Details

Работа посвящена разработке методики и программной реализации для неинвазивного определения физических параметров, а также включений в микрофлюидных системах на основе фото- и видеоданных, полученных с использованием оптических микроскопов. В ходе исследования были решены следующие задачи: 1. Изучены особенности микрофлюидных каналов и диапазоны типичных параметров потока (скорость, давление, вязкость). 2. Проведен анализ методов и датчиков измерения физических параметров. 3. Разработан алгоритм обработки изображений включений с учётом типа освещения и геометрии канала. 4. Реализована программная модель, осуществляющая нахождение включений на фотографии, расчет их смещения и скорости, а также определение давления и вязкости. 5. Введена возможность расчета на основе кадров без включений методом оптического потока. Исследование опиралось на реальные изображения микрофлюидных чипов. Работа выполнена с использованием среды MATLAB, в которой реализован полный цикл анализа: от предобработки изображения до расчёта физических характеристик. Особое внимание уделено универсальности алгоритма: он адаптируется под тип используемого освещения, масштаб изображения и тип геометрии канала. Основана на применении ручного выбора включений при сложной визуальной картине. Результаты работы могут быть использованы для оценки эффективности микрофлюидных устройств, калибровки измерительных установок, а также в образовательных и научных целях.

The work is devoted to the development of a technique and software implementation for noninvasive determination of physical parameters, as well as inclusions in microfluidic systems based on photo and video data obtained using optical microscopes. The following tasks were solved in the course of the study: 1. The features of microfluidic channels and ranges of typical flow parameters (velocity, pressure, viscosity) have been studied. 2. The analysis of methods and sensors for measuring physical parameters is carried out. 3. An algorithm for image processing of inclusions has been developed, taking into account the type of lighting and channel geometry. 4. A software model has been implemented that locates inclusions in a photograph, calculates their displacement and velocity, and determines pressure and viscosity. 5. The possibility of calculating based on frames without inclusions using the optical flow method has been introduced. The study was based on real images of microfluidic chips. The work was performed using the MATLAB environment, which implements a full cycle of analysis: from image preprocessing to calculating physical characteristics. Special attention is paid to the versatility of the algorithm: it adapts to the type of lighting used, the image scale and the type of channel geometry. It is based on the application of manual selection of inclusions in a complex visual picture. The results of the work can be used to evaluate the effectiveness of microfluidic devices, calibrate measuring devices, as well as for educational and scientific purposes.