CN103605203B - 一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，通过对视场中同一个视野图像的当前图像Z聚焦数据和同一个视野已采集的不同图像Z层面聚焦数据，决定在当前视场下一个Z轴运动方向，以最少的聚焦次数达到最佳聚焦位置。对下一个视场的聚焦起始位置和Z向移动又根据当前视场的Z轴位置及当前聚焦移动方向来确定，或利用前面已完成聚焦所采集的邻近数据，建立切片局部组织的表面数学模型，对下一个视场Z轴位置进行精确预测和估计，使扫描过程的连续各视场移动中既能克服各种部件控制波动因素和环境偶然变化引起的聚焦数据变化，抗噪能力强，又在达到最佳聚焦结果的同时使用最短聚焦时间。

Description

一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法

技术领域

本发明涉及一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，特别是涉及一种采用单一摄像头进行数字切片扫描实时自动聚焦的方法。

背景技术

随着技术的发展，病理诊断已逐步从显微镜下观察，到采用数码摄像头拍摄数字图像，再到将整个病理玻璃切片扫描成数字切片，使传统的病理诊断需要病人将玻璃切片携带到有专业病理专家的大城市检测确认是否病灶组织为阳性或阴性，发展到将玻璃切片在当地直接扫描成数字切片，然后将扫描的数字切片传输到网上云端，这样远程的病理医生能够在任何地方任何时候通过上网浏览进行判断诊断，这极大地提升了病理诊断治疗的有效手段，推动了病理诊断应用的发展，也极大地造福广大人民群众，特别是边缘地区缺少病理医师的群众。

在数字切片的自动扫描中，为了能快速有效地将玻璃切片扫描成数字切片后传送到专家端进行及时诊断，有二个关键指标，一个是扫描质量，一个是扫描速度，但这二个指标又相互制约。提升扫描质量的方法就是每个视场进行自动聚焦，但这样又影响扫描速度。围绕着如何解决这二个关键指标，出现了许多的技术手段。如通过在显微镜下对玻璃切片上建立表面数学模型，然后扫描时按模型的Z平面进行聚焦定位以避免每个视场进行Z轴来回运动的聚焦，实现快速扫描，这种方法已用于市面上的数字切片扫描仪。但这种方法的主要缺点就是扫描质量不能完全保证，因为建立切片表面的数学模型仅从若干个有限点生成，如果切片表面有复杂曲面，或扫描过程中系统部件的各种偏差，都会导致视场聚集面的估计不精确，从而使扫描图像质量受到影响。为解决这个问题，也有若干数字切片扫描仪采用硬件实时聚焦的方法，即用另一个摄像头作为聚焦摄像头在扫描过程中实时聚焦，扫描摄像头在聚焦到位后进行抓拍，这种方法能够基本保证扫描图像的聚焦准确，也能达到一定的扫描速度，但这种模式需要单独的聚焦摄像头，增加了仪器成本，同时也增加了系统复杂度，对一些不能依靠纹理来辅助聚焦的场合，如弱纹理表面，空白区域等，这时也只能采用其他技术手段应对。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，是在数字切片扫描中采用本视场内的若干图像聚焦数据和方向以及相邻视场图像聚焦数据和方向来获取和确定该视场的聚焦平面估计或聚集策略并实时控制z轴步进电机进行定位和控制移动。该方法使扫描过程的连续各视场移动中既能克服各种部件控制波动因素和环境偶然变化引起的聚焦数据变化，抗噪能力强，又在达到最佳聚焦结果的同时使用最短聚焦时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，包括如下步骤：

A.开始扫描；

B.移动到扫描视场，并判断是否要多层聚焦，判断结果为是，则进入下一步骤，判断结果为否则进入步骤E；

C.进入多层聚焦图像过程；

D.获取聚焦图像及信息存储；而后转至步骤G；

E.进入聚焦估计过程；

F.获取聚焦估计及信息存储；

G.移动到下一视场；

H.完成扫描。

所述步骤A包括扫描系统的初始化，所需扫描的区域和行列数已经确定，已移动到第一个扫描视场和完成该视场的聚焦，获取了对应的各聚焦层面的聚焦因子和移动路径及方向，准备向下一个视场移动。

