CN117170081A - 一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法 - Google Patents
一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117170081A CN117170081A CN202311132639.0A CN202311132639A CN117170081A CN 117170081 A CN117170081 A CN 117170081A CN 202311132639 A CN202311132639 A CN 202311132639A CN 117170081 A CN117170081 A CN 117170081A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- focusing
- definition
- recognition
- target
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000010845 search algorithm Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法，属于自动对焦领域，通过在对焦过程中从粗焦图像中识别出待观测目标，并进行热区标记，在寻找对焦图像时，通过计算目标所在热区图像拉普拉斯清晰度均值与预设对焦图像目标清晰度值的差值动态调整精调步长使对焦电机进行闭环反馈运动，大大提升了对焦速度，并且精度高。
Description
技术领域
本发明涉及自动对焦领域，尤其是涉及基于图像清晰度识别的自动对焦方法。
背景技术
随着科技的发展，显微成像系统应用领域愈加广泛，在图像采集过程中，如何精准、快速、自动化的采集清晰图像是显微镜自动对焦技术领域研发重点方向。常见的自动对焦系统一般由相机、分析系统以及电机控制系统组成，相机用以采集样本图像与视频流；分析系统用以测定采集图像是否准确对焦，并对电机控制系统发出运动控制信号；电机控制系统用以控制对焦电机运动，直至目标图像处于对焦状态。
现有的对焦方法一类是直接计算图像梯度值，利用爬山搜索算法检索整个预设行程图像清晰度值，并且需要单峰和极高灵敏度的评价函数，该方法速度慢，精度低，且适用域窄。另一类是采用光学式自动对焦模块，利用光传感器所侦测到的光形(或光能量)变化作为离焦距离与方向的判断依据，但成本高、鲁棒性差，适用域窄。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法，精度高、适用域宽。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法，包括以下步骤：
S1：制作样本图像的训练集，确定清晰度目标均值Vm以及对焦结束清晰度差值的阈值Vt；
S2：驱动件控制镜筒移动至初始调焦位置；
S3：驱动件控制镜筒按照预设精调步长S0移动；
S4：采集样本图像，进行粗焦目标识别，框选样本图像的目标热区，计算目标热区图像的清晰度均值Vl；
S5：判断Vl与目标均值Vm的差值V'是否小于预设阈值Vt，当V'大于Vt时，重新计算精调步长，新的精调步长S＝λ|Vt-V'|，λ为步长调整系数，并通过驱动件控制镜筒按照新的精调步长移动，重复步骤S4至S5直至差值V'小于预设阈值Vt。
进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：采集多张样本的粗焦图像，标记图像中待观察的多个样本；
S12：制作目标识别训练集，进行粗焦样本识别训练；
S13：采集多张对焦图像，标记图像中观察的多个样本，框选热区，计算图像清晰度目标均值Vm。
进一步地，步骤S1还包括以下步骤：
S14：调试初始调焦位置，设置合理的对焦结束清晰度差值阈值Vt。
进一步地，所述初始调焦位置为欠焦状态。
进一步地，计算图像清晰度时采用拉普拉斯图像。
进一步地，所述拉普拉斯图像清晰度值通过拉普拉斯算子计算方差，方差越大图片越清晰。
进一步地，所述基于图像清晰度识别的自动对焦方法还包括步骤S6：对焦结束，输出最终对焦图像。
进一步地，步骤S4中，框选样本图像的目标热区之前还需要剔除背景干扰。
相比现有技术，本发明基于图像清晰度识别的自动对焦方法在对焦过程中从粗焦图像中识别出待观测目标，并进行热区标记，在寻找对焦图像时，通过计算目标所在热区图像拉普拉斯清晰度均值与预设对焦图像目标清晰度值的差值动态调整精调步长使对焦电机进行闭环反馈运动，大大提升了对焦速度，并且精度高。
附图说明
图1为本发明基于图像清晰度识别的自动对焦方法的流程图；
图2为实施本发明基于图像清晰度识别的自动对焦方法的图像采集装置。
图中：110、相机；120、驱动件；130、镜筒；140、物镜；150、微动台；160、光源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为本发明基于图像清晰度识别的自动对焦方法的流程图，本发明基于图像清晰度识别的自动对焦方法包括以下步骤：
S1：制作样本图像的训练集，确定清晰度目标均值Vm以及对焦结束清晰度差值的阈值Vt；
