CN110764244B - 显微镜压片镜检自动对焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显微镜压片镜检自动对焦方法，首先将高清相机通过显微镜拍摄的每个湿片画面进行灰度处理，得到灰度图像；然后对灰度图像进行降噪（Blur）处理；将降噪处理后得到的图像切割为9个画面，分别对切割的每个画面进行边缘检测；当某一画面像素找到方差峰值时，则认为该画面已确定了焦面，记录该方差峰值和步进电机的脉冲值并保留；如果有超过10%的画面找到焦面，则认为正在接近焦点进入微调；当9个画面都定焦结束后，得到9个脉冲值数据和方差值，9个脉冲值数据按照得分权重计算期望值，将期望值记为该对焦过程的结果数据，即焦面位置，对焦完成。本发明采用多点对焦方法，解决了现有单个焦面处理时结果笼统焦面不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜检测自动对焦方法，尤其是涉及显微镜压片镜检自动对焦方法。
背景技术
在体外诊断中，湿片自动对焦是一项比较复杂的工作。湿片具有流动性强，细胞复杂多样，成团细胞、破碎细胞、气泡等混合情况常见；再加上显微镜景深是微米级，因此要求对焦精度较高，微小的偏差或者计算误差都可能导致目标细胞模糊不清或亮度过高，影响识别和判断结果。
目前，在体外诊断中，湿片对焦多为单点对焦，然后计算整个画面的清晰度相对值，寻找峰值为最佳焦面。上述单纯对单个画面做笼统的清晰度算法很容易导致细胞焦面计算错误，误差比较大。且由于湿片细胞种类复杂多样，不同细胞所在焦面不同，不易准确对焦；同时因样本景深较小，准确对焦困难，稍有偏差就会导致细胞成像模糊。
发明内容
本发明目的在于提供一种显微镜压片镜检自动对焦方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的显微镜压片镜检自动对焦方法，按照下述步骤进行：
S1，构建自动对焦模型，所述自动对焦模型由控制机、高清相机、显微镜控制台和上位机组成；所述显微镜控制台搭载所述控制机和所述高清相机，通过控制机和高清相机结合协调工作；控制机用于控制显微镜控制台的步进电机按照要求控制显微镜控制台上、下、左、右和前、后移动；
S2，所述控制机通过网口和所述上位机通信连接，建立socket通信，通过自定义协议通信；
S3，高清相机通过USB3.0接口与上位机通信连接，传输图像数据给上位机，通过上位机分析清晰度和焦面位置；
S4，首先将高清相机通过显微镜拍摄的每个湿片画面进行灰度处理，得到灰度图像；然后对所述灰度图像进行降噪（Blur）处理；其中搜索矩阵参数设为5×5大小，去掉无用的噪声数据，防止干扰清晰度分析结果；
S5，将降噪处理后得到的图像切割为3×3共9个画面，分别对切割的每个所述画面进行边缘检测（Canny运算），并记录所述步进电机的脉冲值和当前边缘数据，即每个画面像素的方差值；
S6，当某一画面像素找到方差峰值时，则认为该画面已确定了焦面，记录该方差峰值和步进电机的脉冲值并保留，等待其他画面的对焦结果；
S7，如果有超过10%的画面找到焦面，则认为正在接近焦点，降低步进电机的运动速度进入微调阶段，减少步进电机的步进脉冲数为每次10个；
S8，当一个画面找到焦面，则开启计数，等待下一个画面的焦面寻找；如果超过设定的计数最大值时，则认为下一画面对焦超时或焦面差距较大，忽略该焦面，记为0；
S9，最后，当9个画面都定焦结束后，得到9个脉冲值数据和方差值；
S10，将所述9个脉冲值数据去掉最大值，去掉最小值，最后按照得分权重计算期望值；
S11，将得到的所述期望值记为该对焦过程的结果数据，即焦面位置；上位机发送回到焦面的指令，控制显微镜控制台回到所述焦面位置；至此，对焦完成。
S5中，所述边缘检测（Canny运算）为：低于预定义梯度值40视为无效值，高于预定义梯度值80和与预定义梯度值80相邻的像素保留，搜索矩阵设置为3×3。
本发明优点在于采用多点对焦的方法，将拍摄的每个湿片画面进行灰度、降噪处理后分割成9个单画面，分别对单个画面进行单点对焦，去最大和最小脉冲值，计算各个画面脉冲值得平均期望值。单个画面采用梯度值大于设定阈值作为边缘计算标准，最终以边缘更多的画面为焦面。因此，多点对焦可以有效降低一些突出细胞对整体焦面的影响，提高对焦效率。通过多画面边缘值计算，使得焦面位置更加合理，解决了现有单个焦面处理时结果笼统焦面不准确的问题。
附图说明
图1是本发明所述灰度处理得到的灰度图像。
图2是本发明所述降噪处理得到的图像。
