CN113625440B - 一种显微镜自动对焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显微镜自动对焦方法，通过基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集；对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小；对每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置；基于非极大值抑制法对多余的角点像素点进行抑制；在当前帧实时图像的角点像素点个数大于预设阈值，且小于前一帧实时图像的所述角点像素点个数，则对焦成功停止物镜的运行。实现了基于图像特征点选取的方式对显微镜的对焦进行控制，使得显微镜的对焦不受被测物的影响，能够更加稳定快速的对焦，提高了分析结果的准确性。

Description

一种显微镜自动对焦方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种显微镜自动对焦方法。

背景技术

显微镜作为生物、医学等领域常用的显微设备，可以辅助测试人员进行各种样本的观察，是不可获取的观察设备。而随着需要检测样本的增多，检测人员的工作量随之增大，单纯凭借手动调整的方式对显微镜进行对焦进行观察的方式，显然已经不能满足工作的需求。而随着科技的不断发展出现了自动对焦的技术，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。所以清晰度的确定会直接影响到对焦位置的准确性。

目前采用的对焦方式为梯度计算取平均的方法，来统计整个图像的清晰度。但该方法受被测物的影响较大，导致同样的切片位置在不同物镜下对焦位置偏差很大，不利于稳定快速的对焦进而降低了分析结果的准确性。

发明内容

为了解决现有技术存在的稳定性差、准确性差的问题，本发明提供了一种显微镜自动对焦方法，其具有对焦准确性、稳定性更高等特点。

根据本发明的具体实施方式的一种显微镜自动对焦方法，包括：

基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集；

对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小；

对所述每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置；

基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制；

若当前帧实时图像的所述角点像素点个数大于预设阈值，且小于前一帧实时图像的所述角点像素点个数，则对焦成功停止物镜的运行。

进一步的，所述基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集包括：

基于30FPS的采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集。

进一步的，所述对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小包括：

将采集到的每帧实时图像缩放至512*512像素大小。

进一步的，所述对所述每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置包括：

获取每帧实时图像中的每个像素点的灰度值；

若任一像素点的灰度值与预设半径距离范围内的其他像素点的灰度值的差值的绝对值均大于预设差值，则该像素点为角点像素点并确定其位置。

进一步的，所述半径距离包括3。

进一步的，所述预设差值包括20。

进一步的，所述基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制包括：

基于所述角点像素点与预设半径距离范围内其他像素点的灰度值差值的绝对值，确定所述角点像素点角点得分值；

对所述角点像素点预设邻域内所述角点得分值最大的角点像素点进行保留。

进一步的，所述基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制还包括：

若所述角点像素点预设邻域内只有一个角点像素点，则对其进行保留。

进一步的，所述预设阈值包括400。本发明的有益效果为：通过基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集；对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小；对每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置；基于非极大值抑制法对多余的角点像素点进行抑制；在当前帧实时图像的角点像素点个数大于预设阈值，且小于前一帧实时图像的所述角点像素点个数，则对焦成功停止物镜的运行。实现了基于图像特征点选取的方式对显微镜的对焦进行控制，使得显微镜的对焦不受被测物的影响，能够更加稳定快速的对焦，提高了分析结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是根据一示例性实施例提供的显微镜自动对焦方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参照图1所示，本发明的实施例提供了一种显微镜自动对焦方法，具体包括：

101、基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集；

可通过设置于显微镜上和物镜一起运动的显微摄像机来获取物镜在运动过程中，放置于显微镜载物台上的切片的实时的图像，其中切片可采用为透光介质如玻璃，透明塑料，中间为被放置的观测物体，下方为承重的透光介质如玻璃、透明塑料等。