S2：驱动件控制镜筒移动至初始调焦位置；
S3：驱动件控制镜筒按照预设精调步长S0移动；
S4：采集样本图像，进行粗焦目标识别，框选样本图像的目标热区，计算目标热区图像的清晰度均值Vl；
S5：判断Vl与目标均值Vm的差值V'是否小于预设阈值Vt，当V'大于Vt时，重新计算精调步长，新的精调步长S＝λ|Vt-V'|，λ为步长调整系数，并通过驱动件控制镜筒按照新的精调步长移动，重复步骤S4至S5直至差值V'小于预设阈值Vt。
步骤S1为自动调焦的前期准备工作，具体为：首先制作训练集，采集多张样本的粗焦图像，标记图像中待观察的多个样本，框选热区，剔除背景干扰，并制作目标识别训练集，进行粗焦样本识别训练。然后确定目标清晰度值Vm，采集多张对焦图像，标记图像中观察的多个样本，框选热区，计算拉普拉斯图像清晰度目标均值Vm。最后调试初始调焦位(处于欠焦状态)，使得该位置既离对焦点较近，也可消除微动台不平导致切换视野过焦，设置合理的对焦结束清晰度差值的阈值Vt，至此准备工作结束。
步骤S2具体为：驱动件控制镜筒在竖直方向移动，使镜筒移动至初始调焦位置，镜筒在初始调焦位置时，处于欠焦状态。
步骤S3具体为：驱动件控制镜筒按照预设精调步长S0向下移动，每移动一次，就通过相机采集样本图像。
步骤S4具体为：使用CCD相机采集样本图像，进行粗焦目标识别，剔除背景干扰，框选目标热区，目标热区标记为T1，T2，.......Tn，计算热区T1，T2，.......Tn拉普拉斯图像清晰度均值Vl(所述拉普拉斯图像清晰度值为通过拉普拉斯算子计算方差，方差越大图片越清晰)。
步骤S5具体为：判断Vl与目标均值Vm的差值V'是否小于预设阈值Vt，若大于Vt，通过S＝λ|Vt-V'|(其中λ为步长调整系数)重新计算精调步长S并反馈至控制系统，驱动件控制相机向下运动。重复上述步骤，直至热区T1，T2，.......Tn拉普拉斯图像清晰度均值Vl,判断Vl与目标均值Vm的差值V'小于预设阈值Vt。
还包括步骤S6，步骤S6为：对焦结束，输出最终对焦图像。
请继续参阅图2，为实施上述基于图像清晰度识别的自动对焦方法的图像采集装置，图像采集装置包括底板、固定于底板的支架、相机110、驱动件120、镜筒130、物镜140、微动台150以及光源160。
驱动件120固定于支架，驱动件120的输出端与镜筒130连接，驱动镜筒130在竖直方向移动，以寻找焦面。在本实施例中，驱动件120为电机。
相机110安装于镜筒130的一端，相机110用于采集样本图像，并将图像传输至计算机。
镜筒130用于连接相机110与物镜140。
物镜140安装于镜筒130的另一端，物镜140用于放大被观察物体。在本实施例中，被观察物体为样本。
光源160以及微动台150安装于底板，微动台150用于承载承载玻片与切换视野。微动台150能够调节样本的位置，使样本处于物镜140的视野中，光源160为样本的图像采集提供亮度。
本发明基于图像清晰度识别的自动对焦方法在对焦过程中从粗焦图像中识别出待观测目标，并进行热区标记，剔除了复杂背景中由于混入杂质、照明不均、焦面定位不准带来的对焦误差，在寻找对焦图像时，通过计算目标所在热区图像拉普拉斯清晰度均值与预设对焦图像目标清晰度值的差值，动态调整精调步长使对焦电机进行闭环反馈运动，大大提升了对焦速度；并且能够基于传统对焦结构实施，成本低，精度高，鲁棒性好。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制作样本图像的训练集，确定清晰度目标均值Vm以及对焦结束清晰度差值的阈值Vt；
S2：驱动件控制镜筒移动至初始调焦位置；
S3：驱动件控制镜筒按照预设精调步长S0移动；
S4：采集样本图像，进行粗焦目标识别，框选样本图像的目标热区，计算目标热区图像的清晰度均值Vl；
S5：判断Vl与目标均值Vm的差值V'是否小于预设阈值Vt，当V'大于Vt时，重新计算精调步长，新的精调步长S＝λ|Vt-V'|，λ为步长调整系数，并通过驱动件控制镜筒按照新的精调步长移动，重复步骤S4至S5直至差值V'小于预设阈值Vt。
2.根据权利要求1所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：
S11：采集多张样本的粗焦图像，标记图像中待观察的多个样本；
S12：制作目标识别训练集，进行粗焦样本识别训练；
S13：采集多张对焦图像，标记图像中观察的多个样本，框选热区，计算图像清晰度目标均值Vm。
3.根据权利要求2所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：步骤S1还包括以下步骤：
S14：调试初始调焦位置，设置合理的对焦结束清晰度差值阈值Vt。
4.根据权利要求3所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：所述初始调焦位置为欠焦状态。
5.根据权利要求1所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：计算图像清晰度时采用拉普拉斯图像。
6.根据权利要求5所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：所述拉普拉斯图像清晰度值通过拉普拉斯算子计算方差，方差越大图片越清晰。
