CN114785959A - 荧光显微镜的自动聚焦方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种荧光显微镜的自动聚焦方法、装置、存储介质及电子设备，包括首次聚焦、微调聚焦，通过两轮聚焦实现了较好的聚焦效果，而且还具有：1.采用两轮聚焦的方法，具体为首轮进行大范围快速聚焦，微调聚焦为小范围精细聚焦，聚焦速度快，而且聚焦路程更短；2.本申请通过动态采集图像，有效解决了因电机的不断启动、停止等原因造成的耗时多等问题，为快速而精确的聚焦提供了基础保证；3.本申请的首次聚焦及微调聚焦均在同一视野中完成，有效避免了多视野聚焦过程中，下一视野的聚焦需依赖上一视野聚焦结果等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种荧光显微镜的自动聚焦方法、装置、存储介质及电子设备，属于医学检测技术领域。
背景技术
光学显微镜作为一种精密的光学仪器，以精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，在医学等行业发挥着非常重要的作用。荧光显微镜是在普通光学显微镜的基础上发展而来，成像灵敏度高，是观察和检测荧光现象的专用显微镜，为医学诊断提供了非常有效的手段。
对荧光显微镜调焦过程中，通常把通过显微镜调焦后，物体能够最清晰成像时所处的平面称之为对准平面，以对准平面为中心的一定范围内，物体同样可以清晰的成像。因此，把能够清晰成像的最远平面和最近平面之间的距离称为显微镜的景深。如果待观测的物体在景深外，则显微镜无法获取清晰的图像。对显微镜而言，调焦是为了获取清晰图像而调节物镜与被测物体的距离。
一般的显微检测是基于人工调节显微镜的对焦系统，手动聚焦，反复的手工操作，直到调到被测对象的正焦位置，这样一个过程花费时间较长，效率低，且长期观测，人的眼睛容易疲劳，容易带来一定的人为误差。因此，对光学显微镜进行自动控制，实现聚焦过程的全自动化，可以提高检测的速度，降低人为操作对显微成像质量的影响。
一般的自动对焦技术多采用静止状态采集图像，即每隔一段距离，电机暂停，采集完图像后继续运行，反复此过程。这种方法虽然能够实现自动聚焦，但是速度慢，效率低，因为电机的不断启动、停止过程十分耗时。中国专利CN110996002B公开了一种显微镜聚焦方法，具体Z轴电机将载物台沿对焦轴的第一方向(此时第一方向为向上)移动至点o，在点o处，X轴电机和Y轴电机将载物台水平移动至点p，切换到视野B。在视野B处，以点p为起始位置，Z轴电机将载物台沿对焦轴的第二方向(此时第二方向为向下)移动第二距离L2至点q；找到了视野B的焦点B的位置之后，判断当前位置q与焦点B之间的距离是否为第一距离L1；在点r处，X轴电机和Y轴电机可以再将载物台水平移动至点s，切换到视野C。由此可知，该专利虽然实现了动态采集图像的目的，但其在聚焦过程中，需要不停的变换视野，不但过程繁琐，而且下一个视野聚焦的准确度需依赖于上一个视野的聚焦情况，聚焦精确度无法保证。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种荧光显微镜的自动聚焦方法、装置、存储介质及电子设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种荧光显微镜的自动聚焦方法，包括：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
S3.聚焦结束。
进一步，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像，多张第一目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第一目标图像在世界坐标系中的坐标信息；
或/和
控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张二目标图像，多张第二目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息。
进一步，计算每张第一目标图像的清晰度值，具体包括：
控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离过程中采集第一目标图像；
获取每张第一目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值，根据每张第一目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值计算每张第一目标图像中各个像素点的平均像素值；
根据每张第一目标图像中各个像素点的平均像素值计算每张第一目标图像中各个像素点的标准差；
根据每张第一目标图像中各个像素点的标准差计算每张第一目标图像的清晰度值；
或/和
计算每张第二目标图像的清晰度值，具体过程如下：
控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离过程中采集第二目标图像；
获取每张第二目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值，根据每张第二目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值计算每张第二目标图像中各个像素点的平均像素值；
根据每张第二目标图像中各个像素点的平均像素值计算每张第二目标图像中各个像素点的标准差；
