CN112525909A

CN112525909A - 一种电子显微镜的自动对焦方法

Info

Publication number: CN112525909A
Application number: CN202011396905.7A
Authority: CN
Inventors: 郑陆一; 蔡韬
Original assignee: Hunan Ehome Health Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Ehome Health Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明公开了一种电子显微镜的自动对焦方法，包括粗调及细调两个步骤，粗调和细调过程中，以每一位置点的图像对应的清晰度值及清晰度变化率为变量；设定第一阈值Y1和第二阈值Y2，根据清晰度值及清晰度变化率的变化情况来确定粗调和细调的转换条件、方向，从而最终实现自动对焦目的。本电子显微镜的自动对焦方法包括粗调和细调两大步骤，且调节步骤中选取的变量为图像的清晰度值和清晰度变化率，该变量特征清晰、便于计算，通过粗调步骤可加快调整的速度，迅速确定焦点的大致范围，在确定该大致范围后，再通过细调步骤在该位置点附近徘徊，从而快速实现对焦目的。

Description

一种电子显微镜的自动对焦方法

技术领域

本发明涉及细胞镜检技术领域，尤其涉及一种电子显微镜的自动对焦方法。

背景技术

镜检是显微镜检查的简称，是将待检标本取样、制片，在显微镜下观察、分析、判断。人体排泄物、分泌物、脱落细胞或人体组织、动物组织，甚至植物细胞，都可以作为镜检对象。

在进行血常规镜检时，影响观察效率的最重要的一环是对焦。由于只有在血细胞焦距附近的很短一段距离内才能看到画面，且不同的血细胞的焦距各不相同，现有的对焦方法需要人为预判焦距，然后在预判值附近反复调整才能找到最佳焦距，如果操作者经验不足，还有可能找不到焦距，极大地影响观察效率。

有鉴于此，需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子显微镜的自动对焦方法，用于解决上述现有技术中对焦过程耗时长的问题，提高观察效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种电子显微镜的自动对焦方法，包括以下步骤：

粗调：沿Z轴以第一步数移动镜头，拍摄每一位置点的图像并计算图像对应的清晰度值及清晰度变化率；清晰度值的计算公式为D(F)＝∑x∑y|f(x+2，y)-f(x，y)|²，清晰度变化率的计算公式为Bn＝(Dn+1-Dn)/Dn+1；

设定第一阈值Y1，当Bn＞Y1时，保持方向不变继续粗调；

当Bn≤Y1、且Dn+1＞Dn时，保持方向不变进入细调；当Bn≤Y1、且Dn+1＜Dn时，反方向进入细调；

细调：沿Z轴以第二步数移动镜头，拍摄每一位置点的图像并计算图像对应的清晰度值及清晰度变化率；清晰度值和清晰度变化率的计算公式与粗调时一致；

设定第二阈值Y2，当Bn＞Y2时，保持方向不变继续细调；

当Bn≤Y2时，终止细调；

其中，所述第一步数大于所述第二步数。

作为一种改进的技术方案，所述镜头通过步进电机进行驱动；

所述步进电机的每一次走的步数包括5步、15步、35步、125步或200步中的任意两个。

作为一种改进的技术方案，粗调时，所述第一步数选用每次走125步数或每次走200步数；细调时，所述第二步进数选用每次走5步数或每次走15步数。

作为一种改进的技术方案，所述第一阈值Y1＝0.15，所述第二阈值Y2＝0.05。

作为一种改进的技术方案，还包括以可视化方式显示每一个位置点对应的清晰度值和/或清晰度变化率。

作为一种改进的技术方案，所述可视化方式包括图表、曲线图或离散图。

相比于现有技术，本发明带来以下技术效果：

本电子显微镜的自动对焦方法包括粗调和细调两大步骤，且调节步骤中选取的变量为图像的清晰度值和清晰度变化率，该变量特征清晰、便于计算，通过粗调步骤可加快调整的速度，迅速确定焦点的大致范围，在确定该大致范围后，再通过细调步骤在该位置点附近徘徊，从而快速实现对焦目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明一种电子显微镜的自动对焦方法的流程图；

图2示出了本发明在对焦过程中清晰度值随位置点的变化曲线图(其中，横坐标为镜头在Z轴的距离、纵坐标为该拍摄位置点的清晰度值)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

本发明的一个较佳实施例提供一种电子显微镜，其包括机架、载物台、镜头及控制系统。

待测样本放置在载物台上，镜头通过步进电机控制而在Z轴方向上下移动。所述控制系统与步进电机电连接，用于对步进电机的参数进行设置及控制步进电机的运行。控制系统与镜头连接，镜头在对焦过程中，实时拍摄待测样本的图像，并将图像传输给控制系统，进而显示在控制系统的显示屏上。

请参阅图1，在其中一个实施例中，电子显微镜的自动对焦方法包括以下步骤：

S1、粗调：沿Z轴以第一步数移动镜头，拍摄每一位置点的图像并计算图像对应的清晰度值及清晰度变化率；清晰度值的计算公式为D(F)＝∑x∑y|f(x+2，y)-f(x，y)|²，清晰度变化率的计算公式为Bn＝(Dn+1-Dn)/Dn+1。

其中，f(x，y)为图片像素x，y点的灰度值，具体计算方式：R*0.299+G*0.587+B*0.114，R、G、B分别是像素红绿蓝的16进制指；D(F)为无参考图片清晰度算法中的brenner梯度算法，该算法为现有技术，此处不再赘述。