7.根据权利要求1所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：所述基于图像清晰度识别的自动对焦方法还包括步骤S6：对焦结束，输出最终对焦图像。
8.根据权利要求1所述的基于图像清晰度识别的自动对焦方法，其特征在于：步骤S4中，框选样本图像的目标热区之前还需要剔除背景干扰。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311132639.0A CN117170081A (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311132639.0A CN117170081A (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117170081A true CN117170081A (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=88929340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311132639.0A Pending CN117170081A (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117170081A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117893529A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 江苏富翰医疗产业发展有限公司 | 一种眼底智能拍摄方法 |
-
2023
- 2023-09-04 CN CN202311132639.0A patent/CN117170081A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117893529A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 江苏富翰医疗产业发展有限公司 | 一种眼底智能拍摄方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109451244B (zh) | 一种基于液体镜头的自动调焦方法及系统 | |
| CN109521547B (zh) | 一种变步长的自动调焦方法及系统 | |
| CN104181685B (zh) | 基于显微镜的数字切片自动聚焦装置及其方法 | |
| WO2016101092A1 (zh) | 一种数字显微镜及其聚焦方法 | |
| US7978968B2 (en) | Auto focus device | |
| US8373789B2 (en) | Auto focus system and auto focus method | |
| CN109031638B (zh) | 生物显微镜的快速自动聚焦方法 | |
| RU2011140241A (ru) | Система и способ улучшенной автофокусировки с предсказанием | |
| JP4181886B2 (ja) | ズームレンズの制御装置および撮影システム | |
| CN103529543A (zh) | 一种显微镜自动调焦方法 | |
| CN117170081A (zh) | 一种基于图像清晰度识别的自动对焦方法 | |
| CN105785561B (zh) | 一种数字显微镜及其聚焦方法 | |
| CN105530429B (zh) | 一种自动聚焦装置及系统 | |
| JP3290606B2 (ja) | 顕微鏡用オートフォーカス装置 | |
| CN114815211B (zh) | 一种基于图像处理的显微镜自动对焦方法 | |
| CN109318235A (zh) | 一种机器人视觉伺服系统的快速聚焦方法 | |
| JP2020144158A (ja) | 撮像装置及びその制御装置 | |
| JP2000223057A (ja) | 電子プローブマイクロアナライザー | |
| JPH0580255A (ja) | 光学顕微鏡システム装置 | |
| CN113794828A (zh) | 一种自动调焦方法及系统 | |
| CN109510944A (zh) | 一种相机的对焦方法 | |
| JP3403451B2 (ja) | 顕微鏡用自動合焦装置 | |
| CN117041710B (zh) | 一种跟焦器及其控制方法 | |
| KR100691210B1 (ko) | 다중 해상도 기법을 이용한 자동 영상 초점 조정 방법 및이를 수행하기 위한 시스템 | |
| WO2017076060A1 (zh) | 一种自动聚焦装置及系统 |
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 |