CN108345085A - 聚焦方法和聚焦系统 - Google Patents

聚焦方法和聚焦系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108345085A
CN108345085A CN201710056618.3A CN201710056618A CN108345085A CN 108345085 A CN108345085 A CN 108345085A CN 201710056618 A CN201710056618 A CN 201710056618A CN 108345085 A CN108345085 A CN 108345085A
Authority
CN
China
Prior art keywords
definition values
focal length
image
maximum
pictures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710056618.3A
Other languages
English (en)
Inventor
盛司潼
冀高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Kangxinrui Gene Health Technology Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Kangxinrui Gene Health Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Kangxinrui Gene Health Technology Co Ltd filed Critical Guangzhou Kangxinrui Gene Health Technology Co Ltd
Priority to CN201710056618.3A priority Critical patent/CN108345085A/zh
Publication of CN108345085A publication Critical patent/CN108345085A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
    • G02B7/38—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals measured at different points on the optical axis, e.g. focussing on two or more planes and comparing image data
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

本发明涉及一种聚焦方法，其包括搜索拍照步骤，用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像；清晰度计算步骤，计算多个第一图像的多个清晰度值；拍照停止步骤，判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后停止拍照；参数获取步骤，获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距；以及焦距获取步骤，根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。本发明还提供一种聚焦系统，和现有技术相比本发明的聚焦方法和聚焦系统较为快速。

Description

聚焦方法和聚焦系统
技术领域
本发明涉及基因测序领域，更具体地说，本发明涉及一种图像拍照的聚焦方法和系统。
背景技术
基因测序仪在对测序样品区域进行拍照时通常会生成明场图和荧光图。由于荧光图拍照需要使用额外的光学器件，例如滤光片，因此拍照荧光图需要在拍照明场图的焦距基础上重新调焦，以便拍出最清晰的荧光图，这对于后期基因测序的碱基识别以及对识别过程所进行的质量评分，都非常重要。现有技术荧光图调焦的方法与明场图自动聚焦的方法一致，即变动焦距并拍出一组图片并计算每个图片的清晰度，选取最大清晰度对应图片的拍照焦距作为调焦位置。由于现有技术拍照荧光图的调焦方法需要在样本区域的某一位置照射激光并拍照多张照片，会造成该区域荧光物质衰减，进而导致在正式拍照基因测序荧光图的时候，此位置的荧光图像信号较弱。因此，需要一种较为快速的聚焦方法，用于减少荧光图调焦拍照图片的数量，减少激光照射样本区域的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速聚焦方法和聚焦系统，用于减少荧光图调焦拍照图片的数量。
一种聚焦方法，其特征在于包括：
搜索拍照步骤，用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像；
清晰度计算步骤，计算多个第一图像的多个清晰度值；
拍照停止步骤，判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后停止拍照；
参数获取步骤，获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距；以及
焦距获取步骤，根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。
优选地，所述焦距获取步骤的采用线性插值法进行计算。
优选地，所述最佳焦距位置Z = Zmax1 + 0.5*(Zmax2 - Zmax1) * (1 - (Qmax1- Qmax2)/(Qmax1 - Qmax3))，其中， Qmax1为最大的三个清晰度值中的较大值，Qmax2最大的三个清晰度值中的中间值，Qmax3为最大的三个清晰度值中的较小值，Zmax1为最大的三个清晰度值中的较大值对应的焦距，Zmax2为最大的三个清晰度值中的中间值对应的焦距。
