一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)，包括光源裝置、四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置、圖像采集裝置和主控裝置，光源裝置為線蟲提供明場照明；四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置包括二軸平移臺和旋轉(zhuǎn)臺，根據(jù)主控裝置的控制指令調(diào)節(jié)線蟲垂軸面內(nèi)位置，使線蟲上感興趣區(qū)域始終位于圖像采集裝置的采集區(qū)域中心；圖像采集裝置用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)線蟲的原始圖像；主控裝置用于根據(jù)圖像采集裝置采集到的線蟲的原始圖像進(jìn)行計(jì)算，確定線蟲中心線上的離散點(diǎn)列，根據(jù)中心線點(diǎn)列擬合出線蟲的中心曲線，根據(jù)中心曲線坐標(biāo)確定線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，結(jié)合感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的上一幀預(yù)測位置和當(dāng)前幀測量位置預(yù)測感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀位置，并向四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置發(fā)送控制指令。本發(fā)明能精確地對無約束自由爬行的活體線蟲開展感興趣區(qū)域的實(shí)時(shí)追蹤成像。
【專利說明】一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成像裝置，特別是涉及一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外針對線蟲感知行為學(xué)的研究主要采取下述三種手段開展:一是研究線蟲突變體；二是固定線蟲進(jìn)行電生理記錄或熒光成像；三是利用激光切除或光遺傳學(xué)技術(shù)干擾特定神經(jīng)元，由此探明特定神經(jīng)元的功能。其中，基于線蟲突變體的行為學(xué)研究結(jié)果尚無法確切刻畫目標(biāo)神經(jīng)元的復(fù)合功能，基于固定線蟲的電生理研究和成像研究又不適用于趨避性行為，基于激光切除或光遺傳學(xué)技術(shù)的行為學(xué)研究又極其依賴于轉(zhuǎn)錄試劑和光照劑量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)，其能精確地對無約束自由爬行的活體線蟲開展感興趣區(qū)域的追蹤成像。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)，包括光源裝置、四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置、圖像采集裝置和主控裝置，其中:所述光源裝置，用于為線蟲提供明場照明；所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置，用于放置線蟲，包括二軸平移臺和旋轉(zhuǎn)臺，根據(jù)所述主控裝置的控制指令調(diào)節(jié)所述線蟲垂軸面內(nèi)位置，使所述線蟲感興趣區(qū)域始終位于所述圖像采集裝置的采集區(qū)域中心；所述圖像采集裝置，用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)線蟲的原始圖像；所述主控裝置，用于根據(jù)所述圖像采集裝置采集到的線蟲的原始圖像進(jìn)行計(jì)算，確定線蟲中心線上的離散點(diǎn)列，根據(jù)所述中心線點(diǎn)列擬合出線蟲的中心曲線，根據(jù)所述中心曲線坐標(biāo)確定所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，結(jié)合所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的上一幀預(yù)測位置和當(dāng)前幀測量位置預(yù)測所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀位置，并向所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置發(fā)送控制指令。
[0005]進(jìn)一步地，所述主控裝置包括圖像處理模塊，所述圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理子模塊和線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊，其中:所述圖像預(yù)處理子模塊用于對所述線蟲原始圖像進(jìn)行去躁和二值化區(qū)域分割，之后還需進(jìn)行目標(biāo)線蟲區(qū)域的識別，輸出給所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊；所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊用于計(jì)算已識別出的所述線蟲區(qū)域內(nèi)的所有離散點(diǎn)到所述線蟲區(qū)域外部的最短距離值，并對該距離矩陣作用拉普拉斯算子取極大值點(diǎn)的集合得到所述中心線點(diǎn)列，由此擬合中心曲線確定所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置。
[0006]進(jìn)一步地，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于通過下述方式對距離極大的點(diǎn)進(jìn)行修正:根據(jù)預(yù)設(shè)的線蟲正常體寬對異常距離極大值進(jìn)行修正，排除由于線蟲肢體粘連帶來的異常的極大距離。