根据每张第二目标图像中各个像素点的标准差计算每张第二目标图像的清晰度值。
进一步，首次聚焦过程中计算得到每张第一目标图像的清晰度值后，还包括：
比较最高清晰度值和设定阈值，若最高清晰度值小于设定阈值，则控制电机驱动载物台移动至下一个扫描点，执行首次聚焦程序；若最高清晰度值大于设定阈值，则获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即初始焦点位置；
或/和
微调聚焦过程中计算得到每张第二目标图像的清晰度值后，还包括：比较最高清晰度值和设定阈值，若最高清晰度值小于设定阈值，则执行下一次微调聚焦，下一次微调聚焦的聚焦距离为上一次微调聚焦的聚焦距离的1倍；且下一次微调聚焦的初始位置与上一次微调聚焦的焦点位置之间的距离为下一次微调聚焦的聚焦距离的1/2；若最高清晰度值大于设定阈值，则获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，即为目标焦点位置。
进一步，若最高清晰度值小于设定阈值，则控制电机驱动载物台移动至下一个扫描点，执行首次聚焦程序，执行次数≤3次；
或/和
若最高清晰度值小于设定阈值，则执行下一次微调聚焦，执行次数≤3次。
进一步，采集多张第一目标图像和多张第二目标图像的具体过程如下：
设置电机和相机的参数；
根据Z轴电机的速度倍率和初始速度计算Z轴电机对物镜的传动速度，在物镜的传动过程中，每移动一个固定步长，则相机采集一帧图像。
本发明还提供一种荧光显微镜的自动聚焦装置，包括：
机械控制系统，用于控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；然后，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离；完成首次聚焦程序后，控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离；
软件控制系统，包括：图像采集模块，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离过程中，用于采集多张第一目标图像；完成首次聚焦程序后，控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离过程中，用于采集多张第二目标图像；清晰度计算模块，计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离。
进一步，所述聚焦装置还包括存储模块，用于存储多张第一目标图像和第二目标图像的序列表；
其中，多张第一目标图像序列表获得过程如下：多张第一目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第一目标图像在世界坐标系中的坐标信息，按序号顺序制成第一目标图像序列表；
或/和
多张第一目标图像序列表获得过程如下：多张第二目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息，按序号顺序制成第二目标图像序列表。
本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有实现上述方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
S3.聚焦结束。
本发明还提供一种电子设备，包括配置有上述方法计算机程序的处理器和用于存储处理器上计算机程序的存储器，所述处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
S3.聚焦结束。
本发明所达到的有益技术效果：本发明提供的一种荧光显微镜的自动聚焦方法、装置、存储介质及电子设备和现有技术相比，具有如下技术效果：1.采用两轮聚焦的方法，具体为首轮进行大范围快速聚焦，微调聚焦为小范围精细聚焦，聚焦速度快，而且聚焦路程更短；2.本申请通过动态采集图像，有效解决了因电机的不断启动、停止等原因造成的耗时多等问题，为快速而精确的聚焦提供了基础保证；3.本申请的首次聚焦及微调聚焦均在同一视野中完成，有效避免了多视野聚焦过程中，下一视野的聚焦需依赖上一视野聚焦结果。
附图说明
图1为本发明一个实施例中自动聚焦方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例中自动聚焦方法的流程示意图；
图3为本发明一个实施例中第一目标图像清晰度计算流程示意图；
图4为本发明一个实施例中第二目标图像清晰度计算流程示意图；
图5为本发明一个实施例中自动聚焦方法的流程示意图；
图6为本发明一个实施例中图像清晰度数值图；
图7为本发明一个实施例中聚焦模糊状态图像；
图8为本发明一个实施例中聚焦成功状态图像；
图9为本发明一个实施例中自动聚焦装置组成框图；
图10为本发明一个实施例中电子设备组成框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
在一个实施例中，如图1所示，本发明提供了一种荧光显微镜的自动聚焦方法，包括以下步骤：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
S3.聚焦结束。
