CN118295119A - 一种显微镜自动对焦方法、***、设备以及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显微镜自动对焦方法、***、设备以及存储介质，本发明在训练阶段，结合图形清晰度评价函数事先获得压电调焦平台的位置‑切片图像清晰度值曲线，在应用阶段，获取压电调焦平台行程内两个黄金分割点对应的两个切片图像清晰度值，通过判断再建立新行程再获取第三个黄金分割点的切片图像清晰度值，通过三个坐标拟合出关于压电调焦平台位置与切片图像清晰度值的二次函数，二次函数极值的横坐标为图像最清晰度值对应的焦平面，压电调焦平台快速精准移动至焦平面，通过三步即可实现快速对焦，有益效果是：有效提升了焦平面的搜索效率；三个黄金分割点可以减少搜索空间，提高搜索效率和精准度。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜对焦技术领域，尤其是指一种显微镜自动对焦方法、***、设备以及存储介质。
背景技术
诊断和筛查重疾病程序中至关重要的一部分是显微镜检查。在传统疾病诊断过程中，诊断医师通过反复移动显微镜的载体台，观察病理样本的每个局部区域，观察病变的细胞特性并准确评估原因。由于病理样本表面不是平坦的，在通过高倍显微镜观察时导致它经常会失焦，需要医师手动反复校正焦点，病理科每天处理的患者病理样本数量之多，这提升了医生的工作难度，有文献研究和面对面的接触资料表明，病理诊断医生因此经历精神疾病、颈椎病和头分的比例比一般人群要高得多。而高度互动的自动显微镜***可以依靠算法在医生移动病理样本位置时完成自动对焦，并通过CCD摄像头实时为医生提供清晰的图像，减轻医生的大量重复性工作，虽然自动显微镜***取得较好的聚焦效果，但是目前的自动对焦算法在寻找焦平面时搜索次数、折返次数多，依然面临着速度慢的问题，无法满足对交互性要求较高的使用场景。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中自动对焦算法在寻找焦平面搜索次数多、折返次数多导致对焦速度慢的问题，进而提供一种显微镜自动对焦方法，减少了算法搜索次数，有效提高了焦平面的搜索效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种显微镜自动对焦方法，包括如下步骤：
步骤一：获取压电调焦平台沿第一方向从起点a移动至终点b总行程范围0～L中多个位置处切片的图像清晰度值,建立数据集(Ln，fn)；其中，Ln为压电调焦平台的位置，fn为压电调焦平台上承载的所述切片的图像清晰度值；
拟合所述数据集(Ln，fn)获得压电调焦平台的位置-切片图像清晰度值曲线；
步骤二：所述压电调焦平台移动至第一位置L1，并记录所述第一位置L1处所述切片的图像清晰度值f1；其中，所述第一位置L1为所述压电调焦平台沿第一方向移动总行程L的黄金分割点位置；
所述压电调焦平台移动至第二位置L2，并记录所述第二位置处所述切片的图像清晰度值f2；其中，所述第二位置为所述压电调焦平台沿第一方向的反方向移动总行程L黄金分割点位置；
比较f1和f2：
步骤三：若f1>f2，所述压电调焦平台移动至第三位置L3，并记录所述第三位置处所述切片的图像清晰度值f3；其中，所述第三位置L3为所述压电调焦平台沿所述第一方向从L2点到终点b的新行程的黄金分割点位置；
将(L1，f1)、(L2，f2)、(L3，f3)拟合为关于图像清晰度值和压电调焦平台位置的二次函数，获取所述二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X，压电调焦平台移动至X点，完成调焦；
若f1<f2，所述压电调焦平台移动至第四位置L4，并记录所述第四位置处所述切片的图像清晰度值f4；其中，所述第四位置为所述压电调焦平台沿所述第一方向从L1到起点a的新行程的黄金分割点位置；
将(L1，f1)、(L2，f2)、(L4，f4)拟合为关于图像清晰度值和压电调焦平台位置的二次函数，获取所述二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X，压电调焦平台移动至X点，完成调焦。
在本发明的一个实施例中，所述步骤一还包括如下步骤：
S1:确定压电调焦平台的初始位置和第一方向；
S2:预设压电调焦平台的步长；
S3:设定压电调焦平台电压值与压电调焦平台行程的关系。
在本发明的一个实施例中，所述步骤一具体还包括：
S4:将切片固定在压电调焦平台上，CCD相机对准切片；
S5:CCD相机获取不同位置的切片图像，将切片图像均转化为灰度图像，采用中值滤波对灰度图像进行降采样；
S6：对经过S5获得灰度图像进行降噪处理；
S7：通过tenengrad清晰度评价函数计算经过S6处理的切片灰度图像清晰度值。
