本發(fā)明涉及微納操作，具體涉及到一種光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法。

背景技術(shù)：

1、光電鑷技術(shù)(oet)，又稱光電導(dǎo)技術(shù)、光致介電泳，是一種利用光電場(chǎng)對(duì)操作目標(biāo)產(chǎn)生作用的微納操作技術(shù)，其技術(shù)原理與介電泳原理相似，具有介電泳技術(shù)操控的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)克服了介電泳技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)操控的缺點(diǎn)。相比于光鑷，光電鑷操控所需光強(qiáng)度約小五個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得光電鑷可以操控?zé)崦羯飿颖?，且光電鑷具有高通量、靈活、操作力大的優(yōu)勢(shì)；與介電泳技術(shù)相比，光電鑷操控?zé)o需制備復(fù)雜的物理微電極，并且所需的虛擬電極可通過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的入射光實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)。故光電鑷被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞分選、細(xì)胞融合、細(xì)胞裂解等醫(yī)工融合領(lǐng)域；也可被應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)不同性質(zhì)微小粒子的捕獲、篩選、排列等微納加工操作。

2、隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)、多目標(biāo)路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)微納操控技術(shù)高通量的應(yīng)用需求，使用光電鑷技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并行操控多個(gè)目標(biāo)的任務(wù)引起了廣泛關(guān)注。對(duì)多目標(biāo)物體進(jìn)行路徑規(guī)劃為自動(dòng)化并行操控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可為后續(xù)光圖案生成提供各操控目標(biāo)的路徑信息。

3、目前，常用的目標(biāo)軌跡規(guī)劃算法在障礙物少、操控目標(biāo)少的寬闊區(qū)域場(chǎng)景下，尚能夠計(jì)算出的同一時(shí)刻各條路徑之間通常能保持足夠的安全距離；然而當(dāng)障礙物或操控目標(biāo)數(shù)量增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致可操控空間區(qū)域變小，這會(huì)使得計(jì)算出的同一時(shí)刻各路徑之間容易距離過(guò)近，而對(duì)于光電鑷操控技術(shù)而言，距離過(guò)近會(huì)導(dǎo)致被操控對(duì)象會(huì)被相鄰光圖案影響進(jìn)而脫離原定軌跡，導(dǎo)致操作可靠性明顯下降。

4、通常解決上述問(wèn)題的解決方案為在路徑規(guī)劃算法輸入中增大各路徑間的安全距離，而這會(huì)導(dǎo)致搜索空間變小，求解時(shí)間增加，而這會(huì)導(dǎo)致路徑規(guī)劃算法求解效率過(guò)低甚至不能在有限循環(huán)內(nèi)收斂。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種自適應(yīng)的光圖案生成方法，在保證操作成功率的前提下實(shí)現(xiàn)算法的有效收斂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，解決現(xiàn)有技術(shù)生成的光圖案由于距離過(guò)近而導(dǎo)致被操控對(duì)象的操作可靠性明顯下降的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，所述方法，包括：

4、s1，識(shí)別光操作場(chǎng)景下的多個(gè)待操作的目標(biāo)，以及每個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置；

5、s2，基于預(yù)設(shè)多目標(biāo)路徑規(guī)劃方法，根據(jù)每一目標(biāo)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置，規(guī)劃各個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的光圖案路徑，所述光圖案路徑中包括各個(gè)目標(biāo)在每個(gè)光步下的光圖案位置點(diǎn)；

6、s3，在相同光步的條件下，若任意兩個(gè)目標(biāo)的所述光圖案位置點(diǎn)的距離小于臨界距離，則獲取該兩個(gè)目標(biāo)的光圖案的交叉部分圖案，并對(duì)所述交叉部分圖案進(jìn)行修正；

7、s4，完成所有光步下的目標(biāo)的光圖案的修正處理，得到最終生成的自適應(yīng)光圖案。

8、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述s1中，基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)識(shí)別光操作場(chǎng)景下的多個(gè)待操作的目標(biāo)，以及每個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置。

9、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述預(yù)設(shè)多目標(biāo)路徑規(guī)劃方法，包括：基于沖突的搜索算法、增強(qiáng)型沖突搜索算法或動(dòng)態(tài)環(huán)境下的安全間隔路徑規(guī)劃算法。