其中，第一聚焦距离指首次聚焦过程中Z轴电机驱动物镜从聚焦起点至聚焦终点的移动距离，第二聚焦距离为微调聚焦过程中Z轴电机驱动物镜从聚焦起点位置至聚焦终点位置移动的距离。在实际操作过程中，第一聚焦距离和第二聚焦距离可以根据情况进行参数设置。此外，在进行首次聚焦之前需要X轴电机和Y轴电机工作，驱动载物台水平移动至首次聚焦初始位置，该位置即为三轴电机的预设位置。同时，在Z轴电机移动第一聚焦距离和第二聚焦距离过程中，会触发相机采集扫描图像，因此，Z轴电机设置的参数还包括触发步长。再者，本发明图像采集是在动态状态下进行的，因此，Z轴电机传动速度直接影响图像采集质量。在一个实施例中，Z轴电机的传动速度VZ的计算公式如下：
其中，f表示速度倍率，计算公式为：
；
fps表示相机帧率；
S trigger 为相机触发步长；
V init 表示电机的初始速度。
具体地，在开始聚焦之前预先设置电机和相机的参数，如电机的预设位置、Z轴电机的初始速度、相机触发步长、第一聚焦距离、第二聚焦距离、相机帧率。
具体地，采集多张第一目标图像和多张第二目标图像的具体过程如下：
首先，设置电机和相机的参数；
根据Z轴电机的速度倍率和初始速度计算Z轴电机对物镜的传动速度VZ，在物镜的传动过程中，每移动一个固定步长，则相机采集一帧图像。
如图7和图8聚焦对比效果图可知，采用本发明提供的自动聚焦方法，聚焦效果好，清晰度高。此外，本发明的自动聚焦方法还具有 1.采用两轮聚焦的方法，具体为首轮进行大范围快速聚焦，微调聚焦为小范围精细聚焦，聚焦速度快，而且聚焦路程更短；2.本申请通过动态采集图像，有效解决了因电机的不断启动、停止等原因造成的耗时多等问题，为快速而精确的聚焦提供了基础保证；3.本申请的首次聚焦及微调聚焦均在同一视野中完成，有效避免了多视野聚焦过程中，下一视野的聚焦需依赖上一视野聚焦结果。
在一个实施例中，如图2所示，本发明提供了一种荧光显微镜的自动聚焦方法，该方法中：在移动第一聚焦距离和第二聚焦距离过程中，采集到多张目标图像，可以对这些目标图像按采集时间顺序分配序号，并生成序列表，以备随时调用，同时，记录不同序号对应目标图像在世界坐标系中的坐标信息。由此，对于每张图像，其序号和其世界坐标系中的坐标信息则在序列表中一一对应，以备后续程序直观获取；图像在世界坐标系中的坐标信息P focus 可以通过如下公式计算：
其中，I best 表示图像在序列表中的序号，l表示聚焦距离，m表示相机触发次数，P init 表示Z轴电机的预设位置。
在控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像，对多张第一目标图像按采集时间顺序分配序号，并将图像按顺序制作序列表存储，以被随时调用；同时，记录不同序号对应第一目标图像在世界坐标系中的坐标信息。
同样地，对于微调聚焦过程也可以设置此过程，便于直观获取第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息，具体如下：
控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张二目标图像，多张第二目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息。
在一个实施例中，本发明提供了一种荧光显微镜的自动聚焦方法，该方法在进行图像清晰度计算时，由于对焦清晰的图像和对焦模糊的图像，两者之间的灰度差异较大，即标准差的差异较大，因此，可以将图像中各个像素点的标准差作为衡量图像清晰度的标准；即标准差越大，图像清晰度越高，清晰度计算数值图如图6所示。具体计算过程如下：
其中，n表示图像中像素点个数，x i 表示第i个像素点的像素值，u表示各个像素点的平均像素值，
。
采用上述公式过程进行计算每张第一目标图像的清晰度值，如图3所示，具体包括：
控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离过程中采集第一目标图像；
获取每张第一目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值，根据每张第一目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值计算每张第一目标图像中各个像素点的平均像素值；
根据每张第一目标图像中各个像素点的平均像素值计算每张第一目标图像中各个像素点的标准差
；
根据每张第一目标图像中各个像素点的标准差计算每张第一目标图像的清晰度值；
同样地，如图4所示，计算每张第二目标图像的清晰度值，具体过程如下：
控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离过程中采集第二目标图像；
获取每张第二目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值，根据每张第二目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值计算每张第二目标图像中各个像素点的平均像素值；
根据每张第二目标图像中各个像素点的平均像素值计算每张第二目标图像中各个像素点的标准差；
根据每张第二目标图像中各个像素点的标准差计算每张第二目标图像的清晰度值。
在一个实施例中，本发明提供了一种荧光显微镜的自动聚焦方法，计算获得每张图像的清晰度值，并获得最高清晰度值后，还会对最高清晰度值和设定阈值进行比较，以检验该次聚焦是否成功，该实施例的自动聚焦方法如图5所示。
首次聚焦过程中计算得到每张第一目标图像的清晰度值后，还包括：
比较最高清晰度值和设定阈值，若最高清晰度值小于设定阈值，则控制电机驱动载物台移动至下一个扫描点，执行首次聚焦程序。
