CN105093479A - 用于显微镜的自动对焦方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于显微镜的自动对焦方法和装置。该方法包括：将所述显微镜调整到一个或多个训练平面上拍摄包含至少一根对焦线的训练图像，从该图像中找到所述对焦线，为每个训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图；所述计数池底面设置有所述至少一根对焦线；将所述显微镜调整到第一平面拍摄实际图像，从该图像中找到所述对焦线，计算所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图；确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与准确对焦平面的相对位置关系，将所述显微镜从所述第一平面调整到所述准确对焦平面。

Description

用于显微镜的自动对焦方法和装置

技术领域

本发明涉及显微镜技术领域，尤其涉及一种用于显微镜的自动对焦方法和装置。

背景技术

应用图像处理和模式识别技术对细胞和其他微小粒子(比如尿液有形成分粒子等)的显微镜图像进行处理时，研究人员需要先获得精确对焦的图像。采用自动对焦系统进行图像捕获，比由人来拍摄照片更节省时间，且对焦性能更好、更一致。随着诸如尿沉渣分析仪等快速自动分析仪器在生物、医学等领域的引入，高速显微镜变得越来越重要。在高速自动显微镜图像捕捉过程中，一个关键的步骤是瞬时对焦。快速、可靠的自动对焦方法对于大规模地显微镜图像采集、捕获是必不可少的。

传统技术中，对于基于多个焦平面成像的自动对焦显微镜，其最高对焦速度约为2-3秒。这一速度对用于尿沉渣分析仪等快速自动分析仪器中的显微镜而言是不能接受的，因为该显微镜每秒需要捕获3-7张清晰的照片，当然并非每次图像捕获都要重新对焦。对于低倍率(约6x)的手术显微镜，可以在预览之后进行自动对焦，并修改显微镜的照明或光路。但是，这种方法不适用于在尿沉渣分析中使用到的高倍率显微成像系统。

需要指出，主动自动对焦系统使用传感器、控制系统和电机对显微镜视野(FOV，fieldofview)内的点或区域进行对焦。对于主动自动对焦系统，其工作原理与数码相机类似，具体包括：测量光学系统到被摄对象的距离，调整光学系统以得到正确的对焦。在上述系统的实现中，测量距离的方式有多种，包括超声波测距、红外线测距等。例如，可从数码相机发出声波，并测量声波的反射延迟，据此计算出被摄对象的距离。

然而，对于显微镜而言，由于被摄对象过小，需要使用被动自动对焦系统，通过被动获取进入光学系统的图像确定出正确的对焦。目前，有两种类型的被动自动对焦方法：对比度检测和相位检测。对比度检测通过镜头测量传感器区域内的对比度，实现自动对焦。在图像对焦正确时，传感器的相邻像素之间的强度差增大。在相位检测中，入射光被分到多对图像，并且需要对这多对图像进行比较。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种用于显微镜的自动对焦方法和装置，使得显微镜的对焦更为即时、快捷。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的一个实施例提供了一种用于显微镜的自动对焦方法，包括：

将所述显微镜调整到一个或多个训练平面上拍摄(202)包含至少一根对焦线的训练图像，从该图像中找到(102)所述对焦线，为每个训练平面确定(203)对应的训练对焦线梯度轮廓图；其中，所述一个或多个训练平面包括：所述显微镜的准确对焦平面；所述计数池底面设置(101，201)有至少一根对焦线；

将所述显微镜调整到第一平面拍摄(204)实际图像，从该图像中找到(102)所述对焦线，计算(205)所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图；

将所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与所述一个或多个训练平面的训练对焦线梯度轮廓图比较(103，206)，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与所述准确对焦平面的相对位置关系，将所述显微镜从所述第一平面调整到(207)所述准确对焦平面。

本发明的一个实施例提供了一种用于显微镜的自动对焦控制装置(1002)，包括：训练梯度生成单元(1012)、实际梯度生成单元(1022)，以及焦距调整单元(1032)；

所述训练梯度生成单元(1012)用于：响应于所述显微镜(1001)在与计数池底面平行的一个或多个训练平面上拍摄的包含至少一根对焦线的训练图像，从该图像中找到所述对焦线，为每个训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图；其中，所述一个或多个训练平面包括：所述显微镜的准确对焦平面；所述计数池底面设置有所述至少一根对焦线；

