。
本發明的有益效果是：本發明是基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動對焦系統，把圖像數據存儲在同步動態隨機存儲器中，內部的嵌入處理器執行自動對焦算法程序對圖像數據進行處理，并根據處理結果通過伺服控制器控制伺服電機運動，伺服電機帶動光學鏡頭運動，使得通過鏡頭所成像的圖像位于CCD的光敏面上，因而獲得清晰的圖像，系統中的LCD顯示屏在FPGA控制之下把存儲于SDRAM中的圖像數據轉換成圖像進行示，通過顯示屏可以觀察到自動對焦系統實現圖像由模糊到清晰的變化過程，該系統對焦時間快，可實現0.3-0.8秒對焦（50倍物鏡），對焦精度高（±1/3景深），對焦穩定。
附圖說明
圖1為本發明結構原理框圖；
圖中標示：1-分劃板；2-圖像傳感器；3-光學鏡頭；4- CCD相機；5-伺服電機；6-伺服控制器；7-自動對焦控制器；8-信息處理器；9-編碼器；10-I/O傳感器；11-采集卡；12-顯示屏幕；13-PCI總線口。
具體實施方式
為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。
圖1出示了本發明一種基于FPGA和NIOSⅡ的顯微成像自動對焦系統的一種實施方式，包括分劃板1、圖像傳感器2、光學鏡頭3、CCD相機4、自動對焦控制器7、以及信息處理器8，所述分劃板1上設有編碼器9，所述編碼器9將信號反饋至在自動對焦控制器7上的I/O傳感器10上，并由自動對焦控制器7接收信號，所述分劃板1通過光學鏡頭3成像在圖像傳感器2的光敏面上，并由圖像傳感器2將初始信息傳送至自動對焦控制器7上的I/O傳感器10進行接收，所述CCD相機4通過光學鏡頭3成像后將圖像信息輸入至自動對焦控制器7，所述自動對焦控制器7的信號輸出口連接采集卡11和顯示屏幕12，自動對焦控制器7的PCI總線口13連接信息處理器8，所述自動對焦控制器7的控制系統為基于FPGA和NIOSⅡ的控制系統。還設有一伺服電機5和一伺服控制器6，所述伺服電機5帶動光學鏡頭3運動，伺服控制器6控制伺服電機5運動，所述自動對焦控制器7輸出控制信息至伺服控制器6。
在此系統中，FPGA 控制液晶顯示器及圖像傳感器工作得到圖像數據，然后把圖像數據存儲在同步動態隨機存儲器中，FPGA內部的NIOSⅡ嵌入處理器執行自動對焦算法程序對圖像數據進行處理，并根據處理結果通過伺服控制器控制伺服電機運動，伺服電機帶動光學鏡頭運動，使得通過鏡頭所成像的圖像位于CCD的光敏面上，因而獲得清晰的圖像．系統中的LCD顯示屏在FPGA控制之下把存儲于SDRAM中的圖像數據轉換成圖像進行示，通過顯示屏可以觀察到自動對焦系統實現圖像由模糊到清晰的變化過程。
圖像采集、存儲及顯示的實現是建立在分劃板、光學鏡頭、CMOS 圖像傳感器、FPGA、SDRAM和LCD顯示屏所組成的硬件基礎之上的。分劃板通過光學鏡頭成像在CMOS圖像傳感器的光敏面上，由FPGA把圖像傳感器的輸出圖像數據轉存到SDRAM中，再從SDRAM中讀出圖像數據傳送給LCD顯示屏，最終在LCD顯示屏上顯示圖像傳感器所生成的圖像，圖像采集、存儲及顯示系統的設計為自動對焦的實現奠定了一定的硬件基礎。由于圖像數據已經存儲于SDRAM中，這時，嵌入式處理器NIOSⅡ首先通過執行程序讀取這些數據，然后調用自動對焦評價函數程序和爬山搜索程序。在程序運行過程中得到的結果之上，結合FPGA與伺服電機驅動器接口控制伺服電機運動，帶動顯微鏡不斷前后移動，使得成像位于圖像傳感器的光敏面上。