若最高清晰度值大于设定阈值，则获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即初始焦点位置；若最高清晰度值小于设定阈值，则控制电机驱动载物台移动至下一个扫描点，执行首次聚焦程序，执行次数≤3次；若执行次数大于3次，则系统判定聚焦失败，原因可能是扫描样本为空片，继续扫描无实际意义，因此退出聚焦。
同样地，微调聚焦过程中计算得到每张第二目标图像的清晰度值后，还包括：比较最高清晰度值和设定阈值，若最高清晰度值小于设定阈值，则执行下一次微调聚焦，下一次微调聚焦的聚焦距离为上一次微调聚焦的聚焦距离的1倍；且下一次微调聚焦的初始位置与上一次微调聚焦的焦点位置之间的距离为下一次微调聚焦的聚焦距离的1/2；
若最高清晰度值大于设定阈值，则获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，即为目标焦点位置。若最高清晰度值小于设定阈值，则执行下一次微调聚焦，执行次数≤3次。若执行次数大于3次，则系统判定聚焦失败，原因可能是扫描样本为空片，继续扫描无实际意义，因此退出聚焦。
在一个实施例中，如图9所示，本发明还还提供一种荧光显微镜的自动聚焦装置，包括：
机械控制系统，用于控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；然后，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离；完成首次聚焦程序后，控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离；
软件控制系统，包括：图像采集模块，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离过程中，用于采集多张第一目标图像；完成首次聚焦程序后，控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离过程中，用于采集多张第二目标图像；清晰度计算模块，计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离。
在一个实施例中，本发明还还提供一种荧光显微镜的自动聚焦装置，该聚焦装置还包括存储模块，用于存储多张第一目标图像和第二目标图像的序列表；
其中，多张第一目标图像序列表获得过程如下：多张第一目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第一目标图像在世界坐标系中的坐标信息，按序号顺序制成第一目标图像序列表；
或/和
多张第一目标图像序列表获得过程如下：多张第二目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息，按序号顺序制成第二目标图像序列表。
在一个实施例中，本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有实现图1-图5所示方法的计算机程序，如其中一个实施例所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
S3.聚焦结束。
在一个实施例中，本发明还提供一种电子设备，包括配置有图1-图5所示方法计算机程序的处理器和用于存储处理器上计算机程序的存储器，例如所述处理器执行计算机程序时实现图1所示步骤：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
其中，处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，在图10中，处理器和存储器通过总线进行连接。处理器可以为中央处理器。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法的指令程序。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例自动聚焦方法的步骤。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种荧光显微镜的自动聚焦方法，其特征在于，包括：
S1.首次聚焦：控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像；计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；
S2.微调聚焦：控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张第二目标图像；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离；
S3.聚焦结束。
2.根据权利要求1所述的荧光显微镜的自动聚焦方法，其特征在于：控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离，移动过程中采集多张第一目标图像，多张第一目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第一目标图像在世界坐标系中的坐标信息；
或/和
控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离，移动过程中采集多张二目标图像，多张第二目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息。