优选地，所述聚焦方法进一步包括初始焦距获取步骤，用于在搜索拍照步骤开始前获取对目标拍照的初始焦距。
优选地，所述初始焦距获取步骤在第一条件下拍照获得，所述搜索拍照步骤在第二条件下拍照获得。
优选地，所述初始焦距获取步骤采用调焦搜索法或折半爬山法。
优选地，所述调焦搜索法以预设位置为中心，选取预设搜索范围，以固定焦距间隔依次对目标拍照，获得多个第二图像的清晰图值，定义所述多个第二图像的清晰度值的最大值对应的焦距为初始焦距。
优选地，，所述折半爬山法包括
A.以固定步长同向移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第二图像，计算第二图像的第一清晰度值，如果第一清晰度值递增，则重复执行本步骤A；
B.如果第一清晰度值减小，则反向以固定步长移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第三图像，计算第三图像的第二清晰度值，如果第二清晰度值递增，则重复执行本步骤；
C.如果第二清晰度值减小，则每次将步长折半后往返步进移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第四图像，计算第四图像的第三清晰度值；以及
D.获取第三清晰度值中的最大值，定义具有最大第三清晰度值的第四图像对应的焦距定义为最佳聚焦位置。
优选地，所述固定焦距间隔大于所述爬山聚焦搜索法步进调整焦距的单位距离。
一种聚焦系统，包括
搜索拍照模块，用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像；
清晰度计算模块，用于计算多个第一图像的多个清晰度值；
拍照停止模块，用于判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后停止拍照；
参数获取模块，用于获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距；以及
焦距获取模块，用于根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。
优选地，所述最佳焦距位置的计算方式为Z = Zmax1 + 0.5*(Zmax2 - Zmax1) *(1 - (Qmax1 - Qmax2)/(Qmax1 - Qmax3))，其中，Z为最佳焦距位置， Qmax1为最大的三个清晰度值中的较大值，Qmax2最大的三个清晰度值中的中间值，Qmax3为最大的三个清晰度值中的较小值，Zmax1为最大的三个清晰度值中的较大值对应的焦距，Zmax2为最大的三个清晰度值中的中间值对应的焦距。
和现有技术相比较，本发明聚焦系统和方法只需对目标进行拍照获取最佳焦距附近的三个图像的焦距，即获得多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距，然后根据三个图像的清晰度值和焦距计算出最佳焦距的位置，获得最佳焦距需要拍照图片的数量大幅度减少，最佳焦距调整的速度更快。
附图说明
图1为本发明第一实施方式聚焦方法的流程示意图。
图2为本发明清晰图计算方法一实施例的流程示意图。
图3为本发明清晰图计算方法另一实施例的流程示意图。
图4为图1聚焦方法中第一种情况下第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距的曲线图。
图5为图1聚焦方法中第二种情况下第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距的曲线图。
图6为图1聚焦方法中第三种情况下第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距的曲线图。
图7为图1聚焦方法中第四种情况下第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距的曲线图。
图8为本发明第二实施方式聚焦方法的流程示意图。
图9为图8聚焦方式采用的折半爬山法的流程示意图。
图10为本发明聚焦系统的模块示意图。
图11为图10中清晰度计算模块的结构示意图。
图12为图10中清晰度计算模块的另一结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行详细说明。
请参考图1，本发明第一实施例提供一种聚焦方法，其包括步骤S11-S15。
搜索拍照步骤S11，用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像。
本实施例中，所述目标为基因测序样本，所述基因测序样本包括多个待识别标的物，所述标的物优选为具有特殊结构或形状的物体。较佳实施例中，所述标的物优选为球状物或似球物，例如磁珠或微珠。本实施例中，通过连续调节成像装置与基因测序样本之间的距离，控制成像装置依序在不同聚焦位置对基因测序样本进行拍照，例如从远离基因测序样本的位置朝向基因测序样本以固定步长步进移动成像装置，每次移动后对基因测序样本进行一次拍照，即可获得连续变化焦距的一组基因测序图像。较佳实施例中所述固定步长可以为1um。本实施方式中，所述多个第一图像拍照在第二条件下进行，所述第二条件为基因测序样本自发荧光。本实施例中，采用成像装置对目标进行拍照，所述成像装置可以是显微镜和CCD的结合。
清晰度计算步骤S12，分别计算多个第一图像的清晰度值。本实施例中，使用灰度差值法或模板匹配法计算每个第一图像的清晰度值。替代实施方式中也可以采用拉普拉斯算子算法计算第一图像的清晰度值，或者采用如中国专利申请CN201610861892.3和CN201610861251.8中的自适应阈值算法计算第一图像中磁珠识别阈值，进而计算第一图像磁珠数量作为第一图像的清晰度值。
参阅图2，一实施例中，所述灰度差值法计算清晰度值的方法具体包括步骤S121-S123。