10、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述光步為按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔劃分的時(shí)間步。

11、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，每個(gè)光步下的光圖案-包括密閉圖形或半密閉圖形；

12、其中，所述密閉圖形包括圓環(huán)圖案、三角圖案或方形圖案；

13、不同目標(biāo)在相同光步下的光圖案為相同的圖案，或者為不同的圖案。

14、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述對(duì)所述交叉部分圖案進(jìn)行修正，包括：

15、刪除了兩光圖案中的所述交叉部分圖案，并重新在兩光圖案中心線中添加矩形掩膜。

16、本申請(qǐng)還提供一種光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成裝置，包括：

17、識(shí)別模塊，用于識(shí)別光操作場(chǎng)景下的多個(gè)待操作的目標(biāo)，以及每個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置；

18、路徑規(guī)劃模塊，用于基于預(yù)設(shè)多目標(biāo)路徑規(guī)劃方法，根據(jù)每一目標(biāo)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置，規(guī)劃各個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的光圖案路徑，所述光圖案路徑中包括各個(gè)目標(biāo)在每個(gè)光步下的光圖案位置點(diǎn)；

19、修正模塊，用于在相同光步的條件下，若任意兩個(gè)目標(biāo)的所述光圖案位置點(diǎn)的距離小于臨界距離，則獲取該兩個(gè)目標(biāo)的光圖案的交叉部分圖案，并對(duì)所述交叉部分圖案進(jìn)行修正，在完成所有光步下的目標(biāo)的光圖案的修正處理之后，得到最終生成的自適應(yīng)光圖案。

20、本申請(qǐng)還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行，控制處理器所在設(shè)備實(shí)現(xiàn)第一方面所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法。

21、本發(fā)明技術(shù)方案，可使各個(gè)圓環(huán)光圖案根據(jù)光圖案間的距離信息進(jìn)行自適應(yīng)光圖案重構(gòu)，防止由于光圖案間交叉導(dǎo)致的目標(biāo)操控失效問(wèn)題，可大大提高在狹窄區(qū)域?qū)Χ嗄繕?biāo)進(jìn)行高通量并行控制的成功率及算法計(jì)算效率，助力完成基于光電鑷的多目標(biāo)并行自動(dòng)化操控任務(wù)。

技術(shù)特征：

1.一種光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，其特征在于，所述方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，其特征在于，所述s1中，基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)識(shí)別光操作場(chǎng)景下的多個(gè)待操作的目標(biāo)，以及每個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)多目標(biāo)路徑規(guī)劃方法，包括：基于沖突的搜索算法、增強(qiáng)型沖突搜索算法或動(dòng)態(tài)環(huán)境下的安全間隔路徑規(guī)劃算法。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，其特征在于，所述光步為按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔劃分的時(shí)間步。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，其特征在于，每個(gè)光步下的光圖案-包括密閉圖形或半密閉圖形；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，其特征在于，所述對(duì)所述交叉部分圖案進(jìn)行修正，包括：

7.一種光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成裝置，其特征在于，包括：

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行，控制處理器所在設(shè)備實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種光操作場(chǎng)景下的自適應(yīng)光圖案生成方法，包括：S1，識(shí)別光操作場(chǎng)景下的多個(gè)待操作的目標(biāo)，以及每個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置；S2，基于預(yù)設(shè)多目標(biāo)路徑規(guī)劃方法，根據(jù)每一目標(biāo)的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置，規(guī)劃各個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的光圖案路徑，所述光圖案路徑中包括各個(gè)目標(biāo)在每個(gè)光步下的光圖案位置點(diǎn)；S3，在相同光步的條件下，若任意兩個(gè)目標(biāo)的所述光圖案位置點(diǎn)的距離小于臨界距離，則獲取該兩個(gè)目標(biāo)的光圖案的交叉部分圖案，并對(duì)所述交叉部分圖案進(jìn)行修正；S4，完成所有光步下的目標(biāo)的光圖案的修正處理，得到最終生成的自適應(yīng)光圖案。本方法解決現(xiàn)有技術(shù)生成的光圖案由于距離過(guò)近而導(dǎo)致被操控對(duì)象的操作可靠性明顯下降的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：張帥龍,李恭,劉娜,鄭立湘,都鶴楠,韋憬,毛亞楠,劉皓冰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9