在本发明的一个实施例中，所述步骤三还包括如下步骤：
a:计算机将二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X发送至压电控制器；
b:压电控制器对横坐标X进行判断，确定压电致动器输出位移量X所需的电压值；
c：压电致动器根据所述电压值驱动压电调焦平台移动X。
在本发明的一个实施例中，还包括消振步骤，其具体包括如下方面：
通过ZVD整形器控制压电致动器的振动。
在本发明的一个实施例中，所述S5还包括如下方面：
将所述灰度图像的中心周围作为ROI，使用灰度重心法计算ROI区域。
在本发明的一个实施例中，还包括如下方面：
所述第一位置L1＝L*0.618,所述第二位置L2＝L*0.382，所述第三位置L3＝L*0.764,所述第四位置L4＝L*0.237。
本发明还提供了一种自动对焦***，采取了一种显微镜自动对焦方法。
本发明还提供了一种显微镜设备，包括：
存储器，其用于存储计算机程序；
处理器，其所述执行所述计算机程序时实现一种显微镜自动对焦方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种显微镜自动对焦方法。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的显微镜自动对焦方法，在训练阶段，结合图形清晰度评价函数事先获得压电调焦平台的位置-切片图像清晰度值曲线，在应用阶段，获取压电调焦平台行程内两个黄金分割点对应的两个切片图像清晰度值，通过判断再建立新行程再获取第三个黄金分割点的切片图像清晰度值，通过三个坐标拟合出关于压电调焦平台位置与切片图像清晰度值的二次函数，快速获取片图像最清晰度值对应的焦平面，以便压电调焦平台快速精准移动至焦平面，通过三步即可实现快速对焦，有效提升了对焦效率；三个黄金分割点可以减少搜索空间，提高搜索效率和精准度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明优选实施例中一种显微镜自动对焦方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，在本发明的一个实施例中，一种显微镜自动对焦方法，包括如下步骤：
步骤一：获取压电调焦平台沿第一方向从起点a移动至终点b总行程范围0～L中多个位置处切片的图像清晰度值,建立数据集(Ln，fn)；其中，Ln为压电调焦平台的位置，fn为压电调焦平台上承载的所述切片的图像清晰度值；
拟合所述数据集(Ln，fn)获得压电调焦平台的位置-切片图像清晰度值曲线；
步骤二：所述压电调焦平台移动至第一位置L1，并测量所述第一位置L1处所述切片的图像清晰度值f1；其中，所述第一位置L1为所述压电调焦平台沿第一方向移动总行程L的黄金分割点位置，第一方向为压电调焦平台与物镜的连线；
所述压电调焦平台移动至第二位置L2，并测量所述第二位置处所述切片的图像清晰度值f2；其中，所述第二位置为所述压电调焦平台沿第一方向的反方向移动总行程L黄金分割点位置；
比较f1和f2：
步骤三：若f1>f2，所述压电调焦平台移动至第三位置L3，并测量所述第三位置处所述切片的图像清晰度值f3；其中，所述第三位置L3为所述压电调焦平台沿所述第一方向从L2点到终点b的新行程的黄金分割点位置；
将(L1，f1)、(L2，f2)、(L3，f3)拟合为关于图像清晰度值和压电调焦平台位置的二次函数，获取所述二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X，横坐标X即为物镜能够观察到样本最清晰图像时压电调焦平台的焦平面，接着压电调焦平台承载样本移动至X点，完成调焦；
若f1<f2，所述压电调焦平台移动至第四位置L4，并测量所述第四位置处所述切片的图像清晰度值f4；其中，所述第四位置为所述压电调焦平台沿所述第一方向从L1到起点a的新行程的黄金分割点位置；
将(L1，f1)、(L2，f2)、(L4，f4)拟合为关于图像清晰度值和压电调焦平台位置的二次函数，获取所述二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X，压电调焦平台移动至X点，完成调焦。
在本发明的一个实施例中，所述步骤一还包括如下步骤：
S1:确定压电调焦平台的初始位置和第一方向；
S2:预设压电调焦平台的步长；
S3:设定压电调焦平台电压值与压电调焦平台行程的关系。
在本发明的一个实施例中，所述步骤一具体还包括：
S4:将切片固定在压电调焦平台上，CCD相机对准切片；
S5:CCD相机获取不同位置的切片图像，将切片图像均转化为灰度图像，采用中值滤波对灰度图像进行降采样；
S6：对经过S5获得灰度图像进行降噪处理；