步骤S121，计算第一图像选定区域内每个像素的灰度差值。
本实施例中，所述第一图像为高通量基因测序图像，所述图像中包括多个待识别磁珠，由于磁珠体积较小且在边缘附近有不易识别的情况，因此选定基因测序样本的中心附近矩形区域作为图像识别的选定区域，以便准确计算选定区域内的每个像素的灰度差值。
本实施例中，所述每个像素的灰度差值可以为每个像素与其二邻域像素（例如左边和上边两个相邻像素）之间的灰度差值。较佳实施例中，所述每个像素的灰度差值可以为每个像素与其四邻域像素（例如上下左右四边的每个相邻像素）之间的灰度差值。一实施例中，每个像素与其四邻域像素之间的灰度差值的计算公式为：S(X)=|f(x，y) - f(x，y-1)|+ |f(x，y) - f(x，y+1)| + |f(x，y) - f(x-1，y)| + |f(x，y) - f(x+1，y)|，其中S(X)为每个像素灰度差值，f(x，y)为坐标位置（x，y）的像素的灰度值。
步骤S122，对图像的所有像素的灰度差值进行排序，按像素总量的预设比例保留排序后灰度差值较大的部分，滤除其他灰度差值较小的部分。本实施例中，所述预设比例可设于像素总量的1%-0.001%之间，较佳实施方式中，所述预设比例为像素总量的0.01%。
步骤S123，计算按比例保留的多个灰度差值的平均值作为识别该第一图像是否清晰的清晰度值。
本实施例中，由于所述第一图像为高通量基因测序图像，所述第一图像中包括多个待识别磁珠，由于磁珠数量巨大且长宽一般只有几个像素，采用现有拉普拉斯算子算法对像素的灰度差值进行筛选，会导致损失较多的图像细节，尤其是磁珠形状的细节，不利于确定图像的实际清晰度，尤其是图像中磁珠的清晰度。本实施例中，采用整体排序后统一筛选的方式对所有像素的灰度差值进行处理，既保留了像素的灰度差值最大值部分，实际为磁珠边缘最清晰的部分，又考虑了多个不同图像灰度差值的平均值的焦距曲线的形状符合正态分布，清晰度识别效果非常明显。
参阅图3，另一实施方式中，所述模板匹配法计算清晰度值的方法包括步骤S125-S127。
步骤S125，将预设模板阵列对位第一图像的每个像素进行相似度匹配获得相似度值，并将各相似度值分别赋与对应待像素点，得相似度值图像。本实施例中，所述预设模板阵列可以是由一系列数值构成的具有待识别标的物形状和大小的数值阵列。所述待识别标的物可以是第一图像中的待识别磁珠。所述相似度值图像为相似度值对应像素位置排列的阵列。
步骤S126，利用相似度阈值识别出相似度值图像中相似度值大于或大于等于相似度阈值的像素点。
步骤S127，相似度值大于或大于等于相似度阈值的所有像素点的相似度值取平均定义为第一图像的清晰度值。
本实施例的清晰度值计算方法无需参考图像，即可实现对第一图像清晰度的评价，能应用于各种实际应用场景，适用性强，而模板阵列的使用，使得图像清晰度值能够更准确的代表第一图像中磁珠的清晰度情况。
拍照停止步骤S13，判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后停止拍照。一实施方式中，成像装置在初始位置P0对基因测序样本进行拍照，计算清晰度Q1，从P0位置向焦距负方向步进移动1um（即Z轴数值减1），拍照并计算清晰度Q2。如果Q2<Q1，搜索方向为正，向正方向移动1um（即Z轴数值增1），拍照并计算清晰度Q3；否则搜索方向为负，向负方向步进移动1um（即Z轴数值减1），拍照并计算清晰度Q3，按照确定的搜索方向边移动边拍照，直到清晰度Qn开始小于等于Qn-1时，停止拍照。
参数获取步骤S14，获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距。本实施例中，记下步骤S13中三个清晰度值Qn，Qn-1，Qn-2以及对应的三个焦距Zn，Zn-1，Zn-2。
焦距获取步骤S15，根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。本实施例中，所述焦距获取步骤的采用线性插值法进行计算，具体地，所述最佳焦距位置Z = Zmax1 + 0.5*(Zmax2- Zmax1) * (1 - (Qmax1 - Qmax2)/(Qmax1 - Qmax3))，其中， Qmax1为最大的三个清晰度值中的较大值，Qmax2最大的三个清晰度值中的中间值，Qmax3为最大的三个清晰度值中的较小值，Zmax1为最大的三个清晰度值中的较大值对应的焦距，Zmax2为最大的三个清晰度值中的中间值对应的焦距。
如图4所示，一实施例中，当Qn-1 ≥ Qn> Qn-2，所述最佳焦距位置由公式（1）确定：
Z = Zn-1 + 0.5*(Zn - Zn-1) * (1 - (Qn-1 - Qn)/(Qn-1 - Qn-2)) （1）。
如图5所示，另一实施例中，当 Qn ≤ Qn-2<Qn-1，所述最佳焦距位置公式（2）确定：
Z= Zn-1 + 0.5(Zn-2 - Zn-1) * (1 - (Qn-1 - Qn-2)/(Qn-1 - Qn)) （2）。
和现有技术相比较，本发明聚焦方法只需对目标进行拍照获取最佳焦距附近的三个图像的焦距，即获得多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距，然后根据三个图像的清晰度值和焦距可以计算出最佳焦距的位置，因此获得最佳焦距需要拍摄图片的数量大幅度减少，由于本发明较为优化的计算方式，从远离基因测序样本的位置朝向基因测序样本移动成像装置的固定步长可以设置的更大的间隔距离，进一步减少了图片拍摄的次数，因此本发明的聚焦方法不但速度更快，而且更准确。例如，如图6所示，当Qn-1 = Qn> Qn-2时，根据公式（1）计算结果，最佳焦距Z= Zn-1 + 0.5(Zn-2 - Zn-1)，该结果和实际情况完全符合，如图7所示，当Qn-1 > Qn= Qn-2时根据公式（2）计算结果，最佳焦距Z=Zn-1，该结果同样和实际情况完全符合。