所述实际梯度生成单元(1022)用于：响应于所述显微镜(1001)在第一平面上拍摄的实际图像，从该图像中找到所述对焦线，计算所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图；

所述焦距调整单元(1032)用于：将所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与所述一个或多个训练平面的训练对焦线梯度轮廓图比较，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与所述准确对焦平面的相对位置，指示所述显微镜(1001)从所述第一平面调整到所述准确对焦平面。

下文将以明确易懂的方式通过对实施例的说明并结合附图来对本发明上述方案、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

图1为本发明一个实施例中用于显微镜的自动对焦方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例中用于显微镜的自动对焦方法的流程示意图；

图3(a)-图3(e)为本发明实施例中小尺寸的尿沉渣粒子的示意图；

图3(f)-图3(i)为本发明实施例中大尺寸的尿沉渣粒子的示意图；

图4为本发明一个实施例中对焦线与尿沉渣中的所有粒子都位于准确对焦平面的示意图；

图5(a)-图5(h)为本发明一个实施例中准确对焦平面之上的工作平面和准确对焦平面之下的工作平面上的图像示意图；

图6为本发明一个实施例中采用的线性霍夫变换(LHT)的示意图；

图7(a)为本发明一个实施例中采用线条检测方法找到θ落在[0°，30°]之间的3根线条的示意图；

图7(b)为图7(a)中示出的3根线条在霍夫空间的取值示意图；

图8(a)示出本发明一个实施例中显微镜拍摄到的对焦线和管型的原始图像；

图8(b)为对图8(a)所示的原始图像进行线条检测后的结果示意图；

图9为本发明一个实施例中多个训练对焦线梯度轮廓图；

图10为本发明一个实施例中显微成像系统的组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种自动对焦方法和显微成像系统，可实现实时对焦。图1为本发明一个实施例中用于显微镜的自动对焦方法的流程示意图，包括以下步骤。

步骤101：预先在计数池底面设置至少一根对焦线。

对于用于细胞计数的显微镜载玻片，在载玻片的中央有一个凹槽，该凹槽作为计数池(countingchamber)，其深度方向为z轴方向。本发明一个实施例中，可以在凹槽底面(x-y平面)标记上网格形状的对焦线。在一个具体实现中，设置对焦线时，可使得该显微镜的每个视野(FOV，fieldofview)包括至少一根水平对焦线(x轴方向)和/或竖直对焦线(y轴方向)。

步骤102：通过特征检测找到显微镜所拍摄图像中的对焦线。

具体实现时，可以采用传统的特征检测方法确定对焦线。在本发明一个实施例中，查找对焦线的方法包括：计算所拍摄图像中像素点的信号强度的梯度值，找出所述梯度值大于预设门限的有效像素点；对所述有效像素点进行线性霍夫变换(LHT，linearHoughTransform)，确定出所述对焦线的像素点，从而找出该条对焦线。在一个实施例中，像素点的信号强度可以是亮度值或者灰度值等。在本发明一个实施例中，显微镜所拍摄的图像包括：训练图像和实际图像，训练图像用于作为对焦参照，使得拍摄实际图像时能够实现“一步对焦”。

步骤103：将训练对焦线梯度轮廓图与实测对焦线梯度轮廓图进行比较，实现自动对焦。

本发明一个实施例中，生成训练对焦线梯度轮廓图包括：垂直于对焦线取其一阶导数的横截面，确定出垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，为每个训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图。具体实现时，训练平面包括：以显微镜的准确对焦平面为参考平面，与所述准确对焦平面的距离在-200微米(μm)到+200微米(μm)之间的一个或多个焦平面，这些焦平面之间的间隔根据实际需要进行设置，比如可设为1μm。根据实际需要，也可以将-100μm到+100μm之间的一个或多个焦平面，或者将-50μm到+50μm之间的一个或多个焦平面，作为训练平面。在一个实施例中，准确对焦平面是一个对焦线能够合焦的焦平面。

本发明一个实施例中，生成实测对焦线梯度轮廓图包括：垂直于对焦线取其一个或多个一阶导数的横截面，确定出一个或多个垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，计算第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。具体地，第一平面可以是在计数池内装载液体进行实际拍摄时，显微镜的其中一个焦平面。一般情况下，在第一平面上，对焦线处于失焦状态。