所述的步骤B中，在判断为需要多层聚焦时，还包括如下步骤：

B1.平行移动到下一个视场；

B2.检测上一个视场的最后Z移动方向；

B3.检测最后Z移动方向是向上，则进入下一步骤，否则转至步骤B5；

B4.设置当前Z向下移动，而后结束；

B5.设置当前Z向上移动，而后结束。

所述多层聚焦图像过程，包括：

C1.初始化，确定Z的聚焦范围以及间隔，最大聚焦因子fvmax等于0,峰值标志peak置false，低于峰值计数器lower_cnt置0；

C2.获取一幅图像，计算聚焦因子fv，并计算与fvmax的差值dv；

C3.判断dv＞0是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C7；

C4.记录Z的位置，并保存当前图像，计算higher_rate＝dv/fvmax，更新fvmax；

C5.判断higher_rate＞focus_tolerance是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C10；

C6.peak置true,lower_cnt置0,而后转步骤C10；

C7.计算lower_rate＝－dv/fvmax；

C8.判断lower_rate＞focus_tolerance是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C10；

C9.lower_cnt加1；

C10.判断peak为true，lower_cnt＞＝post_peak_cnt是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C12；

C11.找到了清晰的图像，而后转步骤C13；

C12.判断是否需要重扫描，判断为是，则转到步骤C1，判断为否，则进入下一步骤；

C13.结束。

所述获取聚焦图像及信息存储步骤，包括：

D1.把当前扫描的行列数设置为已聚焦状态；

D2.保存最清晰焦面的Z值；

D3.把最清晰焦面图像发送出去拼接并保存下来。

所述聚焦估计过程，包括：

E1.寻找相邻位置执行过自动聚焦操作的视野；

E2.获取若干邻近视场的X、Y、Z坐标位置；

E3.通过多项式非线性表面拟合；

E4.预测估计出最佳聚焦面位置。

所述获取聚焦估计及信息存储步骤，包括：

F1.把当前扫描的行列数设置为聚焦预测估计状态；

F2.保存预测估计的焦面位置；

F3.按估计的Z位置控制载物台到该位置并抓取图像；

F4.将抓取的图像发送出去拼接并保存。

所述步骤G包括对扫描位置进行判断，是否需移动到下一个视场，是否当前扫描行已经完成，如果水平方向没有扫描完成，沿水平方向移动一个视场；否则移动到下一个垂直方向移动一个视场，并移动到水平方向起始位置；如果垂直方向扫描完成，则判断是否整个扫描已经完成，如果整个扫描没有完成，则根据判断情况移动到下一个视场，或移动到下一行，直至整个扫描完成，最后结束。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，是用一台数字切片扫描的设备，这台设备包括由照明、光学、机械系统、电子、数码摄像头、计算机等组成，实现数字切片的扫描。在数字切片扫描过程中，每个视场的图像Z轴起始位置、聚焦过程、聚焦方向、聚焦次数、聚焦面图像获取、下一个视场移动控制等，分别根据上一个视场的最后聚焦位置、上一个视场的最后聚焦行走方向、本视场的起始位置、本视场行走方向各聚焦层面数据、控制Z轴行走模型、本视场邻近扫描行和列的焦面关系和相邻视野的焦面关系，确定聚焦Z轴行走方向和次数，以及在完成本视场的聚焦任务后的采集数据进行存储分析，指导下一个聚焦起始位置及Z轴移动方向，利用前面已完成聚焦所采集的数据，建立切片局部组织的表面模型，对邻近视场图像进行精确预测和估计。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，在每个视场的自动聚焦初始化中，依据前一个视场的最后聚焦层面作为起点，和依据前一个视场的最后聚焦行走方向来确定本视场的聚焦起始位置和聚焦方向。