[0007]進(jìn)一步地，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于通過下述方式對中心線進(jìn)行修正:將修正后的距離極大值點(diǎn)連接形成骨架圖，根據(jù)預(yù)設(shè)的中心曲線弧長對骨架圖中的所有路線進(jìn)行篩選，得到修正后的所述中心線點(diǎn)列。[0008]進(jìn)一步地，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于:確定所述中心線的首尾。
[0009]進(jìn)一步地，確定所述中心線點(diǎn)列的首尾為:假定第一端為首，另一端為尾，計(jì)算每一時(shí)刻的首與上一時(shí)刻的首的差的平方、以及每一時(shí)刻的尾與上一時(shí)刻的尾的差的平方，并對平方求和；假定第一端為尾，另一端為首，計(jì)算每一時(shí)刻的首與上一時(shí)刻的首的差的平方、以及每一時(shí)刻的尾與上一時(shí)刻的尾的差的平方，并對平方求和；比較兩次求和的結(jié)果，根據(jù)較小值確定所述中心線點(diǎn)列的首尾。
[0010]進(jìn)一步地，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于:根據(jù)所述線蟲的熒光標(biāo)記點(diǎn)位置確定所述線蟲中心線點(diǎn)列的首尾。
[0011]進(jìn)一步地，所述圖像處理模塊還包括線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊，其中:所述線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊接收所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊輸出的所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，結(jié)合所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的上一幀預(yù)測位置和當(dāng)前幀測量位置預(yù)測所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀位置，由此獲得所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置中所述二軸平移臺的位移控制量和所述旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度控制量。
[0012]進(jìn)一步地，所述線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊根據(jù)下列公式估計(jì)k+Ι時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置預(yù)測值:x:+1 = AkXl + a.A, 11PiX丨、-) +氏乂 ；其中，&為所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊輸出的k時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置測量值；-?為k-Ι時(shí)刻對k時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置預(yù)測值；為k時(shí)刻對k+Ι時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置預(yù)測值；算子HP(.)用于獲取k時(shí)刻所述線蟲運(yùn)動(dòng)的高階變化分量；a,為對所述線蟲運(yùn)動(dòng)中高階分量的調(diào)節(jié)因子，且a k > O ;Ak為從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻所述線蟲的低階運(yùn)動(dòng)模式；Bk為從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置的垂軸面運(yùn)動(dòng)對所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)位置的影響；uk=(Axk, Ayk, Δ Θ k)為從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻對所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)控制量。
[0013]進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括光柵尺編碼器，所述主控裝置還包括追蹤控制模塊，所述追蹤控制模塊包括反饋控制子模塊、時(shí)序分配子模塊和二軸平移臺控制子模塊，其中:所述反饋控制子模塊，其輸入量為所述Uk= ( AXk，Ayk, Δ Θ,)，輸出量包括2個(gè)輸送給所述二軸平移臺控制子模塊的平移控制信號；所述光柵尺編碼器獲取所述二軸平移臺的當(dāng)前位置，并與期望位置相減后反饋給所述反饋控制子模塊；所述時(shí)序分配子模塊向所述反饋控制子模塊分配所述二軸平移臺的運(yùn)動(dòng)時(shí)序以及所述光柵尺編碼器測量值的反饋時(shí)序；所述二軸平移臺控制子模塊用于接收所述反饋控制子模塊的2個(gè)平移控制信號，該平移控制信號轉(zhuǎn)化成輸送給所述二軸平移臺的電壓信號。
[0014]進(jìn)一步地，所述追蹤控制模塊還包括旋轉(zhuǎn)臺控制子模塊，其中:所述反饋控制子模塊的輸出量還包括I個(gè)輸送給所述旋轉(zhuǎn)臺控制子模塊的旋轉(zhuǎn)控制信號；所述旋轉(zhuǎn)臺控制子模塊接收所述反饋控制子模塊的旋轉(zhuǎn)控制信號，該旋轉(zhuǎn)控制信號轉(zhuǎn)化成輸出給所述旋轉(zhuǎn)臺的脈沖信號；所述時(shí)序分配子模塊向所述反饋控制子模塊分配所述旋轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動(dòng)時(shí)序。