设定第一阈值Y1，当Bn＞Y1时，保持方向不变继续粗调；

当Bn≤Y1、且Dn+1＞Dn时，保持方向不变进入细调；当Bn≤Y1、且Dn+1＜Dn时，反方向进入细调。

所述沿着Z轴方向移动镜头包括两种方式，以待测样本为参照，一种是由远及近移动、一种是由近及远移动。

在其中一个实施例中，由远及近按如下方式操作：先将镜头移动到一个远离待测样本的位置，然后移动镜头慢慢靠近待测样本。

在另一个实施例中，由近及远按如下方式操作：先将镜头移动到一个靠近待测样本的最近位置，然后移动镜头慢慢远离待测样本。

以上两种移动方式均能实现本发明目的。

所述第一阈值Y1是通过如下方式获得的：

取多个已知焦点的样本，将镜头移动至焦点距离拍照，以第一步数移动镜头，计算每个样本的Bn值，取多个样本的Bn值平均值，该平均值即为Y1。

例如在本实施例中，所述Y1＝0.15。

请参阅图2，以由远及近移动方式为例，粗调过程中，设置第一步数为125步，即步进电机每一次走的步数为125步：

1、一开始，镜头离焦点距离较远，随着镜头靠近样本，清晰度值呈现递增趋势，此时，Bn＞Y1，持续前移；需要说明的是，焦点位置对应图像的清晰度值最高，镜头从远端靠近焦点的过程中，清晰度值呈递增趋势变化；镜头从远离焦点的过程中，清晰度值呈递减趋势变化。

2、当Bn首次小于或等于Y1时，此时，如果Dn+1＞Dn，则保持方向不变进入细调；如果Dn+1＜Dn，则反方向进入细调。

例如在其中一个实施例中，所述Bn＝0.12，且Dn+1＞Dn，则保持方向不变进入细调。

又如在另一个实施例中，所述Bn＝0.12，且Dn+1＜Dn，则反方向进入细调。

S2、细调：沿Z轴以第二步数移动镜头，拍摄每一位置点的图像并计算图像对应的清晰度值及清晰度变化率；清晰度值和清晰度变化率的计算公式与粗调时一致；

设定第二阈值Y2，当Bn＞Y2时，保持方向不变继续细调；

当Bn≤Y2时，终止细调；

其中，所述第一步数大于所述第二步数。

具体在本实施例中，上述第二步数为15步，即步进电机每一次走15步。

所述第二阈值是通过如下方式获得：取多个已知焦点的样本，将镜头移动至焦点距离拍照，以第二步数移动镜头，计算每个样本的Bn值，取多个样本的Bn值平均值，该平均值即为Y2。

例如在本实施例中，所述第二阈值＝0.05。

1、细调过程中，如果镜头的位置不经过(或超过)焦点位置，则Bn＞Y2，此时保持方向不变继续细调；

2、一旦Bn≤Y2时，表示镜头的位置恰好处在或刚经过焦点位置，此时，终止细调，此位置即可作为焦点位置。

需要说明的是，上述实施例中的第一步数和第二步数分别是125步和15步，而根据本发明的宗旨，所述步进电机的每一次走的步数不限于上述实施例中的情况，例如还可以包括5步、15步、35步、125步或200步中的任意两个。

而为了突出粗调和细调之间的差别，所述第一步数选取5步或15步，同时第二步数选取125或200步。

当然，在其它实施例中，步进电机每一次走的步数也不限于上述5步、15步、35步、125步或200步。

本实施例的电子显微镜，除了根据预设的程序计算每个位置点的清晰度值及清晰度变化率外，还包括以可视化方式显示每一个位置点对应的清晰度值和/或清晰度变化率；所述可视化方式包括图表、曲线图或离散图。此种设置，可让操作者更加具象地观察和控制对焦过程，从而提高对焦效率。

另外，上述第一阈值Y1、第二阈值Y2的取值是与具体的细胞样本相关的，例如本实施例对应的是红细胞，而在其它实施例中，如血小板、白细胞或其它微小物体，则对应的第一阈值Y1和第二阈值Y2将变成另一组数值。

综上所述，本发明带来如下有益效果：

本电子显微镜的自动对焦方法包括粗调和细调两大步骤，且调节步骤中选取的变量为图像的清晰度值和清晰度变化率，该变量特征清晰、便于计算，通过粗调步骤可加快调整的速度，迅速确定焦点的大致范围，在确定该大致范围后，再通过细调步骤在该位置点附近徘徊，从而快速实现对焦目的。该对焦方法可实现全自动调节，无需人为干预，从而提高电子显微镜的对焦效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种电子显微镜的自动对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定第一阈值Y1，当Bn＞Y1时，保持方向不变继续粗调；

设定第二阈值Y2，当Bn＞Y2时，保持方向不变继续细调；

当Bn≤Y2时，终止细调；

其中，所述第一步数大于所述第二步数。

2.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，所述镜头通过步进电机进行驱动；

3.如权利要求2所述的自动对焦方法，其特征在于，粗调时，所述第一步数选用每次走125步数或每次走200步数；细调时，所述第二步进数选用每次走5步数或每次走15步数。

4.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，所述第一阈值Y1＝0.15，所述第二阈值Y2＝0.05。

5.如权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，所述方法还包括以可视化方式显示每一个位置点对应的清晰度值和/或清晰度变化率。

6.如权利要求5所述的自动对焦方法，其特征在于，上述可视化方式包括图表、曲线图或离散图。