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，在同一视场的多层聚焦过程中，聚焦移动的方向走向按照一定的控制策略，聚焦移动的控制策略包括最优化的聚焦次数，也包括抑制对聚焦过程中的各种仪器控制偏差所产生的聚焦噪声，这些聚焦移动策略通过构造一个多级判断树来实现，去除局部聚焦点的影响，达到最优全局聚焦面。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，将每个扫描视场的聚焦数据，包括每个视场是否是完成多层聚焦还是完成聚焦预测估计、视场的X、Y位置、视场聚焦后的Z焦面位置、聚焦的行走方向等，这些数据将用于下一个视场的初始化，或用于建立局部的切片组织表面模型，做下一个邻近视场的聚焦面预测估计。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，通过相邻扫描行的焦面关系、相邻视野的焦面关系，以及焦面位置波动的幅度，通过提取这些邻近点的位置和聚焦层数据，建立一个数学模型，再通过该建立的数学模型预测下一视野的焦面位置。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，扫描时按照以下公式计算需要自动聚焦的视野：Cn=C+（L-1）*dn，其中Cn为需要聚焦的视野号码；L为当前扫描的列数，根据实际扫描范围大小，取值可为1、2、3…..Lmax（最大列数）；dn为自动聚焦视野间的间隔，取值可为1、2、3…..n（n<Lmax）；C为每行自动聚焦的第一个视野号。在计算所得的视野号Cn处，控制调焦Z轴执行自动聚焦操作，获得焦面数值和清晰的图像。在非自动聚焦的视野，则参考相邻位置执行过自动聚焦操作的视野所获得的真实焦面的数值，通过多项式非线性表面拟合建立数学模型后预测出焦面位置，并控制调焦Z轴到达预测焦面位置，获得该视野图像。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，C为每行自动聚焦的第一个视野号，每一行的C值可相同也可不同。取值相同时，每行的自动聚焦视野都在同一列；取值不同时，每行的自动聚焦视野不在同一列，互相交错。相对于取值相同的情况，取值不同时，自动聚焦获得的实际焦面位置更接近于被观测标本的实际凹凸起伏，更有利于后续焦面预测。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，dn为自动聚焦视野间的间隔，每行的dn取值可以相同也可以不同。取值相同时每行执行自动聚焦的视野等间距分布；取值不同时每行的自动聚焦视野分布不同。dn的取值也可动态调整，扫描的最初几行，间隔dn取值可小一些，若发现焦面变化平缓，则可增加dn取值，减少自动聚焦的次数以节约时间；同样的，在扫描途中，若发现焦面变化幅度增大，则可随时减小dn，增加自动聚焦的密度，以获得足够清晰的图像。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，在非自动聚焦的视野，其焦面位置可参考相邻位置，执行过自动聚焦操作的视野所获得的真实焦面的数值，通过多项式非线性表面拟合建立数学模型进行预测。如本行前一个自动聚焦视野的焦面数值，上一行距离本视野最近的两个自动聚焦视野的焦面数值，由此3个数值计算得出本视野的焦面数值。当然也可以通过更多相邻的自动聚焦视野的焦面数值来计算。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，可根据焦面变化情况决定本行是否需要执行自动聚焦，若焦面变化平缓，则可采用前一行的焦面数值来作为本行的焦面。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明通过在数字切片扫描中采用本视场内的若干图像聚焦数据和方向以及相邻视场图像聚焦数据和方向来获取和确定该视场的聚焦平面估计或聚集策略并实时控制z轴步进电机进行定位和控制移动。该方法使扫描过程的连续各视场移动中既能克服各种部件控制波动因素和环境偶然变化引起的聚焦数据变化，抗噪能力强，又在达到最佳聚焦结果的同时使用最短聚焦时间。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明的移动到扫描视场的流程图；