请参阅图8，本发明第二实施例提供一种聚焦方法，第二实施方式与第一实施方式不同之处在于其进一步包括初始焦距获取步骤S20，用于在搜索拍照步骤开始前获取对目标拍照的初始焦距。本实施方式中，所述初始焦距获取步骤在第一条件下拍照获得，所述第一条件为使用灯光照射样本。
一实施方式中，所述初始焦距采用调焦搜索法获取，所述调焦搜索法以预设位置为中心，选取预设搜索范围，以固定焦距间隔依次对目标拍照，获得多个第二图像的清晰图值，定义所述多个第二图像的清晰度值的最大值对应的焦距为初始焦距。例如预设位置P0为成像装置的起始位置，搜索范围为10um，搜索精度为1um，则调焦搜索算法从P0位置为中心点，选取正负5um为搜索范围，每间隔1um进行拍图。则拍图的相对位置（单位：um）为：-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，共11个点。本实施方式中，固定焦距间隔大于所述爬山聚焦搜索法步进调整焦距的单位距离。
另一实施方式中，所述初始焦距采用折半爬山法获得，所述折半爬山法包括步骤S71-S73 。相对于调焦搜索法，本实施例先采用固定步长将成像装置调整到最佳聚焦位置附近，然后折半步进查找最佳聚焦位置，聚焦比调焦搜索法更快更准确。
步骤S71，以固定步长同向移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第二图像，采用前述方法计算第二图像的第一清晰度值，如果第一清晰度值递增，则重复执行本步骤。较佳实施例中，成像装置可以是显微镜和CCD的结合。本实施例中，通过连续调节成像装置与基因测序样本之间的距离，控制成像装置依序在不同聚焦位置对基因测序样本进行拍照，例如从远离基因测序样本的位置朝向基因测序样本以固定步长步进移动成像装置，每次移动后对基因测序样本进行一次拍照，即可获得连续变化焦距的一组基因测序图像。较佳实施例中所述固定步长可以为2-5um，最佳为4um。
步骤S72，如果第一清晰度值减小，则反向以固定步长移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第三图像，采用前述任意方法计算第三图像的第二清晰度值，如果第二清晰度值递增，则重复执行本步骤。
步骤S73，如果第二清晰度值减小，则每次将步长折半后往返步进移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第四图像，采用前述任意方法计算第四图像的第三清晰度值。本实施例中，经过步骤S71和步骤S72后，成像装置已经比较接近最佳焦距，当第二清晰度值减小时，开始往返步进移动成像装置且每次步进移动的距离减半，每次移动后对基因测序样本目标进行一次拍照，即可获得连续变化焦距的一组第三基因测序图像。
步骤S74，获取第三清晰度值中的最大值，定义具有最大第三清晰度值的第四图像对应的焦距定义为最佳聚焦位置。
请参考图10，本发明还提供一种聚焦系统200。所述聚焦系统200包括成像装置210、搜索拍照模块220、清晰度计算模块230、拍照停止模块240、参数获取模块250和焦距计算模块260。本实施方式中，所述模块或系统可以是执行特定功能的集成电路，也可以是存储在存储器中并通过处理器执行完成特定功能的软件程序。本实施例中，所述成像装置可以是是显微镜和CCD的结合。
所述搜索拍照模块220用于控制成像系统210用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像。
本实施例中，所述目标为基因测序样本，所述基因测序样本包括多个待识别标的物，所述标的物优选为具有特殊结构或形状的物体。较佳实施例中，所述标的物优选为球状物或似球物，例如磁珠或微珠。本实施例中，通过连续调节成像装置与基因测序样本之间的距离，控制成像装置依序在不同聚焦位置对基因测序样本进行拍照，例如从远离基因测序样本的位置朝向基因测序样本以固定步长步进移动成像装置，每次移动后对基因测序样本进行一次拍照，即可获得连续变化焦距的一组基因测序图像。较佳实施例中所述固定步长可以为1um。本实施方式中，所述多个第一图像拍照在第二条件下进行，所述第二条件为基因测序样本自发荧光。
所述清晰度计算模块230用于分别计算多个第一图像的清晰度值。本实施例中，所述清晰度计算模块230使用灰度差值法或模板匹配法计算每个第一图像的清晰度值。
所述拍照停止模块240用于判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后控制成像装置210停止拍照。一实施方式中，成像装置210在初始位置P0对基因测序样本进行拍照，计算清晰度Q1，从P0位置向焦距负方向步进移动1um（即Z轴数值减1），拍照并计算清晰度Q2。如果Q2<Q1，搜索方向为正，向正方向移动1um（即Z轴数值增1），拍照并计算清晰度Q3；否则搜索方向为负，向负方向步进移动1um（即Z轴数值减1），拍照并计算清晰度Q3，按照确定的搜索方向边移动边拍照，直到清晰度Qn开始小于等于Qn-1时，成像装置210停止拍照。
所述参数获取模块250用于获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距。本实施例中，记下步骤S13中三个清晰度值Qn，Qn-1，Qn-2以及对应的三个焦距Zn，Zn-1，Zn-2。
所述焦距计算模块260用于根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。本实施例中，所述焦距计算模块260采用线性插值法进行计算，具体地，所述最佳焦距位置Z = Zmax1 + 0.5*(Zmax2 - Zmax1) * (1 - (Qmax1 - Qmax2)/(Qmax1 - Qmax3))，其中， Qmax1为最大的三个清晰度值中的较大值，Qmax2最大的三个清晰度值中的中间值，Qmax3为最大的三个清晰度值中的较小值，Zmax1为最大的三个清晰度值中的较大值对应的焦距，Zmax2为最大的三个清晰度值中的中间值对应的焦距。