3.根据权利要求1所述的荧光显微镜的自动聚焦方法，其特征在于，计算每张第一目标图像的清晰度值，具体包括：
控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离过程中采集第一目标图像；
获取每张第一目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值，根据每张第一目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值计算每张第一目标图像中各个像素点的平均像素值；
根据每张第一目标图像中各个像素点的平均像素值计算每张第一目标图像中各个像素点的标准差；
根据每张第一目标图像中各个像素点的标准差计算每张第一目标图像的清晰度值；
或/和
计算每张第二目标图像的清晰度值，具体过程如下：
控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离过程中采集第二目标图像；
获取每张第二目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值，根据每张第二目标图像中像素点的个数及各个像素点的像素值计算每张第二目标图像中各个像素点的平均像素值；
根据每张第二目标图像中各个像素点的平均像素值计算每张第二目标图像中各个像素点的标准差；
根据每张第二目标图像中各个像素点的标准差计算每张第二目标图像的清晰度值。
4.根据权利要求1所述的荧光显微镜的自动聚焦方法，其特征在于，首次聚焦过程中计算得到每张第一目标图像的清晰度值后，还包括：
比较最高清晰度值和设定阈值，若最高清晰度值小于设定阈值，则控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动至下一个扫描点，执行首次聚焦程序；若最高清晰度值大于设定阈值，则获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即初始焦点位置；
或/和
微调聚焦过程中计算得到每张第二目标图像的清晰度值后，还包括：比较最高清晰度值和设定阈值，若最高清晰度值小于设定阈值，则执行下一次微调聚焦，下一次微调聚焦的聚焦距离为上一次微调聚焦的聚焦距离的1倍；且下一次微调聚焦的初始位置与上一次微调聚焦的焦点位置之间的距离为下一次微调聚焦的聚焦距离的1/2；若最高清晰度值大于设定阈值，则获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，即为目标焦点位置。
5.根据权利要求4所述的荧光显微镜的自动聚焦方法，其特征在于：若最高清晰度值小于设定阈值，则控制电机驱动载物台移动至下一个扫描点，执行首次聚焦程序，执行次数≤3次；
或/和
若最高清晰度值小于设定阈值，则执行下一次微调聚焦，执行次数≤3次。
6.根据权利要求1所述的荧光显微镜的自动聚焦方法，其特征在于，采集多张第一目标图像和多张第二目标图像的具体过程如下：
设置电机和相机的参数；
根据Z轴电机的速度倍率和初始速度计算Z轴电机对物镜的传动速度，在物镜的传动过程中，每移动一个固定步长，则相机采集一帧图像。
7.一种荧光显微镜的自动聚焦装置，其特征在于，包括：
机械控制系统，用于控制X轴电机和Y轴电机驱动载物台移动，使物镜位于扫描的初始位置；然后，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离；完成首次聚焦程序后，控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离；
软件控制系统，包括：图像采集模块，控制Z轴电机驱动物镜以初始位置为起点沿Z轴第一方向移动第一聚焦距离过程中，用于采集多张第一目标图像；完成首次聚焦程序后，控制Z轴电机驱动物镜以微调聚焦的初始位置为起点沿Z轴第二方向移动第二聚焦距离过程中，用于采集多张第二目标图像；清晰度计算模块，计算每张第一目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第一目标图像所在世界坐标系中的坐标位置信息，该坐标信息即为首次聚焦的初始焦点位置；计算每张第二目标图像的清晰度值；获取清晰度值最高的第二目标图像所在世界坐标系中的坐标信息即为目标焦点位置；其中，微调聚焦的初始位置与初始焦点位置之间的距离为第二聚焦距离的1/2；第二聚焦距离小于第一聚焦距离。
8.根据权利要求7荧光显微镜的自动聚焦装置，其特征在于：软件控制系统还包括存储模块，用于存储多张第一目标图像和第二目标图像的序列表；
其中，多张第一目标图像序列表获得过程如下：多张第一目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第一目标图像在世界坐标系中的坐标信息，按序号顺序制成第一目标图像序列表；
或/和
多张第一目标图像序列表获得过程如下：多张第二目标图像按采集时间顺序分配序号，记录不同序号对应第二目标图像在世界坐标系中的坐标信息，按序号顺序制成第二目标图像序列表。
9.一种存储介质，其特征在于：该存储介质上存储有实现权利要求1至6任一项所述方法的计算机程序。
10.一种电子设备，其特征在于：包括配置有利要求1至6任一项所述方法计算机程序的处理器和用于存储处理器上计算机程序的存储器。
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