图3是本发明的多层聚焦图像过程的流程图；

图4是本发明的聚焦估计过程的流程图；

图5是本发明的获取聚焦图像及信息存储的流程图；

图6是本发明的获取聚焦估计及信息存储的流程图；

图7是本发明的移动到下一视场的流程图。

具体实施方式

实施例

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，采用的原则是，在一个视场内初始聚焦方向的确定取决于上个视场的最后聚焦位置和移动方向，以形成波浪形的行走模式，达到获取用于聚焦计算的图像数目最少的目的。处理方法具体为：当上一个聚焦面确定后，控制载物台以相同Z位置但移动X和Y到下一个视场，到达现在视场后，获取图像，计算该图像的聚焦因子，然后沿Z方向移动一个单位，移动方向取决于上一个视场的最后移动方向，如果上一个视场的最后移动方向是向上，则将沿Z向下方向移动一个单位后获取这个Z层图像，如果上一个视场的最后移动方向是向下，则将沿Z向上方向移动一个单位后获取这个Z层图像，因此在理想情况下，上一次的最后Z位置是已超过最佳聚焦面，控制移动到目前视场后，最佳聚焦面应该是在相反方向，应该朝相反方向移动以接近目前视场的最佳聚焦面，这样在每个视场的移动中形成一个波浪形的移动轨迹，达到能获取每个视场的最佳聚焦图像但是采用了最短的移动路线和获取最少的多层图像，理想情况是每个视场仅需抓取3幅图像即可完成最佳聚焦图像的获取。

在一个视场内的聚焦移动方向初始位置由上个视场确定和获取该视场的层面图像后，理想情况是朝这个方向移动两个单元位置并分别抓取每个单元移动位置的层面图像，将会得到这个视场的聚焦曲线，即从这个视场获得的3幅层面图像的聚焦因子会呈现出低、高、低的数值，其中中间聚焦因子高的就是聚焦面图像，最后一个低的位置就是下一个视场图像开始聚焦的起始位置，并且下一个视场的Z聚焦移动方向和这个视场的Z聚焦移动方向相反，周而复始。但在实际情况中有许多因素将干扰这个理想过程，如各硬件部件的控制移动精度的影响，环境波动变化等都可能使载物台移动出现变数，以上为例，视场的前2幅图像有可能出现不是低、高的聚焦因子，而出现低、更低的聚焦因子数据，因此方法中也考虑了对各种可能出现的异常情况进行处理，以使扫描聚焦过程能做相应应对能够顺利扫描。

根据切片的属性，其表面变化由于有盖玻片的挤压，比较平整，其表面的变化也都是比较缓慢的，一般会连续若干个视场才有一个微小的Z值变化，因此在局部区域采取数学模型的方式既能精确估计视场位置，又有很强的移动过程中抗干扰的作用。我们的方法是在前面扫描过程中，将完成了视场多层聚焦的聚焦面图像的X、Y位置和Z位置都记录下来，如果当前视场为设置为估计聚焦视场，就根据前面最靠近该视场的若干聚焦位置数据提取出来，建立相应的切片局部数学模型，通过这个局部数学模式，得到当前视场的最优估计点。

如图1所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，包括如下步骤：

A.开始扫描；

B.移动到扫描视场，并判断是否要多层聚焦，判断结果为是，则进入下一步骤，判断结果为否则进入步骤E；

C.进入多层聚焦图像过程；

D.获取聚焦图像及信息存储；而后转至步骤G；

E.进入聚焦估计过程；

F.获取聚焦估计及信息存储；

G.移动到下一视场；

H.完成扫描。

在开始扫描步骤即步骤A，这个步骤包括扫描系统的初始化，所需扫描的区域和行列数已经确定，已移动到第一个扫描视场和完成该视场的聚焦，获取了对应的各聚焦层面的聚焦因子和移动路径及方向，准备向下一个视场。进入移动到扫描视场步骤，这个步骤将判断该视场需要多层聚焦，就进入多层聚焦图像过程步骤，如果判断为该视场需要聚焦估计，则进入聚焦估计过程步骤。判断是否需要自动聚焦或聚焦估计，采用公式：Cn=C+（L-1）*dn，其中Cn为需要聚焦的视野号码；L为当前扫描的列数，根据实际扫描范围大小，取值可为1、2、3…..Lmax（最大列数）；dn为自动聚焦视野间的间隔，取值可为1、2、3…..n（n<Lmax）；C为每行自动聚焦的第一个视野号。在需要多层聚焦图像过程步骤，将在该视场内进行Z轴的移动控制自动聚焦，完成该视场的聚焦定位和过程中各层图像的聚焦因子计算，以及移动的方向性，完成后将进入获取聚焦图像及信息存储步骤。在聚焦估计过程步骤，将采用扫描过程中记录的信息，并获取和该视场邻近的若干视场数据来建立数学模型估计该视场的Z位置，完成后将进入获取估计图像及信息存储步骤。获取聚焦图像及信息存储步骤和获取估计图像及信息存储步骤都将确定该视场的最佳聚焦图像，所不同的是前者从采集的多层不同Z位置的图像序列中获取，后者是直接抓取当前按数学模型移动Z位置的视场图像。两者步骤完成后都将进入移动到下一视场。这个步骤将判断扫描进程的走向，继续水平方向扫描，或水平方向扫描完成换位垂直方向移动到下一行的水平方向初始，或垂直方向扫描完成将进入完成扫描步骤。完成扫描步骤对采集的图像进行拼接，融合，压缩和存储后，数字切片扫描制作完毕，任务完成。