102、对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小；

将采集到的每帧的图像缩放至固定的大小，这样通过统一规格的形式更加便于图像的后期处理，方便前后两帧图像的对比。

103、对每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置；

初步筛选的目的是寻找图像中与周围像素相差较大的角点像素及其位置。

104、基于非极大值抑制法对多余的角点像素点进行抑制；

若是存在多个特征点，则删除响应值较小的特征点，只保留响应值最大的特征点。

105、若当前帧实时图像的所述角点像素点个数大于预设阈值，且小于前一帧实时图像的角点像素点个数，则对焦成功停止物镜的运行。

如A_n为当前图像目标特征点个数，A_n-1为前一帧图像目标特征点的个数，当A_n＞预设阈值，且A_n-A_n-1＜0，物镜停止运行，自动聚焦成功。

相较于现有的自动对焦方式实现了基于图像特征点选取的方式对显微镜的对焦进行控制，使得显微镜的对焦不受被测物的影响，能够更加稳定快速的对焦，提高了分析结果的准确性。

在本发明的一些具体实施例中，基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集包括：

基于30FPS的采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集。

对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小包括：

将采集到的每帧实时图像缩放至512*512像素大小。

对每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置包括：

获取每帧实时图像中的每个像素点的灰度值；

若任一像素点的灰度值与预设半径距离范围内的其他像素点的灰度值的差值的绝对值均大于预设差值，则该像素点为角点像素点并确定其位置。

基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制包括：

基于角点像素点与预设半径距离范围内其他像素点的灰度值差值的绝对值，确定角点像素点角点得分值；

对角点像素点预设邻域内角点得分值最大的角点像素点进行保留。

基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制还包括：

若角点像素点预设邻域内只有一个角点像素点，则对其进行保留。

作为上述实施例可行的实现方式，物镜在Z轴方向(竖直方向)以一定的速度下移，可设定下移速度为0.01mm/s，在镜头下降的同时采集图像，可以图像采集帧率为30FPS，将采集到的实时图像缩放至规定大小，如512*512像素大小。

首选进行初步筛选，初步筛选的目的是寻找图像中与周围像素相差较大的角点像素及其位置：

可从图片中选取一个像素点P并确定其灰度值，然后确定合适的差值阈值，可选定为20，当P点与其他点的灰度值之差的绝对值大于20时，则认为这2个点差值大。这样通过考虑该像素点周围的4个像素，即半径距离是3，如果这4个点中有3个点都和点P差值大于20，那么P点就是一个角点像素点。

然后需要对图像中的角点像素点进行抑制，不能出现过多的角点像素点：

采取非极大值抑制法对多余的特征点进行抑制。即对于一个3*3的窗口来讲，若是存在多个特征点，则删除响应值较小的特征点，只保留响应值最大的特征点。

可采用根据角点的响应值的大小，作非极大值抑制处理，对特征点进行了筛选，具体的筛选方式为：

S＝差值1+差值2+差值3+差值4，即计算角点像素点的角点得分值(或者说响应值)，即4个点与中心差值的绝对值总和。然后通过判断以角点像素点p为中心的一个邻域(可设定设为3x3)内，若有多个角点像素点，则判断每个角点的响应值,如果p是其中最大的，则保留，否则，删除。如果只有一个特征点，就保留。

最后通过将角点的设定为400，当阈值超过400，停止物镜的下移，聚焦结束：

A_n为当前图像目标特征点个数，A_n-1为前一帧图像目标特征点的个数，当A_n＞400，且A_n-A_n-1＜0，物镜停止运行，自动聚焦成功。

本发明上述实施例所提供的显微镜自动对焦方法，实现了基于图像特征点选取的方式对显微镜的对焦进行控制，使得显微镜的对焦不受被测物的影响，能够更加稳定快速的对焦，提高了分析结果的准确性。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种显微镜自动对焦方法，其特征在于，包括：

基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集；对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小；

对所述每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置；基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制；

若当前帧实时图像的所述角点像素点个数大于预设阈值，且小于前一帧实时图像的所述角点像素点个数，则对焦成功停止物镜的运行；

所述对所述每帧实时图像进行初步筛选，以确定图像中的角点像素点及其位置包括：

获取每帧实时图像中的每个像素点的灰度值；

若任一像素点的灰度值与预设半径距离范围内的其他像素点的灰度值的差值的绝对值均大于预设差值，则该像素点为角点像素点并确定其位置。

2.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述基于预设采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集包括：

基于30FPS的采集帧率对物镜自动下降过程中的载物台上切片的图像进行采集。

3.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述对采集到的每帧实时图像缩放至预设像素大小包括：

将采集到的每帧实时图像缩放至512*512像素大小。

4.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述半径距离包括3。

5.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述预设差值包括20。

6.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制包括：

基于所述角点像素点与预设半径距离范围内其他像素点的灰度值差值的绝对值，确定所述角点像素点角点得分值；

对所述角点像素点预设邻域内所述角点得分值最大的角点像素点进行保留。

7.根据权利要求6所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述基于非极大值抑制法对多余的所述角点像素点进行抑制还包括：

若所述角点像素点预设邻域内只有一个角点像素点，则对其进行保留。

8.根据权利要求1至7任一项所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述预设阈值包括400。

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