自動對焦3D數位全像重建硬體系統

Abstract

本論文旨在FPGA(Field Programmable Gate Array)平台上設計可自動對焦之3D數位全像圖重建硬體系統。設計此類系統的一大困難點，在於需要考慮數位全像圖的正確焦距。特別是在類似全像圖顯微鏡等應用中，極有可能時常更換樣本，如此一來便無法手動設定焦距，導致無法重建出清晰的影像觀察樣本。因此，自動對焦功能在3D數位全像重建系統確實有其重要性。 本論文提出以菲涅耳轉換與細胞自動機為基礎的全像重建流程，並以重建影像的Normalized Variance數值評估影像清晰度作為對焦參考，以最高清晰度的焦距作為正確焦距，進行最後還原，達到自動對焦的目的。此外，本論文所提出的系統也能還原更大尺寸的全像圖，大幅擴展了系統的可應用範圍。本論文並帶入數種I/O加速技術，旨在減少調整焦距時影像重複使用以及傳送的時間，進而提升系統效能。 本論文最後的成果與效能評估，可證明本系統能正確還原大尺寸之數位全像圖。我們以本電路系統於FPGA上與MATLAB軟體於個人電腦上的還原程式作比較，可發現本系統的還原速度遠快於軟體運算速度，並且電路在FPGA上運作的功耗也遠低於軟體運作於CPU上的功耗。