如图4所示，一实施例中，当Qn-1 ≥ Qn> Qn-2，所述最佳焦距位置由公式（1）确定：
Z = Zn-1 + 0.5*(Zn - Zn-1) * (1 - (Qn-1 - Qn)/(Qn-1 - Qn-2)) （1）。
如图5所示，另一实施例中，当 Qn ≤ Qn-2<Qn-1，所述最佳焦距位置公式（2）确定：
Z= Zn-1 + 0.5(Zn-2 - Zn-1) * (1 - (Qn-1 - Qn-2)/(Qn-1 - Qn)) （2）。
和现有技术相比较，本发明聚焦系统只需对目标进行拍照获取最佳焦距附近的三个图像的焦距，即获得多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距，然后根据三个图像的清晰度值和焦距可以计算出最佳焦距的位置，因此获得最佳焦距需要拍摄图片的数量大幅度减少，由于本发明焦距计算模块260采用较为优化的计算方式，从远离基因测序样本的位置朝向基因测序样本移动成像装置的固定步长可以设置的更大的间隔距离，进一步减少了图片拍摄的次数，因此本发明的聚焦系统不但速度更快，而且更准确。例如，如图6所示，当Qn-1 = Qn> Qn-2时，根据公式（1）计算结果，最佳焦距Z= Zn-1 + 0.5(Zn-2 - Zn-1)，该结果和实际情况完全符合，如图7所示，当Qn-1 > Qn= Qn-2时根据公式（2）计算结果，最佳焦距Z= Zn-1，该结果同样和实际情况完全符合。
替代实施方式中，所述聚焦系统200进一步包括初始焦距获取模块，所述焦距获取模块包括用于获取初始焦距的调焦搜索聚焦模块或折半爬山聚焦模块。本实施方式中，所述初始焦距获取模块控制成像装置210在第一条件下拍照获得多个第二图像，所述第一条件为使用灯光照射样本。
一实施例中，所述调焦搜索聚焦模块控制成像装置以预设位置为中心，选取预设搜索范围，以固定焦距间隔依次对目标拍照，获得多个第二图像的清晰图值，定义所述多个第二图像的清晰度值的最大值对应的焦距为初始焦距。
一实施例中，所述折半爬山聚焦模块控制成像装置采用固定步长将焦距调整到最佳聚焦位置附近，然后折半步进查找最佳聚焦位置。
参阅图11，一实施例中，所述清晰度计算模块230进一步包括灰度差值计算模块231、灰度差值排序筛选模块232以及灰度差值平均模块233。
所述灰度差值计算模块231用于计算第一图像选定区域内每个像素的灰度差值。
本实施例中，所述第一图像为高通量基因测序图像，所述图像中包括多个待识别磁珠，由于磁珠体积较小且在边缘附近有不易识别的情况，因此选定基因测序样本的中心附近矩形区域作为图像识别的选定区域，以便准确计算选定区域内的每个像素的灰度差值。
本实施例中，所述每个像素的灰度差值可以为每个像素与其二邻域像素（例如左边和上边两个相邻像素）之间的灰度差值。较佳实施例中，所述每个像素的灰度差值可以为每个像素与其四邻域像素（例如上下左右四边的每个相邻像素）之间的灰度差值。一实施例中，每个像素与其四邻域像素之间的灰度差值的计算公式为：S(X)=|f(x，y) - f(x，y-1)|+ |f(x，y) - f(x，y+1)| + |f(x，y) - f(x-1，y)| + |f(x，y) - f(x+1，y)|，其中S(X)为每个像素灰度差值，f(x，y)为坐标位置（x，y）的像素的灰度值。
所述灰度差值排序筛选模块232用于对图像的所有像素的灰度差值进行排序，按像素总量的预设比例保留排序后灰度差值较大的部分，滤除其他灰度差值较小的部分。本实施例中，所述预设比例可设于像素总量的1%-0.001%之间，较佳实施方式中，所述预设比例为像素总量的0.01%。
所述灰度差值平均模块233用于计算按比例保留的多个灰度差值的平均值作为识别该第一图像是否清晰的清晰度值。
本实施例中，由于所述第一图像为高通量基因测序图像，所述第一图像中包括多个待识别磁珠，由于磁珠数量巨大且长宽一般只有几个像素，采用传统的自适应阈值对像素的灰度差值进行筛选，会导致损失较多的图像细节，尤其是磁珠形状的细节，不利于确定图像的实际清晰度，尤其是图像中磁珠的清晰度。本实施例中，采用整体排序后统一筛选的方式对所有像素的灰度差值进行处理，既保留了像素的灰度差值最大值部分，实际为磁珠边缘最清晰的部分，又考虑了多个不同图像灰度差值的平均值的焦距曲线的形状符合正态分布，清晰度识别效果非常明显。
参阅图12，另一实施方式中，所述清晰度计算模块230进一步包括模板匹配模块235、阈值识别模块236以及清晰度值定义模块237。
所述模板匹配模块235用于将预设模板阵列对位第一图像的每个像素进行相似度匹配获得相似度值，并将各相似度值分别赋与对应待像素点，得相似度值图像。本实施例中，所述预设模板阵列可以是由一系列数值构成的具有待识别标的物形状和大小的数值阵列。所述待识别标的物可以是第一图像中的待识别磁珠。所述相似度值图像为相似度值对应像素位置排列的阵列。
所述阈值识别模块236用于利用相似度阈值识别出相似度值图像中相似度值大于或大于等于相似度阈值的像素点。
清晰度值定义模块237用于将相似度值大于或大于等于相似度阈值的所有像素点的相似度值取平均定义为第一图像的清晰度值。
本实施例的清晰度计算模块230无需参考图像，即可实现对第一图像清晰度的评价，能应用于各种实际应用场景，适用性强，而模板阵列的使用，使得图像清晰度值能够更准确的代表第一图像中磁珠的清晰度情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种聚焦方法，其特征在于包括：
搜索拍照步骤，用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像；
清晰度计算步骤，计算多个第一图像的多个清晰度值；
拍照停止步骤，判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后停止拍照；
参数获取步骤，获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距；以及
