基于反应显微成像技术的物理实验平台构建与研究

赵平

(武威第二十三中学，甘肃 武威 733000)

1 引言

反应显微成像技术能够为科学实验以及教学活动各环节提供支持[1-2]。在物理实验平台构建中，为提升其技术性和现代性，创新平台构建的新颖度尤为重要[3]。将反应显微成像技术运用到物理实验平台的构建之中，能够实现反应显微成像技术与物理实验平台的双发展，提升科研深度与广度[4]。

2 基于反应显微成像技术的物理实验平台总体结构

以反应显微成像技术为基础所构建完成的物理实验平台系统，其基本组成总体上分为四部分，第一部分为采集图像终端，第二部分为处理图像终端、第三部分是无线通讯终端，第四部分是移动终端[5]。系统结构图如下所示：

图1 物理实验平台总体结构图

2.1 物理实验平台硬件参数分析

2.1.1 CMOS 摄像头

在物理实验平台中选择使用的是CMOS 摄像头，这款摄像头在使用中具有较低的功耗，分辨率最高可以够及1280×1024，在进行图像传输时，所表现出来的最大速率也已经实现了每秒30 帧，其工作的温度保持在零下三十摄氏度到七十摄氏度之间，主广角为25°。

2.1.2 主控芯片

主控芯片选择使用的是来自于某科技企业的开发板，这款开发板以S3C2440 处理器为核心，功能消耗低，成本较低，性价比较高。

2.1.3 移动终端

基于反应显微成像技术的物理实验平台支持移动终端平台，实验采用的是某型号移动设备。其主要参数如下所示。

表1 移动终端设备参数表

2.2 物理实验平台系统实现

2.2.1 构建视频服务器

物理实验平台支持windows 系统，视频服务器的核心是S3C2440 处理器。windows 系统拥有比较稳定的性能，其实现的功能比较强大，在操作的时候能够支持多任务，另外在运行的过程中具备比较完善的文件管理机制、图形图片管理能力和网络通信功能[6]。

（1）构建嵌入式系统

构建windows 嵌入式系统，其中包含的内容有U-boot 编译与移植，交叉编译环境构建与安装、文件系统制作。在物理实验平台中，对其内核做出精简，仅仅保留着物理实验中所必须要使用的模块

（2）移植MJPG-streamer

视频服务所实现的摄像输入是利用CMOS 摄像头实现，在获得视频数据的时候，需要完成视频数据的转化，从而获得所应用的数据流。监听客户端位置的Soker 连接，若是没有出现连接现象，那么此时便需要将其停留在等待的阶段。MJPG-streamer 源码的来源较为广泛，在对MJPG-streamer 源码进行编译，编译完成以后，所形成的文件为：

mjpg_streamer:此为整个系统最为主要的程序，能够实现启动功能；

output_file.so:实验中获得的数据信息传输到相应文件；

output_http.so:将数据传输到网络中；

output_viewer.so:将数据信息传输到LCD;

input_uvc.so:USB 摄像头输入;

input_file.so:从视频或者图片输入;

input_cmoscamera.so:CMOS 摄像头输入。

在开发板的文件系统目录之下，需要存放mjpg_streamer，同时需要在/lib/modules 目录中存放output_http.so 和input_cmoscamera.so，在输入模块和输出模块加载的时候，可以通过利用命令行实现。在下面这一串程序代码之中，能够实现的结果是以摄像头为物质条件，完成图像数据录入，利用压缩格式，完成图片序列的输出。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 表示的为input，o 表示的为outout，b 表示的为后台运行，y 表示的为使用程序jpeg 压缩，w 表示的为数据输出绑定的网址端口。

2.2.2 移动终端系统功能实现分析

Windows 系统具有高效性和便利性，将其作为移动终端开发设计环境具有积极意义。在开发系统的时候，选择使用的程序语言为java。在开发移动终端系统的过程中，选择使用的集成软件为Eclipse，从而实现开源。系统开发的环境搭建工作，其步骤总共分为三步，第一步是完成开发与下载软件开发工具包（Software Development Kit），第二步是完成Eclipse 安装，第三步是软件开发工具包以及ADT 安装。

3 基于反应显微成像技术的物理实验平台性能测试

3.1 物理实验平台的数据传输质量分析

实验在构建完成的物理实验平台中，通过使用无线传输模块完成数据信息的传输，通过选择的设备能够对数据的传输距离做好控制，在没有障碍物影响的前提之下，物理实验所获得的数据信息传输的距离能够达到30m，在有障碍物的时候，数据信息传输的距离能够达到10m。在本次设计的基于反应显微成像技术的物理实验平台中，数据传输的速率在设置完成以后，需要达到每秒5 帧。物理实验所拍摄的图像，在传输时像素需压缩到30 万，属8 位数数据。数据传输过程之中，其传输的速度维系在12Mbps。

3.2 物理实验平台的图像质量

摄像头在进行图像获取的时候，其保存的图像为640×512，像素值为30 万像素。在基于反应显微成像技术的物理实验平台构建完成以后，对黑白相间的条纹进行拍摄，通过拍摄完成的图片对色差以及图像的变形情况作出对比分析。详细如图2 所示：

图2 图像条纹与色差图

通过图2的对比结果可以得知拍摄完成的图像基本上没有出现形状上的变化，但是其对比度却出现了比较显著的变化。这种现象出现的原因在于光照存在不均匀问题，若是在拍摄的时候没有合理的控制光源，将会造成白色的位置表现出浅青色，另一部分将会表现出浅粉色。在黑色与白的过度位置中所表现出来的不够锐利。这些问题将有待于在后期的研究中深入分析与改进。

4 结束语

本文设计一套基于反应显微成像技术的物理实验平台，其所实现的功能是采集物理实验图像并且完成动态性传输，在平台中将接收到的图像进行显示与存储。本文对基于反应显微成像技术的物理实验平台的组成进行简要的介绍，其次分析其硬件构成以及移动端的平台设计与基本结构的功能等等，基于设计完成的系统进行性能测试，展开内容新颖性探究。基于反应显微成像技术的物理实验平台最大的优势在于采集图像的时候基于windows 系统，通过移动端进行使用，大幅度提升了物理实验的效率和数据分析的便利性，比较适合在物理研究中推广与产业化研发。另外，将现代无线技术引入到基于反应显微成像技术的物理实验平台构建中，也大幅度扩展了平台的使用范围，在移动端使用的时候，无需增加任何机械外设，使用更为便捷。相比较于传统的物理实验系统，新系统不仅现有的无线网络设备，从而真正的实现了物理实验监督的无障碍性，提升了物理实验的质量和效率。总而言之，基于反应显微成像技术的物理实验平台在图像传输的速度领域以及图像传输的质量领域，均具有高质量和可行性，值得推广使用。