在一个具体实现中，采用上述自动对焦方法时，每次对焦时间约为3毫秒(ms)。由于对焦速度快，本发明实施例提供的自动对焦方法可以缩短失焦调整时间，尽快将显微镜调整到合焦状态。

图2为本发明一个实施例中用于显微镜的自动对焦方法的流程示意图，包括以下步骤。需要说明的是，在显微镜要拍摄的计数池底面预先设置有至少一根对焦线。

步骤201：将所述显微镜调整到一个或多个训练平面上拍摄包含所述至少一根对焦线的训练图像。其中，所述一个或多个训练平面包括：所述显微镜的准确对焦平面。

步骤202：为每个训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图。

具体地，该步骤包括：从该训练平面的训练图像中找到所述对焦线，确定垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，也即垂直于该对焦线取其一阶导数的横截面。以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，为该训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图。

步骤203：将所述显微镜调整到第一平面拍摄实际图像。

步骤204：计算第一平面所对应的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。

具体地，该步骤包括：从该第一平面的实际图像中找到所述对焦线，确定一个或多个垂直于所述对焦线的一阶导数的横截面，也即垂直该对焦线取其一阶导数的横截面。以该一个或多个横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，计算所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。在本发明一个实施例中，像素点的梯度值可以是一阶梯度，也可以是二阶梯度等。

步骤205：将所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与所述一个或多个训练平面的训练对焦线梯度轮廓图比较。

该步骤中，经过比较确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图。在本发明一个实施例中，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图包括：计算该实测对焦线梯度轮廓图与每个训练对焦线梯度轮廓图的相似度，找出相似度最大的训练对焦线梯度轮廓图。

在本发明另一个实施例中，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图包括：采用加权平均算法从与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图对应的多个训练对焦线梯度轮廓图中，找到出现频率最高的训练对焦线梯度轮廓图。相应地，可以确定该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的训练平面与第一平面位于相同的位置，通过该训练平面与准确对焦平面的距离可以确定出第一平面与准确对焦平面的距离。

步骤206：根据比较结果将显微镜从第一平面调整到准确对焦平面。

在一个具体实现中，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与所述准确对焦平面的相对位置关系，将所述显微镜从所述第一平面调整到所述准确对焦平面，从而实现了“一步对焦”。

在图2所示的流程中，步骤201-202确定出的一组训练对焦线梯度轮廓图可以存储在数据库中，供实际测试中多次使用。后续处理中，每次执行步骤203-206，均可以依据同一组训练对焦线梯度轮廓图进行对焦调整。

实际应用中，可以在计数池内装载液体后采用图1或图2所示的方法进行自动对焦。具体地，所述液体包括：尿液、血液，体液，或者水。下面以尿液为例加以说明。

需要指出，尿液的沉渣中通常具有多种类型的粒子，且大小不一。其中，小尺寸的粒子如图3(a)-图3(e)所示。具体地，图3(a)为直径8微米的血细胞，图3(b)为直径约16微米的白细胞，图3(c)为2×2微米的晶体，图3(d)为直径4微米的酵母菌，图3(e)为直径1微米的细菌。再有，大尺寸的粒子如图3(f)-图3(i)所示。具体地，图3(f)为200×40微米的管型，图3(g)为各种尺寸的白细胞群，图3(h)为各种尺寸的酵母菌群，图3(i)为约50×50微米的上皮细胞。

为了避免计数池底面设置的对焦标记被尿沉渣粒子隐藏，并最大限度地降低对标记进行检测的难度，本发明实施例设计了一个由竖直对焦线和水平对焦线组成的网格，覆盖整个计数池的底面。在一个具体实现中，对焦线的间隔按照显微成像系统的互补金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetalOxideSemiconductor)尺寸设计，从而保证每次拍摄的图像都包含一条竖直对焦线和一条水平对焦线。

在一个具体实现中，设置在计数池的对焦线是一根立体的线条，其宽度和高度(z轴方向)可以灵活设计。比如，对于对焦线的宽度，其设计的基本原则是避免影响细胞计数，比如可设置为5微米。为了能够对线条特征进行两极定向，对焦线的横截面(沿z轴方向的截面)可设计成一个半圆形。图4为本发明一个实施例中对焦线与尿沉渣中的所有粒子都位于准确对焦平面的示意图。如图5(a)-图5(f)所示，在显微镜拍摄到的图像中，低于准确对焦平面时的对焦线和高于准确对焦平面时的对焦线之间具有明显差异。

