CN105467575B - 一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于显微成像技术领域，公开了一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，通过所述机械加工模块对样品进行切片；通过所述二维平移台对物镜进行二维调节；通过所述成像模块对所述刀具实时成像；通过所述数据采集模块对所述连续获得的多幅图像进行单幅采集和记录；第一个维度调节过程中，对实时获取的单幅图像进行刀刃位置刻度计算；第二个维度调节过程中，针对所述连续获得的多幅图像中的单幅图像计算灰度共生矩阵；根据所述灰度共生矩阵获得单幅图像的对比度值；对比所述连续获得的多幅图像中的单幅图像的对比度值，获得对比度值的极大值。本发明通过对静态刀具对焦，间接解决了运动目标的成像对焦问题。

Description

一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法
技术领域
本发明涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法。
背景技术
显微光学切片断层成像仪器是一种针对大尺寸样品进行三维、高精度切片扫描成像的装置，其核心原理在于超精密切片扫描与实时成像。显微光学切片断层成像仪器相当于一个超薄切片机和开放式显微镜系统的结合。
在显微成像领域，已有一些具备自动对焦功能的显微镜系统，如现有技术中一种自动对焦显微镜，但仅能针对静态的目标进行自动调焦。另一现有技术中一种用于流式细胞仪成像系统的自动对焦装置，但只适用于这一特定应用领域。其它一些商用显微镜可能也附带自动对焦模块，但无法直接用于开放式显微镜系统。
发明内容
本申请实施例通过提供一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，解决运动目标的成像对焦问题。
本申请实施例提供一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，通过所述机械加工模块对样品进行切片，样品被所述刀具切片后沿着所述刀具上表面移动；通过所述二维平移台对物镜进行二维调节；调节过程中，通过所述成像模块对所述刀具实时成像，连续获得多幅图像；通过所述数据采集模块对所述连续获得的多幅图像进行单幅采集和记录；第一个维度调节过程中，对实时获取的单幅图像进行刀刃位置刻度计算，当图像中的刀刃位置为第一刻度位置时，对应最佳信噪比的对焦位置；第二个维度调节过程中，针对所述连续获得的多幅图像中的单幅图像计算灰度共生矩阵；根据所述灰度共生矩阵获得单幅图像的对比度值；对比所述连续获得的多幅图像中的单幅图像的对比度值，获得对比度值的极大值，所述对比度值的极大值对应最佳清晰度的对焦位置。
优选的，所述灰度共生矩阵计算方法为：
P(i,j)＝#{(x1,y1),(x2,y2)∈M×N|f(x1,y1)＝i,f(x2,y2)＝j}
其中，P(i,j)表示灰度共生矩阵第i行第j列的元素，#{x}表示集合x中的元素个数，f(x1,y1)＝i表示像素(x1,y1)灰度为i,f(x2,y2)＝j表示像素(x2,y2)灰度为j。
优选的，所述对比度定义如下：
其中，P(i,j)表示灰度共生矩阵第i行第j列的元素。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、在本申请实施例中，将运动目标成像对焦问题转换为相关联的固定目标成像对焦问题，实现自动对焦方法简单、方便。
2、在本申请实施例中，成功实现了用于切片扫描式成像系统的自动对焦，降低了传统的人工调焦难度和工作量，提高成像系统的整体工作效率和采集数据的整体质量。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法的流程示意图。
图2为本发明实施例提供的一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法的二维平移台的结构示意图；
