基于AM335X处理器的便携式数字全息显微系统技术方案

一种基于AM335X处理器的便携式数字全息显微系统，包括光路、电源模块和处理主板，所述处理主板与电源模块连接，所述光路部分采用便携性较高的同轴光路，搭配部分相干LED光源和100um微孔实现相干光，同时采用光学传感器记录获得的全息图，将数据通过USB高速串行总线送给ARM嵌入式平台进行重建处理；ARM嵌入式平台利用搭载的LINUX操作系统和优化后的角谱算法实现快速重建，然后通过LCD液晶屏进行显微图像的显示，同时搭载电容式触摸屏便于用户的交互。本发明专利技术装置简单、器件通用、价格低廉，具有良好的便携性，适合在生产生活中推广使用，方便生活。

【技术实现步骤摘要】
基于AM335X处理器的便携式数字全息显微系统
本专利技术属于数字全息显微领域，具体涉及采用AM335X嵌入式处理平台、LED点光源以及CMOS图像传感器、LCD液晶显示屏和触摸屏，搭载LINUX操作系统实现的全息图像记录与再现的移动式数字全息显微系统。
技术介绍
数字全息显微技术是目前新型的显微技术，相较于传统显微技术而言，其具有保存物体信息的特性，便于以后的处理，同时其操作简单的特性也使得其逐步取代传统显微技术。数字全息显微技术是利用光学传感器(CDD或CMOS)记录物体的全息图，然后利用计算机模拟光路特性对全息图进行全息重建，从而获得物体原本的强度信息和相位信息，进而获取物体的清晰成像。目前主流的数字全息技术的光路分为离轴数字全息和同轴数字全息两种：离轴数字全息采用分光镜将物波与参考波进行分离，然后在光学传感器(CCD或CMOS)前再进行干涉，从而由光学传感器(CCD或CMOS)记录其全息图。由于离轴数字全息的光路比较复杂，因此基本存在于实验室，不能够很好的推广和应用。同轴数字全息则去除了分光镜，使得物波与参考波均沿光路的方向传播，然后被光学传感器(CCD或CMOS)记录。对比离轴全息，同轴数字全息光路简单，因此更适合生产生活中的推广使用。但目前由于全息光路的复杂性和全息重建算法的复杂性，数字全息显微技术基本运行在计算机PC平台，不能很好的携带和使用。
技术实现思路
为了克服当前数字全息显微技术光路复杂，设备庞大，不利于生产生活中使用的缺点，本专利技术提出一种基于同轴光路和嵌入式平台的数字全息显微成像系统，该系统能够完全自主运行，不借助外部器件辅助，便于携带和推广。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于AM335X处理器的便携式数字全息显微系统，包括光路、电源模块和处理主板；所述处理主板和电源模块连接，所述光路部分是整个系统的采集记录核心，所述光路部分包括：LED部分相干点光源，用于提供全息显微所需要的光源；100um的微孔，用于配合点光源增加光源的相干性，提高重建效果；载物平面，用于放置待显微微生物，同时也可用分辨率板代替方便调试光路；COMS图像传感器，用于记录由微生物和参考光干涉形成的全息图，然后将图像数据传输给处理主板进行处理；所述处理主板是整个系统的处理核心，所述处理主板包括：COMS摄像头模块，用于配合记录全息图数据，其通过USB串行通信总线与微控制器进行通信，将获得的全息图数据传输给微控制器；微控制器，用于将获取到的数据利用优化后的角谱算法进行处理，得到重建后的显微图，然后通过LCD驱动模块驱动LCD液晶屏显示重建后的结果，同时通过I2C接口驱动触摸屏与用户交互，根据用户的要求继续进行相关处理，实现整个系统与用户的交互。进一步，所述光路部分中，利用部分相干点光源和100um微孔配合，使用同轴全息光路，实现整个采集光路的微型化，方便用户使用。再进一步，所述LED部分相干红色点光源中，具有部分相干性，同时配合100um微孔增强其相干性，达到其全息图对相干光源的要求，实现更好的重建效果。更进一步，所述载物平面中，可调节其与CMOS图像传感器的距离以及其可以调节载物平面的左右前后位置，实现多重建距离的显微重建和具有更大的重建视场，满足用户的多方面需求。所述处理主板利用ARM嵌入式主板AM335X结合嵌入式LINUX操作系统，实现处理平台的嵌入式化，达到全息显微重建的微型化，实现数字全息显微成像技术的便携化发展。所述角谱算法利用QT和OPENCV完成，配合FFTW库，实现角谱算法的快速运行，能够运行于嵌入式平台，实现数字全息显微技术的微型化。LCD液晶屏结合触摸屏的交互方式：实现使用LCD显示屏配合触摸屏实现用户交互的微型化。全息图采集部分采用1.4um像元尺寸大小的摄像头采集全息图数据，通过USB高速数据总线传输到嵌入式处理平台AM335X进行全息图处理。本专利技术的原理描述：部分相干LED光源发出的光通过100um的微型针孔形成球面光，然后球面光照射位于载物平面上的样品上，形成带有物体信息的物光波，同时有直接透过载物平面的参考波，参考波与物光波在光学传感器(CMOS)出发生干涉，干涉形成的全息图被光学传感器(CMOS)记录下来形成数字信息的全息图，然后数据送到ARM嵌入式处理平台，结合LINUX操作系统和优化后的角谱算法对全息图进行全息显微重建，得到重建后的物体实像，将其通过LCD液晶显示屏进行实时显示，方便用户的直接观察，同时如果用户需要调节一些参数，LCD液晶屏上的电容式触摸屏对相关参数进行交互操作，获得自己想得到的最佳重建效果。同时，用户若想查看样品不同位置的情况，用户可调节样品的位置，可以调节螺旋旋钮进行左右前后的调节，进行全方位的观测。此外，由于本系统采用LINUX操作系统，开发者可自行开发相应程序，进行对待测样品的浓度，数量等相关统计操作，方便此设备帮助不同用户群体的需求。本专利技术提出一种基于嵌入式平台的移动式数字全息显微系统，本系统采用部分相干光LED作为光源，利用微孔增加其相干性，CMOS传感器芯片作为记录芯片，ARM嵌入式平台AM335X处理器作为计算中心，光路简单，便于携带，能够很好的在生产生活中使用和推广。该系统彻底离开对计算机(PC)的依赖，利用嵌入式平台自己的计算平台和显示平台去完成数字全息显微的计算与显示，实现真正的移动式数字全息显微系统。与现有技术对比，本专利技术有以下优点：本专利技术结构轻便，利用全息显微技术在较小的空间实现全息显微成像，具有良好的便携性。本专利技术一体化设计，消除传统技术对计算机(PC)的依赖，做到真正的便携性、移动性。本专利技术采用良好的显示交互平台，消除传统技术对外设的依赖，方便人类使用。本专利技术采用优化后的角谱算法，配合LINUX系统实现快速全息重建，将传统算法很好的嵌入式化，实现数字全息显微技术的嵌入式化。本专利技术采用部分相干LED光源，配合微孔、光学传感器(CMOS)实现，结构简单，元器件普遍，价格低廉，全息显微效果良好，有利于数字全息显微技术在生产生活中的推广与应用。附图说明图1是数字全息显微系统光路图。图2是数字全息显微系统流程图。图3是移动式数字全息显微系统整体结构示意图。图4是电路系统设计图。具体实施方式下面结合附图进行更进一步的详细说明。图1给出此系统的数字全息显微光路图，光路部分主要包括以下几个方面：部分相干光源LED1001、100um微孔板1002、透明载物平面1003(也可以是分辨率板)、光学传感器(CMOS)模块1004。部分相干光源LED发出部分相干光，经过100um微孔后形成球面波，然后一部分穿过样品形成携带样品信息的物光波，同时另一部分不穿过样品作为参考波，物光波和参考波在光学传感器(CMOS)上发生干涉，光学传感器(CMOS)记录其干涉信息(也就是物体的全息图)，经过光学传感器模块的转换，转换成数字信号后由USB总线4004输入到语气相连的ARM嵌入式平台主板4000，结合LINUX系统和优化后的角谱算法对数字信号进行处理，进而得到样品的强度信息和相位信息，最后再通过LCD信号总线4009将重建结果显示在LCD4002液晶屏上，若需要得到样品的数量，密度等信息，开发者可开发相关应用直接得到相关信息。整体系统采用部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于AM335X处理器的便携式动式数字全息显微系统，其特征在于：包括光路(1000)、电源模块(2000)和处理主板(4000)；所述处理主板(4000)和电源模块(2000)连接，所述光路(1000)部分是整个系统的采集记录核心，所述光路(1000)部分包括：LED部分相干点光源(1001)，用于提供全息显微所需要的光源；100um的微孔(1002)，用于配合点光源(1001)增加光源的相干性，提高重建效果；载物平面(1003)，用于放置待显微微生物，同时也可用分辨率板代替方便调试光路；COMS图像传感器(1004)，用于记录由微生物和参考光干涉形成的全息图，然后将图像数据传输给处理主板(4000)进行处理；所述处理主板(4000)是整个系统的处理核心，所述处理主板(4000)包括：COMS摄像头模块(4001)，用于配合记录全息图数据，其通过USB串行通信总线与微控制器(4011)进行通信，将获得的全息图数据传输给微控制器(4011)；微控制器(4011)，用于将获取到的数据利用优化后的角谱算法进行处理，得到重建后的显微图，然后通过LCD驱动模块(4009)驱动LCD液晶屏(4002)显示重建后的结果，同时通过I2C接口(4010)驱动触摸屏(4006)与用户交互，根据用户的要求继续进行相关处理，实现整个系统与用户的交互。...