图3是本发明所述将降噪处理后得到的图像切割为3×3共9个画面图像。
图4是本发明所述画面进行边缘检测（Canny运算）得到的图像。
图5是本发明所述对焦完成后得到的图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明所述的显微镜压片镜检自动对焦方法，按下述步骤进行：
S1，构建自动对焦模型，所述自动对焦模型由控制机、高清相机、显微镜控制台和上位机组成；显微镜控制台搭载控制机和高清相机，通过控制机和高清相机结合协调工作；控制机用于控制显微镜控制台的步进电机按照要求控制显微镜控制台上、下、左、右和前、后移动；
S2，控制机通过网口和上位机通信连接，建立socket通信，通过自定义协议通信；
S3，高清相机通过USB3.0接口与上位机通信连接，传输图像数据给上位机，通过上位机分析清晰度和焦面位置；
S4，首先将高清相机通过显微镜拍摄的每个湿片画面进行灰度处理，得到灰度图像，如图1所示；然后对灰度图像进行降噪（Blur）处理；其中搜索矩阵参数设为5×5大小，去掉无用的噪声数据，防止干扰清晰度分析结果，如图2所示；
S5，将降噪处理后得到的图像切割为3×3共9个画面，如图3所示；分别对切割的每个画面进行边缘检测（Canny运算），并记录步进电机的脉冲值位置和当前边缘数据，即每个画面像素的方差值；所述边缘检测为：低于预定义梯度值40则视为无效值，高于预定义梯度值80和与预定义梯度值80相邻的像素保留，搜索矩阵设置为3×3，得到图4结果；
S6，当某一画面像素找到方差峰值时，则认为该画面已确定了焦面，记录该方差峰值和步进电机的脉冲值并保留，等待其他画面的对焦结果；
S7，如果有超过10%的画面找到焦面，则认为正在接近焦点，降低步进电机的运动速度进入微调阶段，减少步进电机的步进脉冲数为每次10个；
S8，当一个画面找到焦面，则开启计数，等待下一个画面的焦面寻找；如果超过设定的计数最大值时，则认为下一画面对焦超时或焦面差距较大，忽略该焦面，记为0；
S9，最后，当9个画面都定焦结束后，得到9个脉冲值数据和方差值（即得分）；
S10，将9个脉冲值数据去掉最大值，去掉最小值，最后按照得分权重计算期望值；即将9个画面的焦面位置（最大清晰面位置）的脉冲数值从小到大依次排序，去最大脉冲值和最小脉冲值，再按各个画面方差值除以所有画面方差值总和作为权重，计算整体期望值，最大程度降低干扰和得到清晰面；
S11，将得到的期望值记为该对焦过程的结果数据，即焦面位置；上位机发送回到焦面的指令，控制显微镜控制台回到所述焦面位置；至此，对焦完成，如图5所示。
Claims (1)
1.一种显微镜压片镜检自动对焦方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
S1，构建自动对焦模型，所述自动对焦模型由控制机、高清相机、显微镜控制台和上位机组成；所述显微镜控制台搭载所述控制机和所述高清相机，通过控制机和高清相机结合协调工作；控制机用于控制显微镜控制台的步进电机按照要求控制显微镜控制台上、下、左、右和前、后移动；
S2，所述控制机通过网口和所述上位机通信连接，建立socket通信，通过自定义协议通信；
S3，高清相机与上位机通信连接，传输图像数据给上位机，通过上位机分析清晰度和焦面位置；
S4，首先将高清相机通过显微镜拍摄的每个湿片画面进行灰度处理，得到灰度图像；然后对所述灰度图像进行降噪处理；其中搜索矩阵参数设为5×5大小，去掉无用的噪声数据，防止干扰清晰度分析结果；
S5，将降噪处理后得到的图像切割为3×3共9个画面，分别对切割的每个所述画面进行边缘检测，并记录所述步进电机的脉冲值和当前边缘数据，即每个画面像素的方差值；所述边缘检测为：低于预定义梯度值40则视为无效值，高于预定义梯度值80和与所述预定义梯度值80相邻的像素保留，搜索矩阵设置为3×3;
S6，当某一画面像素找到方差峰值时，则认为该画面已确定了焦面，记录该方差峰值和步进电机的脉冲值并保留，等待其他画面的对焦结果；
S7，如果有超过10%的画面找到焦面，则认为正在接近焦点，降低步进电机的运动速度进入微调阶段，减少步进电机的步进脉冲数为每次10个；
S8，当一个画面找到焦面，则开启计数，等待下一个画面的焦面寻找；如果超过设定的计数最大值时，则认为下一画面对焦超时或焦面差距较大，忽略该焦面，记为0；
S9，最后，当9个画面都定焦结束后，得到9个脉冲值数据和方差值；
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