焦距获取步骤，根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。
2.根据权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，所述焦距获取步骤的采用线性插值法进行计算。
3.根据权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，所述最佳焦距位置Z = Zmax1 + 0.5*(Zmax2 - Zmax1) * (1 - (Qmax1 - Qmax2)/(Qmax1 - Qmax3))，其中， Qmax1为最大的三个清晰度值中的较大值，Qmax2最大的三个清晰度值中的中间值，Qmax3为最大的三个清晰度值中的较小值，Zmax1为最大的三个清晰度值中的较大值对应的焦距，Zmax2为最大的三个清晰度值中的中间值对应的焦距。
4.根据权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，进一步包括初始焦距获取步骤，用于在搜索拍照步骤开始前获取对目标拍照的初始焦距。
5.根据权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，所述初始焦距获取步骤在第一条件下拍照获得，所述搜索拍照步骤在第二条件下拍照获得。
6.根据权利要求5所述的聚焦方法，其特征在于，所述初始焦距获取步骤采用调焦搜索法或折半爬山法。
7.根据权利要求6所述的聚焦方法，其特征在于，所述调焦搜索法以预设位置为中心，选取预设搜索范围，以固定焦距间隔依次对目标拍照，获得多个第二图像的清晰图值，定义所述多个第二图像的清晰度值的最大值对应的焦距为初始焦距。
8.根据权利要求6所述的聚焦方法，其特征在于，所述折半爬山法包括
A.以固定步长同向移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第二图像，计算第二图像的第一清晰度值，如果第一清晰度值递增，则重复执行本步骤A；
B.如果第一清晰度值减小，则反向以固定步长移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第三图像，计算第三图像的第二清晰度值，如果第二清晰度值递增，则重复执行本步骤；
C.如果第二清晰度值减小，则每次将步长折半后往返步进移动成像装置并对基因测序样本目标进行拍照，依次获得不同焦距成像的第四图像，计算第四图像的第三清晰度值；以及
D.获取第三清晰度值中的最大值，定义具有最大第三清晰度值的第四图像对应的焦距定义为最佳聚焦位置。
9.根据权利要求7所述的聚焦方法，其特征在于，所述固定焦距间隔大于所述爬山聚焦搜索法步进调整焦距的单位距离。
10.一种聚焦系统，包括
搜索拍照模块，用爬山聚焦搜索法步进调整焦距对目标进行多次拍照，获得多个第一图像；
清晰度计算模块，用于计算多个第一图像的多个清晰度值；
拍照停止模块，用于判断所述多个第一图像的清晰度值出现极值后停止拍照；
参数获取模块，用于获取所述多个第一图像的清晰度值中最大的三个清晰度值对应的三个焦距；以及
焦距获取模块，用于根据所述第一图像的最大的三个清晰度值和所述最大的三个清晰度值对应的三个焦距计算对目标进行拍照的最佳焦距位置。
11.根据权利要求10所述的聚焦系统，其特征在于，所述最佳焦距位置的计算方式为Z= Zmax1 + 0.5*(Zmax2 - Zmax1) * (1 - (Qmax1 - Qmax2)/(Qmax1 - Qmax3))，其中，Z为最佳焦距位置， Qmax1为最大的三个清晰度值中的较大值，Qmax2最大的三个清晰度值中的中间值，Qmax3为最大的三个清晰度值中的较小值，Zmax1为最大的三个清晰度值中的较大值对应的焦距，Zmax2为最大的三个清晰度值中的中间值对应的焦距。
CN201710056618.3A 2017-01-25 2017-01-25 聚焦方法和聚焦系统 Pending CN108345085A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710056618.3A CN108345085A (zh) 2017-01-25 2017-01-25 聚焦方法和聚焦系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710056618.3A CN108345085A (zh) 2017-01-25 2017-01-25 聚焦方法和聚焦系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108345085A true CN108345085A (zh) 2018-07-31

Family

ID=62961822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710056618.3A Pending CN108345085A (zh) 2017-01-25 2017-01-25 聚焦方法和聚焦系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108345085A (zh)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110426375A (zh) * 2019-07-30 2019-11-08 中国海洋大学 一种深海libs原位探测装置
CN110567437A (zh) * 2019-06-28 2019-12-13 武汉理工大学 港口起重机械摄影测量方法
CN110763679A (zh) * 2019-10-31 2020-02-07 湖南爱威医疗科技有限公司 图像采集方法和装置、显微镜系统、计算机可读存储介质
CN111010507A (zh) * 2019-11-26 2020-04-14 迈克医疗电子有限公司 相机自动聚焦方法和装置、分析仪器和存储介质
