CN112099217B - 一种显微镜自动对焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显微镜自动对焦方法，特点是包括以下步骤：选取目标物，设定沿显微镜Z轴调节载物台的移动范围和步长，将载物台沿显微镜Z轴调整至初始位置并采集图像；调节载物台沿显微镜Z轴移动一个步长并采集图像，判断载物台是否移动到结束位置，若载物台到达结束位置，则进入下一步骤；若载物台没有到达结束位置，则调节载物台再移动一个步长并采集图像，直到载物台到达结束位置并采集图像；对获得的图像进行计算分别得到每张图像的清晰度并比较获得清晰度最大的图像，其所对应的位置即为对焦位置；调整载物台至对焦位置即完成自动对焦；优点是可以应对各种复杂的切片情况和不同的显微倍率，从而增加清晰度计算的准确性和鲁棒性。

Description

一种显微镜自动对焦方法
技术领域
本发明涉及一种自动对焦方法，尤其是一种显微镜自动对焦方法。
背景技术
自动对焦方法可分为主动对焦法和被动对焦法。显微镜自动对焦方法一般采用被动对焦法，即搜索清晰度最高的位置记录下来，控制执行机构返回到该位置。所以清晰度的计算会直接影响到对焦位置的准确性。
现有的自动对焦方法中一般采用梯度计算取平均的方法，来统计整个图像的清晰度，但存在如下问题：在处理纹理稀疏的切片时，采用梯度计算取平均的方法计算的评价值很低，无法与噪声区分，导致纹理稀疏的切片无法正确对焦；对于不同物镜倍率的扫描，切片的纹理粗细度不同，传统的清晰度计算方法每隔1个像素计算梯度，十分耗时，且对于比较粗的纹理会产生清晰度下降的问题，导致同样的切片位置在不同物镜下对焦位置偏差很大，不利于稳定地对焦，影响分析结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种显微镜自动对焦方法，不但能够适应不同纹理疏密度和纹理粗细度，而且能提升自动对焦的稳定性和鲁棒性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种显微镜自动对焦方法，包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，选取已装载好的切片作为目标物，设定沿显微镜Z轴调节载物台的移动范围，并根据移动范围设定步长，将载物台沿显微镜Z轴调整至初始位置，在初始位置使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到初始位置图像；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，调节载物台沿显微镜Z轴移动一个步长，使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到该位置图像，然后判断载物台是否移动到结束位置，若载物台到达结束位置，则进入下一步骤；若载物台没有到达结束位置，则调节载物台沿显微镜Z轴再移动一个步长，并使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到该位置图像，直到载物台到达结束位置，并使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到结束位置图像；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，对获得的图像进行计算分别得到每张图像的清晰度，具体方法为：
Figure 641171DEST_PATH_IMAGE006
-1，设定图像分割系数M，将每张图像均分为M等分，每一等分的宽度为K/M；
Figure 745262DEST_PATH_IMAGE006
-2，设定梯度间隔系数N，记M等分中任意一个等分间隔的序号为i，计算第i个等分间隔中的每一个像素点的梯度值并取平均值，求和得到平均像素梯度值
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，其中，x表示第x个像素点的序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示第x+N个像素点的亮度，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示第x个像素点的亮度，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示第x+N个像素点和第x个像素点的亮度差；
Figure 587316DEST_PATH_IMAGE006
-3，设定清晰度阈值T，记M等分中平均像素梯度值
Figure 982525DEST_PATH_IMAGE008
大于清晰度阈值T的间隔数量为L，计算所有大于清晰度阈值T的平均像素梯度值
Figure 977989DEST_PATH_IMAGE008
的和并取平均值，记为Q，所得的Q为该张图像的清晰度，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，比较所有图像的清晰度后获得清晰度最大的图像，该清晰度最大的图像所对应的位置即为对焦位置；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，沿显微镜Z轴调整载物台至对焦位置即完成自动对焦。
所述的步骤
Figure 925085DEST_PATH_IMAGE006
-1中，图像分割系数M的取值范围为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，所述的步骤
Figure 129801DEST_PATH_IMAGE006
-2中，梯度间隔系数N的取值范围为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，所述的步骤
Figure 515652DEST_PATH_IMAGE006
-3中，清晰度阈值T的取值范围为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
。
与现有技术相比，本发明的优点在于将拍摄后的图像通过设定图形分割系数来区分不同纹理疏密程度的图像，通过设定梯度间隔系数来区分不同纹理粗细度的图像，通过设定清晰度阈值来区别噪声和信号，使得图像分割系数、梯度间隔系数和清晰度阈值可以配合使用；通过改变图像分割系数、梯度间隔系数和清晰度阈值可以应对各种复杂的切片情况和不同的显微倍率，从而有效地增加了自动对焦的准确性和鲁棒性。
附图说明
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明实施例一的结果示意图；
图3为本发明实施例二的结果示意图；
图4为本发明实施例三的结果示意图；
图5为本发明实施例四的结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1、2所示，一种显微镜自动对焦方法，包括以下步骤：
Figure 122214DEST_PATH_IMAGE002
，选取已装载好的切片作为目标物，设定沿显微镜Z轴调节载物台的移动范围为200um，并根据移动范围设定步长为10um，将载物台沿显微镜Z轴调整至初始位置，在初始位置使用分辨率为K=4096的线阵相机拍摄目标物得到初始位置图像；
Figure 115578DEST_PATH_IMAGE004
，调节载物台沿显微镜Z轴移动一个步长，使用分辨率为K=4096的线阵相机拍摄目标物得到该位置图像，然后判断载物台是否移动到结束位置，若载物台到达结束位置，则进入下一步骤；若载物台没有到达结束位置，则调节载物台沿显微镜Z轴再移动一个步长，并使用分辨率为K=4096的线阵相机拍摄目标物得到该位置图像，直到载物台到达结束位置，并使用分辨率为K=4096的线阵相机拍摄目标物得到结束位置图像；
Figure 56858DEST_PATH_IMAGE006
，对获得的图像进行计算分别得到每张图像的清晰度，具体方法为：
Figure 793870DEST_PATH_IMAGE006
-1，设定图像分割系数M，将每张图像均分为M等分，每一等分的宽度为K/M；图像分割系数M的取值范围为
Figure 441889DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 809416DEST_PATH_IMAGE006
-2，设定梯度间隔系数N，记M等分中任意一个等分间隔的序号为i，计算第i个等分间隔中的每一个像素点的梯度值并取平均值，求和得到平均像素梯度值
Figure 51042DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 513116DEST_PATH_IMAGE010
，其中，x表示第x个像素点的序号，
Figure 156587DEST_PATH_IMAGE012
表示第x+N个像素点的亮度，
Figure 429436DEST_PATH_IMAGE014
表示第x个像素点的亮度，
Figure 158358DEST_PATH_IMAGE016
表示第x+N个像素点和第x个像素点的亮度差；梯度间隔系数N的取值范围为
Figure 424123DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 859784DEST_PATH_IMAGE006
-3，设定清晰度阈值T，记M等分中平均像素梯度值
Figure 631431DEST_PATH_IMAGE008
大于清晰度阈值T的间隔数量为L，计算所有大于清晰度阈值T的平均像素梯度值
Figure 769020DEST_PATH_IMAGE008
的和并取平均值，记为Q，所得的Q为该张图像的清晰度，
Figure 651525DEST_PATH_IMAGE018
；清晰度阈值T的取值范围为
Figure 941692DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 884240DEST_PATH_IMAGE020
，比较所有图像的清晰度后获得清晰度最大的图像，该清晰度最大的图像所对应的位置即为对焦位置；
Figure 514985DEST_PATH_IMAGE022
，沿显微镜Z轴调整载物台至对焦位置即完成自动对焦。
设定图像分割系数M为2、梯度间隔系数N为2、清晰度阈值T为60时，本实施例的结果示意图如图2所示。
实施例二：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于设定图像分割系数M为8、梯度间隔系数N为4、清晰度阈值T为70时，本实施例的结果示意图如图3所示。
实施例三：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于设定图像分割系数M为64、梯度间隔系数N为8、清晰度阈值T为80时，本实施例的结果示意图如图4所示。
实施例四：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于设定图像分割系数M为32、梯度间隔系数N为2、清晰度阈值T为30时，本实施例的结果示意图如图5所示。
实施例五：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于图像分割系数M为4096、梯度间隔系数N为1、清晰度阈值T为30。
实施例六：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于图像分割系数M为4096、梯度间隔系数N为1、清晰度阈值T为100。
实施例七：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于图像分割系数M为2、梯度间隔系数N为1、清晰度阈值T为30。
实施例八：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于图像分割系数M为2、梯度间隔系数N为1、清晰度阈值T为100。
实施例九：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于图像分割系数M为2、梯度间隔系数N为2048、清晰度阈值T为30。
实施例十：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于图像分割系数M为2、梯度间隔系数N为2048、清晰度阈值T为100。