【技术特征摘要】
1.一种基于AM335X处理器的便携式动式数字全息显微系统，其特征在于：包括光路(1000)、电源模块(2000)和处理主板(4000)；所述处理主板(4000)和电源模块(2000)连接，所述光路(1000)部分是整个系统的采集记录核心，所述光路(1000)部分包括：LED部分相干点光源(1001)，用于提供全息显微所需要的光源；100um的微孔(1002)，用于配合点光源(1001)增加光源的相干性，提高重建效果；载物平面(1003)，用于放置待显微微生物，同时也可用分辨率板代替方便调试光路；COMS图像传感器(1004)，用于记录由微生物和参考光干涉形成的全息图，然后将图像数据传输给处理主板(4000)进行处理；所述处理主板(4000)是整个系统的处理核心，所述处理主板(4000)包括：COMS摄像头模块(4001)，用于配合记录全息图数据，其通过USB串行通信总线与微控制器(4011)进行通信，将获得的全息图数据传输给微控制器(4011)；微控制器(4011)，用于将获取到的数据利用优化后的角谱算法进行处理，得到重建后的显微图，然后通过LCD驱动模块(4009)驱动LCD液晶屏(4002)显示重建后的结果，同时通过I2C接口(4010)驱动触摸屏(4006)与用户交互，根据用户的要求继续进行相关处理，实现整个系统与用户的交互。2.根据权利要求1所述的基于AM335X处理器的便携式数字全息显微系统，其特征在于，所述光路(1000)部分中，利用部分相干点光源(1001)和100um微孔(1002)配合，使用同轴全息光路，实现整个采集光路的微型化，方便用户使用。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朋，李杰，戴陈统，王海霞，刘义鹏，梁荣华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33