CN112022109A (zh) * 2020-11-06 2020-12-04 南京诺源医疗器械有限公司 一种医学荧光成像影像数据采集系统及其采集方法
CN112051250A (zh) * 2020-09-09 2020-12-08 南京诺源医疗器械有限公司 一种医学荧光成像影像补光调节系统及调节方法
CN112213619A (zh) * 2020-09-16 2021-01-12 杭州长川科技股份有限公司 探针台聚焦方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112213618A (zh) * 2020-09-16 2021-01-12 杭州长川科技股份有限公司 探针台聚焦方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112288783A (zh) * 2018-08-22 2021-01-29 深圳市真迈生物科技有限公司 基于图像构建测序模板的方法、碱基识别方法和装置
CN112526705A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 航天器光学载荷在轨自适应调焦方法、装置、设备及介质
CN112541939A (zh) * 2020-12-24 2021-03-23 安图实验仪器(郑州)有限公司 一种样本清晰焦面位置获取方法及装置
CN113070566A (zh) * 2021-03-02 2021-07-06 苏州科韵激光科技有限公司 一种自动寻焦的方法及装置
CN113341534A (zh) * 2021-07-06 2021-09-03 浙江天铂云科光电股份有限公司 通过曼哈顿街区距离寻找最佳焦距的算法
CN113805304A (zh) * 2021-11-16 2021-12-17 浙江双元科技股份有限公司 一种用于线阵相机的自动调焦系统及方法
CN115720293A (zh) * 2022-11-17 2023-02-28 南方电网电力科技股份有限公司 一种摄像机聚焦控制方法及系统
WO2023124726A1 (zh) * 2021-12-31 2023-07-06 广东利元亨智能装备股份有限公司 Ccd拍照检测的运行控制方法、检测系统及存储介质
CN116528047A (zh) * 2023-07-03 2023-08-01 深圳赛陆医疗科技有限公司 对焦方法、装置、基因测序仪及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170507A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Elmo Co Ltd 撮像装置、焦点自動調節方法
CN101660946A (zh) * 2009-09-28 2010-03-03 山东神戎电子股份有限公司 热像仪自动聚焦方法及装置
CN101706609A (zh) * 2009-11-23 2010-05-12 常州达奇信息科技有限公司 基于图像处理的显微镜快速自动聚焦方法
CN101995640A (zh) * 2010-09-30 2011-03-30 镇江中信科技开发有限公司 一种粗调细调相结合的快速插值焦点探索算法
CN105190392A (zh) * 2013-02-14 2015-12-23 富士胶片株式会社 摄像装置和对焦控制方法
CN105306825A (zh) * 2015-11-18 2016-02-03 成都中昊英孚科技有限公司 一种新型红外图像调焦系统及其使用方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170507A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Elmo Co Ltd 撮像装置、焦点自動調節方法
CN101660946A (zh) * 2009-09-28 2010-03-03 山东神戎电子股份有限公司 热像仪自动聚焦方法及装置
CN101706609A (zh) * 2009-11-23 2010-05-12 常州达奇信息科技有限公司 基于图像处理的显微镜快速自动聚焦方法
CN101995640A (zh) * 2010-09-30 2011-03-30 镇江中信科技开发有限公司 一种粗调细调相结合的快速插值焦点探索算法
CN105190392A (zh) * 2013-02-14 2015-12-23 富士胶片株式会社 摄像装置和对焦控制方法
CN105306825A (zh) * 2015-11-18 2016-02-03 成都中昊英孚科技有限公司 一种新型红外图像调焦系统及其使用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
潘家顺 等: "基于频率域的图像质量检测方法", 《计算机工程与应用》 *

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112288783A (zh) * 2018-08-22 2021-01-29 深圳市真迈生物科技有限公司 基于图像构建测序模板的方法、碱基识别方法和装置
CN110567437A (zh) * 2019-06-28 2019-12-13 武汉理工大学 港口起重机械摄影测量方法
CN110426375A (zh) * 2019-07-30 2019-11-08 中国海洋大学 一种深海libs原位探测装置
CN110763679A (zh) * 2019-10-31 2020-02-07 湖南爱威医疗科技有限公司 图像采集方法和装置、显微镜系统、计算机可读存储介质
CN111010507B (zh) * 2019-11-26 2021-08-03 迈克医疗电子有限公司 相机自动聚焦方法和装置、分析仪器和存储介质