如图2所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，所述的步骤B中，在判断为需要多层聚焦时，还包括如下步骤：

B1.平行移动到下一个视场；

B2.检测上一个视场的最后Z移动方向；

B3.检测最后Z移动方向是向上，则进入下一步骤，否则转至步骤B5；

B4.设置当前Z向下移动，而后结束；

B5.设置当前Z向上移动，而后结束。

如图3所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，所述多层聚焦图像过程，包括：

C1.初始化，确定Z的聚焦范围以及间隔，最大聚焦因子fvmax等于0,峰值标志peak置false，低于峰值计数器lower_cnt置0；

C2.获取一幅图像，计算聚焦因子fv，并计算与fvmax的差值dv；

C3.判断dv＞0是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C7；

C4.记录Z的位置，并保存当前图像，计算higher_rate＝dv/fvmax，更新fvmax；

C5.判断higher_rate＞focus_tolerance是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C10；

C6.peak置true,lower_cnt置0,而后转步骤C10；

C7.计算lower_rate＝－dv/fvmax；

C8.判断lower_rate＞focus_tolerance是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C10；

C9.lower_cnt加1；

C10.判断peak为true，lower_cnt＞＝post_peak_cnt是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C12；

C11.找到了清晰的图像，而后转步骤C13；

C12.判断是否需要重扫描，判断为是，则转到步骤C1，判断为否，则进入下一步骤；

C13.结束。

如图5所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，所述获取聚焦图像及信息存储步骤，包括：

D1.把当前扫描的行列数设置为已聚焦状态；

D2.保存最清晰焦面的Z值；

D3.把最清晰焦面图像发送出去拼接并保存下来。

上述步骤是把当前扫描的行列数设置为已聚焦状态，记录该视场的X、Y位置，保存最清晰焦面的Z值和Z轴行走方向，把最清晰焦面发送出去拼接并保存下来。

如图4所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，所述聚焦估计过程，包括：

E1.寻找相邻位置执行过自动聚焦操作的视野；

E2.获取若干邻近视场的X、Y、Z坐标位置；

E3.通过多项式非线性表面拟合；

E4.预测估计出最佳聚焦面位置。

上述步骤是在非自动聚焦的视野，则参考相邻位置执行过自动聚焦操作的视野，按设定获取若干邻近视场的X、Y、Z坐标位置，通过多项式非线性表面拟合，预测出焦面位置，

如图6所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，所述获取聚焦估计及信息存储步骤，包括：

F1.把当前扫描的行列数设置为聚焦预测估计状态；

F2.保存预测估计的焦面位置；

F3.按估计的Z位置控制载物台到该位置并抓取图像；

F4.将抓取的图像发送出去拼接并保存。

上述步骤是把当前扫描的行列数设置为聚焦预测估计状态，记录该视场的X、Y位置，保存聚焦估计过程中按数学建模预测估计的焦面Z值，按估计的Z位置控制载物台到该位置，并把在该焦面Z位置抓取的图像发送出去拼接并保存下来，

