[发明专利]一种微操作机器人系统显微视野拓展方法

权利要求书

1.一种微操作机器人系统显微视野拓展方法，其特征在于该方法包括：

第一、将操作目标置于微操作机器人的电动操作平台上，确定待观察的目标区域；

第二、选取目标区域的某个顶点作为扫描的起始点和终点，即扫描结束后平台又回到起始位置，通过平台的折线运动进行扫描路径规划，并按照扫描路径将选定目标区域分割成大小等同于当前屏幕视野的一组单元格，为了完成图像拼接，相邻单元格间需要20％-40％的重叠，由此确定操作平台移动的次数和待拼接图像的数量；

第三、将电动操作平台运动到目标区域的起始点，保留当前局部显微图像，之后依次将下一相邻单元格移入显微视野，采集待拼接图像，同时，在平台运动的过程中，处理刚采集到的显微图像，借助基于SIFT特征或区域的拼接方法，得到该图像在整体全局图像中的偏移量；

第四、图像采集结束后，将电动操作平台移回运动的起始点，同时处理最后一幅显微图像；此时，各幅局部显微图像在整体图像中的位置都已确定，通过图像融合方法得到最终的图像拼接结果，也即目标区域的全局图，实现显微视野的拓展；

第三步中所述的基于SIFT特征的拼接方法包括：

1)、在待拼接的显微图像中提取SIFT特征，得到SIFT特征位置和128维SIFT特征向量；对于一般显微图像，将单幅图像检测出的SIFT特征数控制在100-300个；

2)、将当前图像中各特征的SIFT特征向量与其邻接图像中的SIFT特征向量进行逐一比较，根据欧式距离判别SIFT特征的相似程度，若满足相似性条件，则认为找到一个匹配点对，由此得到当前图像中SIFT特征与邻接图像SIFT特征的对应关系；

3)、由同一SIFT特征在不同图像中的位置变化即偏移量得到当前图像与其邻接图像间的偏移量，为了提高匹配精度，将各个特征偏移量取平均作为图像的最终偏移量；

4)、确定当前图像在整体全局图像中的位置，设定第一幅采集图像左上角在全局图像中的位置为(0，0)，由相邻图像间的偏移量求得后续图像的位置；设当前图像编号为i，根据其相邻图像j得到的图像左上角位置为：

xij=xj+Δxij,yij=yj+Δyij---(1)]]>

其中，(x_j，y_j)是已知的图像j的左上角在全局图像中的位置，是图像i相对于图像j的偏移量，由上述第3)步求出；

在当前图像的相邻图像不只一幅时，通过SIFT特征数目加权计算当前图像左上角在全局图像中的最终位置，计算公式如下：

xi=ΣjnijxijΣjnij,]]>yi=ΣjnijyijΣjnij]]>(图像i，j邻接)    (2)

其中，n_ij代表用于计算图像偏移量的SIFT特征数目；

第三步中所述的基于区域的拼接方法包括：

1)、获取相邻显微图像间的偏移量范围，通过SIFT特征匹配得到当前显微图像在低倍全局图像中的位置，进而得到当前图像与其邻接图像的大致位置关系，按此关系设置基于区域方法的偏移量搜索范围，当不同倍数显微图像间的特征匹配出现错误时，根据电动操作平台的移动精度设定搜索范围；

2)、利用邻接图像重叠区所有象素亮度的一致性估计偏移量参数，使用的算法为归一化的相关系数法，归一化相关系数R可通过公式(3)计算，使R取到最小的偏移量即为所求最终的偏移量，

R(Δx,Δy)=Σx,y[I2′(x,y)·I1′(x+Δx,y+Δy)]/Σx,yI2′(x,y)2·Σx,yI1′(x+Δx,y+Δy)2---(3)]]>

公式中，图像1和图像2表示两幅相邻的显微图像，I₁(x，y)和I₂(x，y)分别是图像的亮度，Δx和Δy为所求图像2相对于图像1的偏移量，I′(x，y)表示图像的平均亮度，定义如下：

I′(x,y)=I(x,y)-1w·hΣx′,y′I(x′,y′)---(4)]]>

w和h是重叠区域的宽度和高度，R(Δx，Δy)取值越小，则表明图像间的相关程度越大；

3)、采用基于SIFT特征拼接的方法，用公式(1)或(2)确定当前图像左上角在整体全局图像中的位置，由于基于区域的匹配方法精度较高，如果偏移量是通过基于区域的方法得到的，则将公式(2)中的n_ij人为赋值为300。