其中，1、对焦距离调节旋钮；2、对焦位置调节旋钮；3、物镜安装底座。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，解决运动目标的成像对焦问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，通过所述机械加工模块对样品进行切片，样品被所述刀具切片后沿着所述刀具上表面移动；通过所述二维平移台对物镜进行二维调节；调节过程中，通过所述成像模块对所述刀具实时成像，连续获得多幅图像；通过所述数据采集模块对所述连续获得的多幅图像进行单幅采集和记录；第一个维度调节过程中，对实时获取的单幅图像进行刀刃位置刻度计算，当图像中的刀刃位置为第一刻度位置时，对应最佳信噪比的对焦位置；第二个维度调节过程中，针对所述连续获得的多幅图像中的单幅图像计算灰度共生矩阵；根据所述灰度共生矩阵获得单幅图像的对比度值；对比所述连续获得的多幅图像中的单幅图像的对比度值，获得对比度值的极大值，所述对比度值的极大值对应最佳清晰度的对焦位置。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本申请扫描式切片成像装置包括机械加工模块，成像模块和数据采集模块；
所述扫描式切片成像装置还包括自动对焦模块，对运动样品进行自动对焦；所述自动对焦模块包括二维平移台，所述对运动样品进行自动对焦是通过对刀具的自动对焦来间接实现。
如图1所示，本申请实施例提供了一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法,所示方法包括：
步骤10：所述机械加工模块用于实现对样品的扫描式切片，所述机械加工模块包括刀具；
通过所述机械加工模块对样品进行切片，样品被所述刀具切片后沿着所述刀具上表面移动。
步骤20：通过所述二维平移台对物镜进行二维调节；
如图2所示，二维平移台包括对焦距离调节旋钮1，用于调节成像清晰度；对焦位置调节旋钮2，用于调节成像信噪比；物镜安装底座3，用于固定安装物镜。
步骤30：所述成像模块用于对所述样品成像，所述成像模块包括物镜，所述物镜光轴垂直于所述刀具刀背平面，物镜成像焦平面与刀背平面平行，焦点落在靠近刀刃的位置；
调节过程中，通过所述成像模块对所述刀具实时成像，连续获得多幅图像。
步骤40：所述数据采集模块用于实现对样品的成像结果的采集和记录；
通过所述数据采集模块对所述连续获得的多幅图像进行单幅采集和记录。
步骤50：所述二维调节包括第一个维度调节和第二个维度调节；
通过调节对焦位置调节旋钮2实现第一个维度调节；
第一个维度调节过程中，对实时获取的单幅图像进行刀刃位置刻度计算，当图像中的刀刃位置为第一刻度位置时，对应最佳信噪比的对焦位置；
通过边缘检测算法计算刀刃位置刻度。
步骤60：通过调节对焦距离调节旋钮1实现第二维度调节；
第二个维度调节过程中，针对所述连续获得的多幅图像中的单幅图像计算灰度共生矩阵；
所述灰度共生矩阵计算方法为：
P(i,j)＝#{(x1,y1),(x2,y2)∈M×N|f(x1,y1)＝i,f(x2,y2)＝j}
其中，P(i,j)表示灰度共生矩阵第i行第j列的元素，#{x}表示集合x中的元素个数，f(x1,y1)＝i表示像素(x1,y1)灰度为i,f(x2,y2)＝j表示像素(x2,y2)灰度为j。
步骤70：根据所述灰度共生矩阵获得单幅图像的对比度值；
所述对比度定义如下：
其中，P(i,j)表示灰度共生矩阵第i行第j列的元素。
步骤80：对比所述连续获得的多幅图像中的单幅图像的对比度值，获得对比度值的极大值，所述对比度值的极大值对应最佳清晰度的对焦位置。
下面结合原理对本发明作详细说明。
本发明所述的用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法包括以下几个核心内容：
(1)将运动目标成像对焦问题转换为相关联的固定目标成像对焦问题。
(2)基于图像灰度共生矩阵来分析图像清晰度。
(3)通过客观实际的经验值来辅助成像信噪比的判定。
影响成像效果的因素包含2个方面，一是图像清晰度，二是图像信噪比。物镜调节通过一个平移台来实现二维调节，分别实现上述两个因素的调节。
在判断成像效果之前有个重要前提，那就是一般需要对固定的目标进行成像，才能对比多种不同的成像效果，找出最佳的成像效果。但本发明中需要对运动的样品进行实施成像对焦，显然不能保证成像目标在某一段时间内相对固定。由于样品紧贴着刀具上表面移动，在成像视场中刀具位置相对恒定，所以通过对刀具的成像效果判断来间接实现运动样品的成像效果的判断。
图像清晰度的判断采用了基于图像灰度共生矩阵的定量分析方法。图像信噪比根据经验值进行控制。经验表明，当刀具在成像视场中处于某个刻度时，能得到最佳的信噪比，而刀具所处的刻度位置对应着刀具图像中刀刃的边缘位置。因此通过分析图像中刀刃位置，并与经验值(第一刻度位置)比对，即可判定信噪比是否最佳。
本发明实施例提供的一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法至少包括如下技术效果：