如图7所示，本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，所述步骤G包括对扫描位置进行判断，是否需移动到下一个视场，是否当前扫描行已经完成，如果水平方向没有扫描完成，沿水平方向移动一个视场；否则移动到下一个垂直方向移动一个视场，并移动到水平方向起始位置；如果垂直方向扫描完成，则判断是否整个扫描已经完成，如果整个扫描没有完成，则根据判断情况移动到下一个视场，或移动到下一行，直至整个扫描完成，最后结束。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，是用一台数字切片扫描的设备，这台设备包括由照明、光学、机械系统、电子、数码摄像头、计算机等组成，实现数字切片的扫描。在数字切片扫描过程中，每个视场的图像Z轴起始位置、聚焦过程、聚焦方向、聚焦次数、聚焦面图像获取、下一个视场移动控制等，分别根据上一个视场的最后聚焦位置、上一个视场的最后聚焦行走方向、本视场的起始位置、本视场行走方向各聚焦层面数据、控制Z轴行走模型、本视场邻近扫描行和列的焦面关系和相邻视野的焦面关系，确定聚焦Z轴行走方向和次数，以及在完成本视场的聚焦任务后的采集数据进行存储分析，指导下一个聚焦起始位置及Z轴移动方向，利用前面已完成聚焦所采集的数据，建立切片局部组织的表面模型，对邻近视场图像进行精确预测和估计。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，在每个视场的自动聚焦初始化中，依据前一个视场的最后聚焦层面作为起点，和依据前一个视场的最后聚焦行走方向来确定本视场的聚焦起始位置和聚焦方向。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，在同一视场的多层聚焦过程中，聚焦移动的方向走向按照一定的控制策略，聚焦移动的控制策略包括最优化的聚焦次数，也包括抑制对聚焦过程中的各种仪器控制偏差所产生的聚焦噪声，这些聚焦移动策略通过构造一个多级判断树来实现，去除局部聚焦点的影响，达到最优全局聚焦面。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，将每个扫描视场的聚焦数据，包括每个视场是否是完成多层聚焦还是完成聚焦预测估计、视场的X、Y位置、视场聚焦后的Z焦面位置、聚焦的行走方向等，这些数据将用于下一个视场的初始化，或用于建立局部的切片组织表面模型，做下一个邻近视场的聚焦面预测估计。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，通过相邻扫描行的焦面关系、相邻视野的焦面关系，以及焦面位置波动的幅度，通过提取这些邻近点的位置和聚焦层数据，建立一个数学模型，再通过该建立的数学模型预测下一视野的焦面位置。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，扫描时按照以下公式计算需要自动聚焦的视野：Cn=C+（L-1）*dn，其中Cn为需要聚焦的视野号码；L为当前扫描的列数，根据实际扫描范围大小，取值可为1、2、3…..Lmax（最大列数）；dn为自动聚焦视野间的间隔，取值可为1、2、3…..n（n<Lmax）；C为每行自动聚焦的第一个视野号。在计算所得的视野号Cn处，控制调焦Z轴执行自动聚焦操作，获得焦面数值和清晰的图像。在非自动聚焦的视野，则参考相邻位置执行过自动聚焦操作的视野所获得的真实焦面的数值，通过多项式非线性表面拟合建立数学模型后预测出焦面位置，并控制调焦Z轴到达预测焦面位置，获得该视野图像。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，C为每行自动聚焦的第一个视野号，每一行的C值可相同也可不同。取值相同时，每行的自动聚焦视野都在同一列；取值不同时，每行的自动聚焦视野不在同一列，互相交错。相对于取值相同的情况，取值不同时，自动聚焦获得的实际焦面位置更接近于被观测标本的实际凹凸起伏，更有利于后续焦面预测。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，dn为自动聚焦视野间的间隔，每行的dn取值可以相同也可以不同。取值相同时每行执行自动聚焦的视野等间距分布；取值不同时每行的自动聚焦视野分布不同。dn的取值也可动态调整，扫描的最初几行，间隔dn取值可小一些，若发现焦面变化平缓，则可增加dn取值，减少自动聚焦的次数以节约时间；同样的，在扫描途中，若发现焦面变化幅度增大，则可随时减小dn，增加自动聚焦的密度，以获得足够清晰的图像。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，在非自动聚焦的视野，其焦面位置可参考相邻位置，执行过自动聚焦操作的视野所获得的真实焦面的数值，通过多项式非线性表面拟合建立数学模型进行预测。如本行前一个自动聚焦视野的焦面数值，上一行距离本视野最近的两个自动聚焦视野的焦面数值，由此3个数值计算得出本视野的焦面数值。当然也可以通过更多相邻的自动聚焦视野的焦面数值来计算。