具体地，图5(a)和图5(b)分别为准确对焦平面之上10μm的工作平面和准确对焦平面之下10μm的工作平面上的图像示意图。比较图5(a)和图5(b)可以清楚地看出，图5(a)中对焦线的图像是亮的，而图5(b)中对焦线的图像是暗的，通过对焦线在图像显示上的这一差异，可以清楚地实现两极定向。此外，图5(c)和图5(d)分别为准确对焦平面之上20μm的工作平面和准确对焦平面之下20μm的工作平面上的图像示意图；图5(e)和图5(f)分别为准确对焦平面之上30μm的工作平面和准确对焦平面之下30μm的工作平面上的图像示意图；图5(g)和图5(h)分别为准确对焦平面之上50μm的工作平面和准确对焦平面之下50μm的工作平面上的图像示意图。比较图5(a)、图5(c)、图5(e)、图5(g)可以看出，与准确对焦平面的距离越远，图像越模糊。

需要指出，目前有很多方法可识别图像中的简单特征(比如直线等)，霍夫变换就是其中一种较为常用的方法。霍夫变换是在1972年由理查德·杜达和彼得·哈特提出的，又称为“广义霍夫变换”。在通过特征检测确定对焦线时，可以采用线性霍夫变换(LHT)，如图6所示，根据公式(1)确定所拍摄图像中的对焦线。

$g=(-\frac{\mathrm{sos\θ}}{\sin \mathrm{\θ}})x|\left(\frac{r}{\sin \mathrm{\θ}}\right)---\left(1\right)$

在公式(1)中，r为对焦线与原点O之间的距离，θ为原点O到对焦线的垂直矢量的夹角。具体地，r可根据公式(2)计算。图像中的每根线条都有对应的(r，θ)参数，在θ∈[0，π]且r∈R，或老θ∈[0，2π]且，r≥0时，每根线条的(r，θ)参数是唯一的。需要指出，(r，θ)空间又可称为霍夫空间。

r＝xcosθ+gsinθ(2)

本发明实施例中，图像中的对焦线一般沿着0度或90度方向，且对焦线的长度大于尿液中的任何粒子的尺寸。即使考虑到制造误差，θ也可以控制在小角度之内，比如控制在[-5°，5°]之间，或者[85°，95°]之内。由于本发明实施例在设置对焦线时存在角度约束，即偏离x轴或y轴的角度较小，由此采用线性霍夫变换为对焦线进行特征检测时，其复杂度仅为传统方法的1/45。图7(a)示出本发明一个实施例中的对焦线检测结果，找到θ在[0°,30°]之间的3根线条(分别是线条701，702，703)。这3根线条在霍夫空间的取值如图7(b)中的小方框所示。通过本发明实施例所示的特征检测方法，即使线条的一部分如图8(a)所示可能被尿液颗粒(比如管型801等)掩盖，也不会给对焦线的检测带来问题，仍然能如图8(b)所示检测出对焦线802。

在检测出对焦线后，进一步确定相应的对焦线梯度轮廓图。图9为本发明实施例中使用简单的单步梯度算法得到的训练对焦线梯度轮廓图。具体地，图9中的第1张小图为-50μm处的梯度轮廓图，第2张小图为-48μm处的梯度轮廓图，依此类推，第6行第1列的小图为0μm处(即准确对焦平面)的梯度轮廓图。通过比较实测对焦线梯度轮廓图和不同训练平面上的训练对焦线梯度轮廓图之间的差异，可以获知在z轴上朝哪个方向移动显微镜、需要移动多长的距离，能够达到该显微镜的准确对焦平面。也即，将训练对焦线梯度轮廓图作为工作平面相对于准确对焦平面的调整方向和调整距离的基准。

具体地，比较实测对焦线梯度轮廓图和训练对焦线梯度轮廓图的过程包括：将所有训练对焦线梯度轮廓图(简称为训练图)进行归一化处理，也即将每幅图缩放到最大值相等；将实测对焦线梯度轮廓图(简称为实测图)缩放到最大值与训练图的最大值相等；将实测图在小范围内上下移动使得实测图和训练图最大程度地吻合；计算每个训练图和实测图之间的差的绝对值，将差的绝对值最小的训练图确定为匹配的训练图。比如，通过比较获知实测图与图9中-10μm处的训练图匹配，则确定工作平面在准确对焦平面之下10μm，则将焦距向上调整10μm即可得到正确对焦。也即，使用训练图作为参考，使得显微镜通过一步调整即可对焦到位。

