嵌入式显微镜多传感器融合方案实战 - 课程目录

课程导论与系统架构

多传感器融合显微镜行业背景、技术挑战、光学/机械/电子/算法四层架构

核心传感器选型

CMOS(IMX系列)、激光测距(VL53L1X)、温湿度(SHT30)选型依据与对比

主控芯片选型与平台搭建

STM32MP1 vs RPi CM4 vs Jetson Nano · 性能/功耗/成本对比

嵌入式Linux系统构建

Yocto/Buildroot最小系统 · 内核驱动(CSI/I2C/SPI/UART) · 根文件系统定制

传感器驱动开发 (I2C/SPI)

VL53L1X & SHT30 · Linux驱动框架 · 设备树 · 用户空间驱动

传感器驱动开发 (CSI/MIPI)

OV5640/IMX219 · V4L2框架 · MIPI CSI-2 · 摄像头驱动调试

多传感器数据采集与同步

时间戳对齐(PTP/软件) · 多线程生产者-消费者 · 缓存与丢帧处理

图像预处理

去噪(高斯/中值) · 白平衡 · 直方图均衡 · ROI · OpenCV实现

激光测距数据滤波

卡尔曼滤波 · 滑动窗口平均 · 3σ异常剔除 · 轻量化实现

温湿度数据校准与补偿

SHT30加热补偿 · 偏移校准 · 数据有效性校验

多传感器融合算法 (基础)

加权平均 · 贝叶斯估计 · 卡尔曼滤波在距离-图像融合应用

多传感器融合算法 (进阶)

EKF · UKF · 粒子滤波在动态目标跟踪中的应用

空间标定与坐标对齐

相机内参(张正友) · 激光-相机外参(PnP) · 手眼标定

时间同步机制

硬件PTP纳秒同步 · 软件时间戳 · RTOS高精度定时器

嵌入式AI推理框架选型

TFLite Micro vs ONNX Runtime vs TensorRT · INT8/FP16量化

目标检测模型部署

YOLOv5/v8嵌入式移植 · 剪枝蒸馏 · Jetson Nano实时推理

图像与测距融合测距

语义分割辅助激光测距 · 目标区域测距 · 准确性提升

三维重建与点云生成

多视角图像+激光 · 稀疏/稠密点云 · Open3D/PCL后处理

自动对焦系统设计

图像清晰度评价(拉普拉斯/Tenengrad) · 爬山搜索 · 粗调+精调

自动曝光与白平衡控制

图像统计AE/AWB · 激光测距协同判断环境光变化

系统功耗优化

DVFS · 外设电源管理(GPIO供电) · 休眠唤醒策略

实时性优化

PREEMPT_RT内核 · 任务优先级 · DMA/中断 · Cache一致性

通信协议与数据上报

MQTT/HTTP/WebSocket · Protobuf/JSON · 4G/WiFi/LoRa

上位机与可视化

Qt/PyQt桌面端 · Flask/Node.js Web端 · 数据录制回放

系统可靠性设计

看门狗(硬件/软件) · 电源监测 · 日志(syslog/ELK) · 故障恢复

电磁兼容性(EMC)与信号完整性

PCB布局(模拟/数字分区) · 屏蔽滤波 · 接地策略

光学系统设计与选型

物镜(无限远校正) · 管镜 · LED照明 · 滤光片选择

机械结构设计

3D打印外壳 · 传感器固定散热 · 防震 · 光路密封

项目实战：细胞培养皿自动监测

需求分析 · 选型 · 系统集成 · 算法开发 · 测试迭代

项目实战：PCB焊点三维检测

多角度成像 · 激光轮廓扫描 · 点云配准 · 缺陷检测