Claims (1)

1.一种显微镜自动对焦方法，其特征在于包括以下步骤：
①，选取已装载好的切片作为目标物，设定沿显微镜Z轴调节载物台的移动范围，并根据移动范围设定步长，将载物台沿显微镜Z轴调整至初始位置，在初始位置使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到初始位置图像；
②，调节载物台沿显微镜Z轴移动一个步长，使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到该位置图像，然后判断载物台是否移动到结束位置，若载物台到达结束位置，则进入下一步骤；若载物台没有到达结束位置，则调节载物台沿显微镜Z轴再移动一个步长，并使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到该位置图像，直到载物台到达结束位置，并使用分辨率为K的线阵相机拍摄目标物得到结束位置图像；
③，对获得的图像进行计算分别得到每张图像的清晰度，具体方法为：
③-1，设定图像分割系数M＝8，将每张图像均分为M等分，每一等分的宽度为K/M；
③-2，设定梯度间隔系数N＝4，记M等分中任意一个等分间隔的序号为i，计算第i个等分间隔中的每一个像素点的梯度值并取平均值，求和得到平均像素梯度值F(i)，
Figure FDA0003588617320000011
其中，x表示第x个像素点的序号，f(x+N)表示第x+N个像素点的亮度，f(x)表示第x个像素点的亮度，|f(x+N)-f(x)|表示第x+N个像素点和第x个像素点的亮度差；
③-3，设定清晰度阈值T＝70，记M等分中平均像素梯度值F(i)大于清晰度阈值T的间隔数量为L，计算所有大于清晰度阈值T的平均像素梯度值F(i)的和并取平均值，记为Q，所得的Q为该张图像的清晰度，
Figure FDA0003588617320000012
其中F(i)≥T；
④，比较所有图像的清晰度后获得清晰度最大的图像，该清晰度最大的图像所对应的位置即为对焦位置；
⑤，沿显微镜Z轴调整载物台至对焦位置即完成自动对焦。
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