图10为本发明一个实施例中显微成像系统的组成示意图。该显微成像系统包括：显微镜1001，以及控制部件1002。其中，控制部件1002包括：训练梯度生成单元1012、实际梯度生成单元1022，以及焦距调整单元1032。

所述训练梯度生成单元1012用于：响应于所述显微镜1001在与计数池底面平行的一个或多个训练平面上拍摄的包含至少一根对焦线的训练图像，从该图像中找到所述对焦线，为每个训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图；其中，所述一个或多个训练平面包括：所述显微镜的准确对焦平面；所述计数池底面设置有所述至少一根对焦线。

所述实际梯度生成单元1022用于：响应于所述显微镜1001在第一平面上拍摄的实际图像，从该图像中找到所述对焦线，计算所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。

所述焦距调整单元1032用于：将所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与所述一个或多个训练平面的训练对焦线梯度轮廓图比较，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与所述准确对焦平面的相对位置，指示所述显微镜1001从所述第一平面调整到所述准确对焦平面。

在本发明一个具体实现中，训练梯度生成单元1012或者实际梯度生成单元1022用于：计算所述图像中像素点的信号强度的梯度值，找出所述梯度值大于预设门限的有效像素点；对所述有效像素点进行线性霍夫变换，确定出所述对焦线的像素点。

在本发明一个具体实现中，训练梯度生成单元1012用于：确定垂直于所述对焦线的一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，生成所述训练对焦线梯度轮廓图。

在本发明一个具体实现中，实际梯度生成单元1022用于：确定一个或多个垂直于所述对焦线的一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，生成所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。

在本发明一个具体实现中，焦距调整单元1032用于：计算该实测对焦线梯度轮廓图与每个训练对焦线梯度轮廓图的相似度，找出相似度最大的训练对焦线梯度轮廓图。

在本发明一个具体实现中，焦距调整单元1032用于：采用加权平均算法从与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图对应的多个训练对焦线梯度轮廓图中，找到出现频率最高的训练对焦线梯度轮廓图，作为匹配的训练对焦线梯度轮廓图。

本发明实施例还提供了一种用于显微镜的自动对焦控制装置，该自动对焦控制装置可以参照上述图10中的控制部件1002的相关说明来实施，在此不再赘述。

需要指出，本发明实施例提供的控制部件1002可以采用软件、硬件或软件硬件相结合的方式实现，例如通过CPU和存储单元或者专用的芯片来实现。所述存储单元可以是内存，也可以是外部的存储介质。所述专用的芯片例如可以是FPGA芯片。相应地，本发明实施例还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述的方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的部分或者全部功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的部分或者全部功能，因此程序代码和存储该程序代码的存储介质构成了本发明实施例的一部分。

用于提供程序代码的存储介质的实施例包括硬盘、光盘、非易失性存储卡和ROM等。可选择地，可以经由通信网络从服务器计算机处下载程序代码。此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。此外，可以理解的是，还能将从存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分或者全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

在本发明一个实施例中，该自动对焦方法和系统可应用于尿沉渣分析仪所使用的显微镜中，实现显微镜级别的精确对焦。与传统的对比度检测和相位检测等方法相比，本发明实施例提供的方法和系统具有以下至少一个优点。

a、设置在计数池底面的对焦线在成像时具有两极定向的能力，使得对焦不易出错，进而使得目标粒子不易被误检、漏检，适用于高倍率显微镜。

b、采用线性霍夫变换进行对焦线检测，快速、准确。

c、根据本发明实施例的自动对焦方法，当采用简单的一阶梯度得到对焦线梯度轮廓图时，利用训练对焦线梯度轮廓图和实测对焦线梯度轮廓图的比较结果，找到显微镜的准确对焦平面，对焦速度快，能够很好地克服对比度检测自动对焦算法中存在的局部极值问题等。

上文通过附图和实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，本领域技术人员从中推导出来的其他方案也在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种用于显微镜的自动对焦方法，包括：