本发明的一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，可根据焦面变化情况决定本行是否需要执行自动聚焦，若焦面变化平缓，则可采用前一行的焦面数值来作为本行的焦面。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：包括如下步骤：

A.开始扫描；

B.移动到扫描视场，并判断是否要多层聚焦，判断结果为是，则进入下一步骤，判断结果为否则进入步骤E；

C.进入多层聚焦图像过程；

D.获取聚焦图像及信息存储；而后转至步骤G；

E.进入聚焦估计过程；

F.获取聚焦估计及信息存储；

G.移动到下一视场；

H.完成扫描；

所述的步骤B中，在判断为需要多层聚焦时，还包括如下步骤：

B1.平行移动到下一个视场；

B2.检测上一个视场的最后Z移动方向；

B3.检测最后Z移动方向是向上，则进入下一步骤，否则转至步骤B5；

B4.设置当前Z向下移动，而后结束；

B5.设置当前Z向上移动，而后结束。

2.根据权利要求1所述的数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：所述步骤A包括扫描系统的初始化，所需扫描的区域和行列数已经确定，已移动到第一个扫描视场和完成该视场的聚焦，获取了对应的各聚焦层面的聚焦因子和移动路径及方向，准备向下一个视场移动。

3.根据权利要求1所述的数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：所述多层聚焦图像过程，包括：

C1.初始化，确定Z的聚焦范围以及间隔，最大聚焦因子fvmax等于0,峰值标志peak置false，低于峰值计数器lower_cnt置0；

C2.获取一幅图像，计算聚焦因子fv，并计算与fvmax的差值dv；

C3.判断dv＞0是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C7；

C4.记录Z的位置，并保存当前图像，计算higher_rate＝dv/fvmax，更新fvmax；

C5.判断higher_rate＞focus_tolerance是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C10；

C6.peak置true,lower_cnt置0,而后转步骤C10；

C7.计算lower_rate＝－dv/fvmax；

C8.判断lower_rate＞focus_tolerance是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C10；

C9.lower_cnt加1；

C10.判断peak为true，lower_cnt＞＝post_peak_cnt是否成立，判断为是，则进入下一步骤，判断为否，则转到步骤C12；

C11.找到了清晰的图像，而后转步骤C13；

C12.判断是否需要重扫描，判断为是，则转到步骤C1，判断为否，则进入下一步骤；

C13.结束。

4.根据权利要求1所述的数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：所述获取聚焦图像及信息存储步骤，包括：

D1.把当前扫描的行列数设置为已聚焦状态；

D2.保存最清晰焦面的Z值；

D3.把最清晰焦面图像发送出去拼接并保存下来。

5.根据权利要求1所述的数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：所述聚焦估计过程，包括：

E1.寻找相邻位置执行过自动聚焦操作的视野；

E2.获取若干邻近视场的X、Y、Z坐标位置；

E3.通过多项式非线性表面拟合；

E4.预测估计出最佳聚焦面位置。

6.根据权利要求1所述的数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：所述获取聚焦估计及信息存储步骤，包括：

F1.把当前扫描的行列数设置为聚焦预测估计状态；

F2.保存预测估计的焦面位置；

F3.按估计的Z位置控制载物台到该位置并抓取图像；

F4.将抓取的图像发送出去拼接并保存。

7.根据权利要求1所述的数字切片扫描过程中的自动聚焦方法，其特征在于：所述步骤G包括对扫描位置进行判断，是否需移动到下一个视场，是否当前扫描行已经完成，如果水平方向没有扫描完成，沿水平方向移动一个视场；否则移动到下一个垂直方向移动一个视场，并移动到水平方向起始位置；如果垂直方向扫描完成，则判断是否整个扫描已经完成，如果整个扫描没有完成，则根据判断情况移动到下一个视场，或移动到下一行，直至整个扫描完成，最后结束。