[0015]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0016]由于本發(fā)明設(shè)置了為線蟲提供明場照明的光源裝置、實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)線蟲的原始圖像的圖像采集裝置、放置線蟲并使線蟲始終位于圖像采集裝置的采集區(qū)域中心的四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置以及根據(jù)線蟲原始圖像提取線蟲的中心線并控制四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置的主控裝置，因此通過本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)，無論線蟲的位置及姿態(tài)如何變化，所述感興趣區(qū)域始終以相對靜止的狀態(tài)呈現(xiàn)在本發(fā)明的視場中心，精確地對無約束自由爬行的活體線蟲開展感興趣區(qū)域的追蹤成像，從而可以針對無約束自由爬行的活體線蟲開展特定神經(jīng)元及其區(qū)域的追蹤熒光成像的研究需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為線蟲圖像中示出的中心曲線、弧長等分點(diǎn)和感興趣區(qū)域；
[0018]圖2a為線蟲圖像中示出的中心線上離散點(diǎn)列、擬合曲線和弧長等分點(diǎn)；
[0019]圖2b為圖2a中方框區(qū)域的放大圖；
[0020]圖3為本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0021]圖4為圖3的主控裝置中圖像處理模塊一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0022]圖5為圖4中圖像預(yù)處理子模塊和線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊的工作流程圖；
[0023]圖6為圖5中中心線提取步驟的工作流程圖；
[0024]圖7為圖4中線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊的工作流程圖；
[0025]圖8為圖3的主控裝置中追蹤控制模塊一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0026]圖9為圖3的主控裝置中追蹤控制模塊對二軸平移臺的控制示意圖；
[0027]圖10為本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0028]圖11為本發(fā)明中主控裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0029]圖12為本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)提供明場照明，獲取無約束自由爬行的活體線蟲上感興趣區(qū)域的視頻，并將所述感興趣區(qū)域始終鎖定在本發(fā)明的視場中心。如圖1所示，圖中示出了線蟲行為活動(dòng)視頻的某一幀圖像，圖中被方框框入的部分為本發(fā)明所述的感興趣區(qū)域，該感興趣區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上包括線蟲的位置和形態(tài)數(shù)據(jù)，其中心點(diǎn)A即為下文中所提及的感興趣區(qū)域中心點(diǎn)。需要說明的是，感興趣區(qū)域可以是線蟲的一個(gè)特征點(diǎn)或某一特征區(qū)域，也可以是完整的線蟲。
[0032]如圖3所示，本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)包括光源裝置1、四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置(也可以稱為“樣本臺”)2、圖像采集裝置3和主控裝置4，其中:光源裝置I用于為線蟲提供明場照明。四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置2用于放置裝有線蟲的培養(yǎng)皿，包括二軸平移臺和旋轉(zhuǎn)臺，根據(jù)主控裝置4的控制指令調(diào)節(jié)所述線蟲垂軸面內(nèi)位置，從而使線蟲感興趣區(qū)域始終位于圖像采集裝置3的采集區(qū)域中心。圖像采集裝置3用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)線蟲的原始圖像。主控裝置4用于根據(jù)圖像采集裝置3采集到的線蟲的原始圖像進(jìn)行計(jì)算，確定線蟲中心線上的離散點(diǎn)列，根據(jù)所述中心線點(diǎn)列擬合出線蟲的中心曲線，如圖2a和圖2b所示，根據(jù)所述中心曲線坐標(biāo)確定所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，結(jié)合所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的上一幀預(yù)測位置和當(dāng)前幀測量位置預(yù)測所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀位置，并向四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置2發(fā)送控制指令。
[0033]由此，通過本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)，無論線蟲的位置及姿態(tài)如何變化，所述感興趣區(qū)域始終以相對靜止的狀態(tài)呈現(xiàn)在本發(fā)明的視場中心。圖1是利用本發(fā)明所提供的線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)拍攝的視頻某一幀圖像:M圈為頭，N圈為尾，方框?yàn)楦信d趣區(qū)域，方框中心點(diǎn)A設(shè)在中心線上某處，圖中是0.3 (設(shè)全弧長為1)，是根據(jù)歸一化曲線坐標(biāo)給出的，追蹤目標(biāo)是將方框中心點(diǎn)A鎖定在成像視場中心。
[0034]如圖3 所不，主控裝置 4 可以米用 FPGA(Field — Programmable Gate Array),即現(xiàn)場可編程門陣列，其能加速信號的傳輸、數(shù)據(jù)的處理以及確保時(shí)序的同步，其用于接收圖像采集裝置3實(shí)時(shí)拍攝到的線蟲的原始圖像，生成四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置2的控制量。