CN111010507A (zh) * 2019-11-26 2020-04-14 迈克医疗电子有限公司 相机自动聚焦方法和装置、分析仪器和存储介质
CN112051250A (zh) * 2020-09-09 2020-12-08 南京诺源医疗器械有限公司 一种医学荧光成像影像补光调节系统及调节方法
CN112051250B (zh) * 2020-09-09 2021-11-23 南京诺源医疗器械有限公司 一种医学荧光成像影像补光调节系统及调节方法
CN112213619A (zh) * 2020-09-16 2021-01-12 杭州长川科技股份有限公司 探针台聚焦方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112213618A (zh) * 2020-09-16 2021-01-12 杭州长川科技股份有限公司 探针台聚焦方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112022109A (zh) * 2020-11-06 2020-12-04 南京诺源医疗器械有限公司 一种医学荧光成像影像数据采集系统及其采集方法
CN112526705A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 航天器光学载荷在轨自适应调焦方法、装置、设备及介质
CN112541939A (zh) * 2020-12-24 2021-03-23 安图实验仪器(郑州)有限公司 一种样本清晰焦面位置获取方法及装置
CN112541939B (zh) * 2020-12-24 2023-06-27 安图实验仪器(郑州)有限公司 一种样本清晰焦面位置获取方法及装置
CN113070566A (zh) * 2021-03-02 2021-07-06 苏州科韵激光科技有限公司 一种自动寻焦的方法及装置
CN113070566B (zh) * 2021-03-02 2022-05-27 苏州科韵激光科技有限公司 一种自动寻焦的方法及装置
CN113341534A (zh) * 2021-07-06 2021-09-03 浙江天铂云科光电股份有限公司 通过曼哈顿街区距离寻找最佳焦距的算法
CN113805304A (zh) * 2021-11-16 2021-12-17 浙江双元科技股份有限公司 一种用于线阵相机的自动调焦系统及方法
WO2023124726A1 (zh) * 2021-12-31 2023-07-06 广东利元亨智能装备股份有限公司 Ccd拍照检测的运行控制方法、检测系统及存储介质
CN115720293A (zh) * 2022-11-17 2023-02-28 南方电网电力科技股份有限公司 一种摄像机聚焦控制方法及系统
CN115720293B (zh) * 2022-11-17 2024-03-19 南方电网电力科技股份有限公司 一种摄像机聚焦控制方法及系统
CN116528047A (zh) * 2023-07-03 2023-08-01 深圳赛陆医疗科技有限公司 对焦方法、装置、基因测序仪及存储介质
CN116528047B (zh) * 2023-07-03 2023-09-08 深圳赛陆医疗科技有限公司 对焦方法、装置、基因测序仪及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108345085A (zh) 聚焦方法和聚焦系统
CN108628061B (zh) 一种工业相机自适应自动对焦方法及装置
CN103384998B (zh) 摄像装置、及摄像方法
US9001200B2 (en) Cell characterization using multiple focus planes
CN108387517B (zh) 切片扫描方法及系统
CN105378534B (zh) 摄像装置、摄像装置的工作方法
CN113724299B (zh) 一种基于电液可调焦镜头的移动机器人追踪目标三维轨迹方法
CN102843509A (zh) 图像处理装置和图像处理方法
JP2003172873A5 (zh)
CN102843510A (zh) 成像装置和距离信息检测方法
CN109873948A (zh) 一种光学显微镜智能自动聚焦方法、设备及存储设备
CN105701809B (zh) 一种基于线阵相机扫描的平场校正方法
WO2008020583A1 (fr) dispositif autofocus, microscope et procédé de mise au point automatique
CN113572958B (zh) 一种自动触发摄像机聚焦的方法及设备
JP2010117593A (ja) 距離情報取得装置、撮像装置、及びプログラム
JP7378219B2 (ja) 撮像装置、画像処理装置、制御方法、及びプログラム
CN106031148A (zh) 成像设备，成像设备中自动对焦的方法以及对应计算机程序
CN113838150B (zh) 一种基于电液可调焦镜头的移动目标三维轨迹追踪方法
CN106381264B (zh) 机器人辅助的显微注射系统中微量吸液管针尖的大范围自动定位方法
CN106981065A (zh) 一种基于曝光补偿的图像绝对中心矩改进算法
US9094581B2 (en) Imaging device and distance information detecting method
CN108989690B (zh) 一种线阵相机多标记点对焦方法、装置、设备和存储介质
CN109318235B (zh) 一种机器人视觉伺服系统的快速聚焦方法
CN109151319B (zh) 一种多标记点目标物标记点对焦顺序的处理方法及装置
CN112461853A (zh) 自动对焦方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180731