将所述显微镜调整到一个或多个训练平面上拍摄(202)包含至少一根对焦线的训练图像，从该图像中找到(102)所述对焦线，为每个训练平面确定(203)对应的训练对焦线梯度轮廓图；其中，所述一个或多个训练平面包括：所述显微镜的准确对焦平面；所述计数池底面设置(101，201)有所述至少一根对焦线；

将所述显微镜调整到第一平面拍摄(204)实际图像，从该图像中找到(102)所述对焦线，计算(205)所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图；

将所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与所述一个或多个训练平面的训练对焦线梯度轮廓图比较(103，206)，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与所述准确对焦平面的相对位置关系，将所述显微镜从所述第一平面调整到(207)所述准确对焦平面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对焦线为水平对焦线和/或竖直对焦线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计数池底面设置(101，201)有所述至少一根对焦线包括：设置所述对焦线，使得该显微镜的每个视野包括至少一根水平对焦线和/或竖直对焦线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个训练平面包括：以所述准确对焦平面为参考平面，与所述准确对焦平面的距离在-200微米到+200微米之间的一个或多个焦平面。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从该图像中找到所述对焦线(102)包括：

计算所述图像中像素点的信号强度的梯度值，找出所述梯度值大于预设门限的有效像素点；

对所述有效像素点进行线性霍夫变换，确定出所述对焦线的像素点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为每个训练平面确定(203)对应的训练对焦线梯度轮廓图包括：

确定垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，生成所述训练对焦线梯度轮廓图。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算(205)所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图包括：

确定一个或多个垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，生成所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图包括：

计算所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与每个训练对焦线梯度轮廓图的相似度，找出相似度最大的训练对焦线梯度轮廓图。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图包括：

采用加权平均算法从与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图对应的多个训练对焦线梯度轮廓图中，找到出现频率最高的训练对焦线梯度轮廓图。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述计数池内装载有液体。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述液体包括：尿液、血液，体液，或者水。

12.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述对焦线的横截面为半圆形。

13.一种用于显微镜的自动对焦控制装置(1002)，包括：训练梯度生成单元(1012)、实际梯度生成单元(1022)，以及焦距调整单元(1032)；

所述训练梯度生成单元(1012)用于：响应于所述显微镜(1001)在与计数池底面平行的一个或多个训练平面上拍摄的包含至少一根对焦线的训练图像，从该图像中找到所述对焦线，为每个训练平面确定对应的训练对焦线梯度轮廓图；其中，所述一个或多个训练平面包括：所述显微镜的准确对焦平面；所述计数池底面设置有所述至少一根对焦线；

所述实际梯度生成单元(1022)用于：响应于所述显微镜(1001)在第一平面上拍摄的实际图像，从该图像中找到所述对焦线，计算所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图；

所述焦距调整单元(1032)用于：将所述第一平面的一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与所述一个或多个训练平面的训练对焦线梯度轮廓图比较，确定与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图匹配的训练对焦线梯度轮廓图，根据该匹配的训练对焦线梯度轮廓图对应的第二平面与所述准确对焦平面的相对位置，指示所述显微镜(1001)从所述第一平面调整到所述准确对焦平面。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述训练梯度生成单元(1012)或者所述实际梯度生成单元(1022)用于：

计算所述图像中像素点的信号强度的梯度值，找出所述梯度值大于预设门限的有效像素点；

对所述有效像素点进行线性霍夫变换，确定出所述对焦线的像素点。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述训练梯度生成单元(1012)用于：确定垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，生成所述训练对焦线梯度轮廓图。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述实际梯度生成单元(1022)用于：确定一个或多个垂直于所述对焦线的其一阶导数的横截面，以该横截面上的像素点的位置为横坐标，以该像素点的梯度值为纵坐标，生成所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图。

17.根据权利要求13-16任一项所述的装置，其特征在于，所述焦距调整单元(1032)用于：计算所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图与每个训练对焦线梯度轮廓图的相似度，找出相似度最大的训练对焦线梯度轮廓图。

18.根据权利要求13-16任一项所述的装置，其特征在于，所述焦距调整单元(1032)用于：采用加权平均算法从与所述一个或多个实测对焦线梯度轮廓图对应的多个训练对焦线梯度轮廓图中，找到出现频率最高的训练对焦线梯度轮廓图。