趙平

(武威第二十三中學(xué)，甘肅 武威 733000)

1 引言

反應(yīng)顯微成像技術(shù)能夠為科學(xué)實驗以及教學(xué)活動各環(huán)節(jié)提供支持[1-2]。在物理實驗平臺構(gòu)建中，為提升其技術(shù)性和現(xiàn)代性，創(chuàng)新平臺構(gòu)建的新穎度尤為重要[3]。將反應(yīng)顯微成像技術(shù)運用到物理實驗平臺的構(gòu)建之中，能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)顯微成像技術(shù)與物理實驗平臺的雙發(fā)展，提升科研深度與廣度[4]。

2 基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺總體結(jié)構(gòu)

以反應(yīng)顯微成像技術(shù)為基礎(chǔ)所構(gòu)建完成的物理實驗平臺系統(tǒng)，其基本組成總體上分為四部分，第一部分為采集圖像終端，第二部分為處理圖像終端、第三部分是無線通訊終端，第四部分是移動終端[5]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

圖1 物理實驗平臺總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 物理實驗平臺硬件參數(shù)分析

2.1.1 CMOS 攝像頭

在物理實驗平臺中選擇使用的是CMOS 攝像頭，這款攝像頭在使用中具有較低的功耗，分辨率最高可以夠及1280×1024，在進(jìn)行圖像傳輸時，所表現(xiàn)出來的最大速率也已經(jīng)實現(xiàn)了每秒30 幀，其工作的溫度保持在零下三十?dāng)z氏度到七十?dāng)z氏度之間，主廣角為25°。

2.1.2 主控芯片

主控芯片選擇使用的是來自于某科技企業(yè)的開發(fā)板，這款開發(fā)板以S3C2440 處理器為核心，功能消耗低，成本較低，性價比較高。

2.1.3 移動終端

基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺支持移動終端平臺，實驗采用的是某型號移動設(shè)備。其主要參數(shù)如下所示。

表1 移動終端設(shè)備參數(shù)表

2.2 物理實驗平臺系統(tǒng)實現(xiàn)

2.2.1 構(gòu)建視頻服務(wù)器

物理實驗平臺支持windows 系統(tǒng)，視頻服務(wù)器的核心是S3C2440 處理器。windows 系統(tǒng)擁有比較穩(wěn)定的性能，其實現(xiàn)的功能比較強大，在操作的時候能夠支持多任務(wù)，另外在運行的過程中具備比較完善的文件管理機制、圖形圖片管理能力和網(wǎng)絡(luò)通信功能[6]。

（1）構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)

構(gòu)建windows 嵌入式系統(tǒng)，其中包含的內(nèi)容有U-boot 編譯與移植，交叉編譯環(huán)境構(gòu)建與安裝、文件系統(tǒng)制作。在物理實驗平臺中，對其內(nèi)核做出精簡，僅僅保留著物理實驗中所必須要使用的模塊

（2）移植MJPG-streamer

視頻服務(wù)所實現(xiàn)的攝像輸入是利用CMOS 攝像頭實現(xiàn)，在獲得視頻數(shù)據(jù)的時候，需要完成視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，從而獲得所應(yīng)用的數(shù)據(jù)流。監(jiān)聽客戶端位置的Soker 連接，若是沒有出現(xiàn)連接現(xiàn)象，那么此時便需要將其停留在等待的階段。MJPG-streamer 源碼的來源較為廣泛，在對MJPG-streamer 源碼進(jìn)行編譯，編譯完成以后，所形成的文件為：

mjpg_streamer:此為整個系統(tǒng)最為主要的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)啟動功能；

output_file.so:實驗中獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较鄳?yīng)文件；

output_http.so:將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中；

output_viewer.so:將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絃CD;

input_uvc.so:USB 攝像頭輸入;

input_file.so:從視頻或者圖片輸入;

input_cmoscamera.so:CMOS 攝像頭輸入。

在開發(fā)板的文件系統(tǒng)目錄之下，需要存放mjpg_streamer，同時需要在/lib/modules 目錄中存放output_http.so 和input_cmoscamera.so，在輸入模塊和輸出模塊加載的時候，可以通過利用命令行實現(xiàn)。在下面這一串程序代碼之中，能夠?qū)崿F(xiàn)的結(jié)果是以攝像頭為物質(zhì)條件，完成圖像數(shù)據(jù)錄入，利用壓縮格式，完成圖片序列的輸出。mjpg_streamer-i“/lib/modules/input_cmoscamera.so-y”-o"/lib/modules/output_http.so-w192.168.123.1:8080"-b 程序中i 表示的為input，o 表示的為outout，b 表示的為后臺運行，y 表示的為使用程序jpeg 壓縮，w 表示的為數(shù)據(jù)輸出綁定的網(wǎng)址端口。

