激光共聚焦显微镜软件技术说明书
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作者: 田浩然
日期: 2020-06-02
版本: V1.0
项目: 激光共聚焦显微镜产业化（软件）
部门: 先进医疗器械工程化中心
概述
本说明书为激光共聚焦显微镜配套软件系统的技术文档，用于指导后续详细设计和开发工作。
系统架构
三层架构设计
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│ 通用逻辑层 │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │图像处理 │ │图像分析 │ │高级交互 │ │
│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 专有业务逻辑层 │
│ ┌──────────────────────────────────┐ │
│ │ 图像采集与重建模块 │ │
│ │ - 扫描过程控制 │ │
│ │ - 数据重建 │ │
│ └──────────────────────────────────┘ │
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│ 硬件设备层 │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │设备驱动 │ │设备配置 │ │
│ └──────────┘ └──────────┘ │
└─────────────────────────────────────────┘
各层职责
| 层级 | 职责 | 关键模块 |
|---|
| 硬件设备层 | 封装底层硬件、处理不同硬件配置差异 | 设备驱动、设备配置 |
| 专有业务逻辑层 | 共聚焦专属的图像采集和重建 | 图像采集与重建 |
| 通用逻辑层 | 不依赖采集途径的通用图像后处理 | 图像处理、分析、高级交互 |
功能需求
六大功能模块
- 硬件控制与监控
- 图像保存与分析
- 图像导出/导入
- 硬件配置适配
- 基础图像处理
- 3D重建等高级交互
性能指标
| 指标 | 要求 |
|---|
| 数据精度 | 12bit无符号，采集过程中不低于12bit |
| 硬件响应 | 收到执行完成消息后 < 200ms |
| 软件响应 | < 200ms |
| 无故障运行时间 | ≥ 24小时 |
硬件配置需求
基础配置
| 组件 | 规格 |
|---|
| 处理器 | Intel i7-6700 (2.6GHz, 4核, 6MB缓存) |
| 内存 | 8GB DDR4 2400 |
| 显卡 | NVIDIA GTX960 (2GB显存) |
| 硬盘 | 1TB SATA 7200rpm |
| 显示器 | 24英寸IPS, 1920×1080 |
推荐配置
| 组件 | 规格 |
|---|
| 处理器 | Intel i7-7700 (2.6GHz, 4核, 8MB缓存) |
| 内存 | 16GB DDR4 2400 |
| 显卡 | NVIDIA GTX1080 (8GB显存) |
| 硬盘 | 256GB SSD |
| 显示器 | 27英寸IPS, 2560×1440 |
软件环境
- 操作系统: Windows 10 64位
- 平台框架: Qt 5.12.8
- 数据库: SQLite（轻量级）
- GPU加速: NVIDIA CUDA驱动
- 其他: 采集卡驱动、串口驱动
关键技术点
| 序号 | 技术点 | 说明 |
|---|
| 1 | 三维重建 | 利用二维投影恢复物体三维信息 |
| 2 | 畸变校正 | - |
| 3 | GPU并行加速 | - |
| 4 | 图像拼接 | 多幅小视场图像拼接成大视场 |
| 5 | 图像反卷积 | PSF变换逆变换，提高图像质量 |
通信接口
- 主控板通信: 串口通信
- 自定义协议: PC与共聚焦模块中控机通过自定义通信协议通信
人工干预环节
以下操作需人工完成：
- 软件系统与硬件设备正确连接
- 仪器电源、激光器开启及关闭
- 样本装载
- 物镜调整
- 激光器功率调节
- PMT增益调节
- 图像alpha/beta/gamma校正参数调节
数据结构
支持的图像格式
配置文件
- 前期：本地.ini文件
- 后期：自研配置文件编辑工具
项目文件管理
系统维护设计
- 将硬件控制相关部分封装在硬件设备层
- 控制硬件变更对软件部分的影响
- 为硬件未来发展留出空间