[0035]如圖4所示 ，主控裝置4包括圖像處理模塊41，用于接收圖像采集裝置3實(shí)時(shí)拍攝到的線蟲的原始圖像，從中提取線蟲上感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，獲取線蟲上感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀預(yù)測位置，由此生成四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置2的控制量。
[0036]具體地，如圖5所示，圖像處理模塊41包括圖像預(yù)處理子模塊411和線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊412，其中:圖像預(yù)處理子模塊411用于對所述線蟲原始圖像進(jìn)行去躁和二值化區(qū)域分割，之后還需進(jìn)行目標(biāo)線蟲區(qū)域的識別，輸出給線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊412。線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊412用于計(jì)算已識 別出的所述線蟲區(qū)域內(nèi)的所有離散點(diǎn)到所述線蟲區(qū)域外部的最短距離值，并對該距離矩陣作用拉普拉斯算子取極大值點(diǎn)的集合得到所述中心線點(diǎn)列，由此擬合中心曲線確定所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置。下面是線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊412中確定中心線離散點(diǎn)列的兩種【具體實(shí)施方式】。
[0037]實(shí)施方式一:目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化方法
[0038]當(dāng)?shù)玫阶R別出的二值化線蟲圖像后，選取目標(biāo)函數(shù)形式如下，
[0039]E = JcJ I^jnl (v<.v)) + Edisl (v，(.s.))}*
[0040]其中，v(s)，se [0，I]表示線蟲中心曲線的參數(shù)方程。上式中Eint刻畫參數(shù)曲線的連續(xù)平滑程度；Edist的最小值在線蟲中心線處取得，刻畫曲線與線蟲中心線的擬合程度。一種常見取法如下，α、β分別取為1，C表示圖像預(yù)處理子模塊411輸出的線蟲所在圖像區(qū)域，Eint和Edist形式分別為:
【權(quán)利要求】
1.一種線蟲實(shí)時(shí)自動(dòng)追蹤成像系統(tǒng)，包括光源裝置、四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置、圖像采集裝置和主控裝置，其中: 所述光源裝置，用于為線蟲提供明場照明； 所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置，用于放置線蟲，包括二軸平移臺和旋轉(zhuǎn)臺，根據(jù)所述主控裝置的控制指令調(diào)節(jié)所述線蟲垂軸面內(nèi)位置，使所述線蟲感興趣區(qū)域始終位于所述圖像采集裝置的采集區(qū)域中心； 所述圖像采集裝置，用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)線蟲的原始圖像； 所述主控裝置，用于根據(jù)所述圖像采集裝置采集到的線蟲的原始圖像進(jìn)行計(jì)算，確定線蟲中心線上的離散點(diǎn)列，根據(jù)所述中心線點(diǎn)列擬合出線蟲的中心曲線，根據(jù)所述中心曲線坐標(biāo)確定所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，結(jié)合所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的上一幀預(yù)測位置和當(dāng)前幀測量位置預(yù)測所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀位置，并向所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置發(fā)送控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控裝置包括圖像處理模塊，所述圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理子模塊和線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊，其中: 所述圖像預(yù)處理子模塊用于對所述線蟲原始圖像進(jìn)行去躁和二值化區(qū)域分割，之后還需進(jìn)行目標(biāo)線蟲區(qū)域的識別，輸出給所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊； 所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊用于計(jì)算已識別出的所述線蟲區(qū)域內(nèi)的所有離散點(diǎn)到所述線蟲區(qū)域外部的最短距離值，并對該距離矩陣作用拉普拉斯算子取極大值點(diǎn)的集合得到所述中心線點(diǎn)列，由此擬合中心曲線確定所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置。