将运动目标成像对焦问题转换为相关联的固定目标成像对焦问题，实现自动对焦方法简单、方便。实现了对扫描式切片成像装置的自动对焦，降低了传统的人工调焦难度和工作量，提高了成像系统的整体工作效率和采集数据的整体质量。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，其特征在于：该扫描式切片成像装置包括机械加工模块，成像模块和数据采集模块；
所述机械加工模块用于实现对样品的扫描式切片，所述机械加工模块包括刀具；
所述成像模块用于对所述样品成像，所述成像模块包括物镜，所述物镜光轴垂直于所述刀具刀背平面，物镜成像焦平面与刀背平面平行，焦点落在靠近刀刃位置；
所述数据采集模块用于实现对样品的成像结果的采集和记录；
所述扫描式切片成像装置还包括自动对焦模块，对运动样品进行自动对焦；所述自动对焦模块包括二维平移台，所述对运动样品进行自动对焦是通过对刀具的自动对焦来间接实现；
所述自动对焦方法具体步骤为：
步骤一：通过所述机械加工模块对样品进行切片，样品被所述刀具切片后沿着所述刀背平面移动；
步骤二：通过所述二维平移台对物镜进行二维调节；
步骤三：调节过程中，通过所述成像模块对所述刀具实时成像，连续获得多幅图像；
步骤四：通过所述数据采集模块对所述连续获得的多幅图像进行单幅采集和记录；
步骤五：第一个维度调节过程中，对实时获取的单幅图像进行刀刃位置刻度计算，当图像中的刀刃位置为第一刻度位置时，对应最佳信噪比的对焦位置；
步骤六：第二个维度调节过程中，针对所述连续获得的多幅图像中的单幅图像计算灰度共生矩阵；
步骤七：根据所述灰度共生矩阵获得单幅图像的对比度值；
步骤八：对比所述连续获得的多幅图像中的单幅图像的对比度值，获得对比度值的极大值，所述对比度值的极大值对应最佳清晰度的对焦位置。
2.如权利要求1所述的用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，其特征在于：所述灰度共生矩阵计算方法为：
P(i,j)＝#{(x1,y1),(x2,y2)∈M×N|f(x1,y1)＝i,f(x2,y2)＝j}
其中，P(i,j)表示灰度共生矩阵第i行第j列的元素，#{x}表示集合x中的元素个数，f(x1,y1)＝i表示像素(x1,y1)灰度为i,f(x2,y2)＝j表示像素(x2,y2)灰度为j。
3.如权利要求1所述的用于扫描式切片成像装置的自动对焦方法，其特征在于：所述对比度定义如下：
<mrow> <mi>C</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>i</mi> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>j</mi> </munder> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>|</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> </msup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，P(i,j)表示灰度共生矩阵第i行第j列的元素。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101762232A (zh) * 2008-12-23 2010-06-30 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 多重表面对焦系统及方法
CN203838404U (zh) * 2014-05-12 2014-09-17 广州博隆兴中信息科技有限公司 一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8362409B2 (en) * 2009-10-29 2013-01-29 Applied Precision, Inc. System and method for continuous, asynchronous autofocus of optical instruments

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101762232A (zh) * 2008-12-23 2010-06-30 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 多重表面对焦系统及方法
CN203838404U (zh) * 2014-05-12 2014-09-17 广州博隆兴中信息科技有限公司 一种面向活体组织的实时自动对焦显微成像装置

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