2.2.2 移動終端系統(tǒng)功能實現(xiàn)分析

Windows 系統(tǒng)具有高效性和便利性，將其作為移動終端開發(fā)設(shè)計環(huán)境具有積極意義。在開發(fā)系統(tǒng)的時候，選擇使用的程序語言為java。在開發(fā)移動終端系統(tǒng)的過程中，選擇使用的集成軟件為Eclipse，從而實現(xiàn)開源。系統(tǒng)開發(fā)的環(huán)境搭建工作，其步驟總共分為三步，第一步是完成開發(fā)與下載軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit），第二步是完成Eclipse 安裝，第三步是軟件開發(fā)工具包以及ADT 安裝。

3 基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺性能測試

3.1 物理實驗平臺的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量分析

實驗在構(gòu)建完成的物理實驗平臺中，通過使用無線傳輸模塊完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，通過選擇的設(shè)備能夠?qū)?shù)據(jù)的傳輸距離做好控制，在沒有障礙物影響的前提之下，物理實驗所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)木嚯x能夠達(dá)到30m，在有障礙物的時候，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)木嚯x能夠達(dá)到10m。在本次設(shè)計的基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试谠O(shè)置完成以后，需要達(dá)到每秒5 幀。物理實驗所拍攝的圖像，在傳輸時像素需壓縮到30 萬，屬8 位數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸過程之中，其傳輸?shù)乃俣染S系在12Mbps。

3.2 物理實驗平臺的圖像質(zhì)量

攝像頭在進(jìn)行圖像獲取的時候，其保存的圖像為640×512，像素值為30 萬像素。在基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺構(gòu)建完成以后，對黑白相間的條紋進(jìn)行拍攝，通過拍攝完成的圖片對色差以及圖像的變形情況作出對比分析。詳細(xì)如圖2 所示：

圖2 圖像條紋與色差圖

通過圖2的對比結(jié)果可以得知拍攝完成的圖像基本上沒有出現(xiàn)形狀上的變化，但是其對比度卻出現(xiàn)了比較顯著的變化。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因在于光照存在不均勻問題，若是在拍攝的時候沒有合理的控制光源，將會造成白色的位置表現(xiàn)出淺青色，另一部分將會表現(xiàn)出淺粉色。在黑色與白的過度位置中所表現(xiàn)出來的不夠銳利。這些問題將有待于在后期的研究中深入分析與改進(jìn)。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計一套基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺，其所實現(xiàn)的功能是采集物理實驗圖像并且完成動態(tài)性傳輸，在平臺中將接收到的圖像進(jìn)行顯示與存儲。本文對基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺的組成進(jìn)行簡要的介紹，其次分析其硬件構(gòu)成以及移動端的平臺設(shè)計與基本結(jié)構(gòu)的功能等等，基于設(shè)計完成的系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，展開內(nèi)容新穎性探究?；诜磻?yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺最大的優(yōu)勢在于采集圖像的時候基于windows 系統(tǒng)，通過移動端進(jìn)行使用，大幅度提升了物理實驗的效率和數(shù)據(jù)分析的便利性，比較適合在物理研究中推廣與產(chǎn)業(yè)化研發(fā)。另外，將現(xiàn)代無線技術(shù)引入到基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺構(gòu)建中，也大幅度擴展了平臺的使用范圍，在移動端使用的時候，無需增加任何機械外設(shè)，使用更為便捷。相比較于傳統(tǒng)的物理實驗系統(tǒng)，新系統(tǒng)不僅現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而真正的實現(xiàn)了物理實驗監(jiān)督的無障礙性，提升了物理實驗的質(zhì)量和效率。總而言之，基于反應(yīng)顯微成像技術(shù)的物理實驗平臺在圖像傳輸?shù)乃俣阮I(lǐng)域以及圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量領(lǐng)域，均具有高質(zhì)量和可行性，值得推廣使用。