3.根據(jù)權(quán)利要 求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于通過下述方式對距離極大的點(diǎn)進(jìn)行修正: 根據(jù)預(yù)設(shè)的線蟲正常體寬對異常距離極大值進(jìn)行修正，排除由于線蟲肢體粘連帶來的異常的極大距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于通過下述方式對中心線進(jìn)行修正: 將修正后的距離極大值點(diǎn)連接形成骨架圖，根據(jù)預(yù)設(shè)的中心曲線弧長對骨架圖中的所有路線進(jìn)行篩選，得到修正后的所述中心線點(diǎn)列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于:確定所述中心線的首尾。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，確定所述中心線點(diǎn)列的首尾為: 假定第一端為首，另一端為尾，計(jì)算每一時(shí)刻的首與上一時(shí)刻的首的差的平方、以及每一時(shí)刻的尾與上一時(shí)刻的尾的差的平方，并對平方求和； 假定第一端為尾，另一端為首，計(jì)算每一時(shí)刻的首與上一時(shí)刻的首的差的平方、以及每一時(shí)刻的尾與上一時(shí)刻的尾的差的平方，并對平方求和； 比較兩次求和的結(jié)果，根據(jù)較小值確定所述中心線點(diǎn)列的首尾。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊還用于: 根據(jù)所述線蟲的熒光標(biāo)記點(diǎn)位置確定所述線蟲中心線點(diǎn)列的首尾。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊還包括線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊，其中:所述線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊接收所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊輸出的所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的當(dāng)前幀位置，結(jié)合所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的上一幀預(yù)測位置和當(dāng)前幀測量位置預(yù)測所述感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的下一幀位置，由此獲得所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置中所述二軸平移臺的位移控制量和所述旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度控制量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線蟲運(yùn)動(dòng)預(yù)測子模塊根據(jù)下列公式估計(jì)k+Ι時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置預(yù)測值:
ν/:+ι = Α.Ι +akAkIII\x,-x；) + BlUk ； 其中，^為所述線蟲實(shí)時(shí)定位子模塊輸出的k時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置測量值； \為k-Ι時(shí)刻對k時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置預(yù)測值； ^+i為k時(shí)刻對k+Ι時(shí)刻所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)的位置預(yù)測值； 算子HP(.)用于獲取k時(shí)刻所述線蟲運(yùn)動(dòng)的高階變化分量； a k為對所述線蟲運(yùn)動(dòng)中高階分量的調(diào)節(jié)因子，且a k≥O ; Ak為從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻所述線蟲的低階運(yùn)動(dòng)模式； Bk為從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置的垂軸面運(yùn)動(dòng)對所述線蟲感興趣區(qū)域中心點(diǎn)位置的影響； Uk= (Axk, Ayk, Δ 0k)為從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻對所述四軸載物運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)控制量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括光柵尺編碼器，所述主控裝置還包括追蹤控制模塊，所述追蹤控制模塊包括反饋控制子模塊、時(shí)序分配子模塊和二軸平移臺控制子模塊，其中: 所述反饋控制子模塊，其輸入量為所述Uk= ( Λ Xk，Ayk, Δ 0k)，輸出量包括2個(gè)輸送給所述二軸平移臺控制子模塊的平移控制信號； 所述光柵尺編碼器獲取所述二軸平移臺的當(dāng)前位置，并與期望位置相減后反饋給所述反饋控制子模塊； 所述時(shí)序分配子模塊向所述反饋控制子模塊分配所述二軸平移臺的運(yùn)動(dòng)時(shí)序以及所述光柵尺編碼器測量值的反饋時(shí)序； 所述二軸平移臺控制子模塊用于接收所述反饋控制子模塊的2個(gè)平移控制信號，該平移控制信號轉(zhuǎn)化成輸送給所述二軸平移臺的電壓信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述追蹤控制模塊還包括旋轉(zhuǎn)臺控制子模塊，其中: 所述反饋控制子模塊的輸出量還包括I個(gè)輸送給所述旋轉(zhuǎn)臺控制子模塊的旋轉(zhuǎn)控制信號; 所述旋轉(zhuǎn)臺控制子模塊接收所述反饋控制子模塊的旋轉(zhuǎn)控制信號，該旋轉(zhuǎn)控制信號轉(zhuǎn)化成輸出給所述旋轉(zhuǎn)臺的脈沖信號； 所述時(shí)序分配子模塊向所述反饋控制子模塊分配所述旋轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動(dòng)時(shí)序。
【文檔編號】G05D3/12GK103941752SQ201410117593
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】毛珩, 陶樂天, 喬晗, 李宣成, 姜明 申請人:北京大學(xué)