S7：通过tenengrad清晰度评价函数计算经过S6处理的切片灰度图像清晰度值，获取样本的图像清晰度值。
在本发明的一个实施例中，所述步骤三还包括如下步骤：
a:计算机将二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X发送至压电控制器；
b:压电控制器对横坐标X进行判断，确定压电致动器输出位移量X所需的电压值；
c：压电致动器根据所述电压值驱动压电调焦平台移动X。
在本发明的一个实施例中，由于压电调焦平台通过压电致动器驱动，为了消除压电调焦平台振动的影响，还包括消振步骤，其具体包括如下方面：
通过ZVD整形器控制压电致动器的振动。
在本发明的一个实施例中，所述S5还包括如下方面：
所述灰度图像的中心通常是信息密度最大的区域，将所述灰度图像的中心周围作为ROI，使用灰度重心法计算ROI区域。
在本发明的一个实施例中，还包括如下方面：
将压电调焦平台的总行程L设置为1，所述第一位置L1＝L*0.618,所述第二位置L2＝L*0.382，所述第三位置L3＝L*0.764,所述第四位置L4＝L*0.237。
本发明还提供了一种自动对焦***，采取了一种显微镜自动对焦方法。
本发明还提供了一种显微镜设备，包括：
存储器，其用于存储计算机程序；
处理器，其所述执行所述计算机程序时实现一种显微镜自动对焦方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种显微镜自动对焦方法。
本发明显微镜自动对焦方法的工作原理：
在训练阶段，结合图形清晰度评价函数事先获得压电调焦平台的位置-切片图像清晰度值曲线，在应用阶段，获取压电调焦平台行程内两个黄金分割点对应的两个切片图像清晰度值，通过判断两个切片图像清晰度值的大小，再建立新行程再获取第三个黄金分割点的切片图像清晰度值，通过三个坐标拟合出关于压电调焦平台位置与切片图像清晰度值的二次函数，快速获取片图像最清晰度值对应的压电调焦平台位置，即焦平面的位置，以便压电调焦平台承载样本快速精准移动至焦平面，实现快速对焦，大大缩短了焦平面搜索步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种显微镜自动对焦方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：获取压电调焦平台沿第一方向从起点a移动至终点b总行程范围0～L中多个位置处切片的图像清晰度值,建立数据集(Ln，fn)；其中，Ln为压电调焦平台的位置，fn为压电调焦平台上承载的所述切片的图像清晰度值；
拟合所述数据集(Ln，fn)获得压电调焦平台的位置-切片图像清晰度值曲线；
步骤二：所述压电调焦平台移动至第一位置L1，并记录所述第一位置L1处所述切片的图像清晰度值f1；其中，所述第一位置L1为所述压电调焦平台沿第一方向移动总行程L的黄金分割点位置；
所述压电调焦平台移动至第二位置L2，并记录所述第二位置处所述切片的图像清晰度值f2；其中，所述第二位置为所述压电调焦平台沿第一方向的反方向移动总行程L黄金分割点位置；
比较f1和f2：
步骤三：若f1>f2，所述压电调焦平台移动至第三位置L3，并记录所述第三位置处所述切片的图像清晰度值f3；其中，所述第三位置L3为所述压电调焦平台沿所述第一方向从L2点到终点b的新行程的黄金分割点位置；
将(L1，f1)、(L2，f2)、(L3，f3)拟合为关于图像清晰度值和压电调焦平台位置的二次函数，获取所述二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X，压电调焦平台移动至X点，完成调焦；
若f1<f2，所述压电调焦平台移动至第四位置L4，并记录所述第四位置处所述切片的图像清晰度值f4；其中，所述第四位置为所述压电调焦平台沿所述第一方向从L1到起点a的新行程的黄金分割点位置；
将(L1，f1)、(L2，f2)、(L4，f4)拟合为关于图像清晰度值和压电调焦平台位置的二次函数，获取所述二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X，压电调焦平台移动至X点，完成调焦。
2.根据权利要求1所述的一种显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述步骤一还包括如下步骤：
S1:确定压电调焦平台的初始位置和第一方向；
S2:预设压电调焦平台的步长；
S3:设定压电调焦平台电压值与压电调焦平台行程的关系。
3.根据权利要求1所述的一种显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述步骤一具体还包括：
S4:将切片固定在压电调焦平台上，CCD相机对准切片；
S5:CCD相机获取不同位置的切片图像，将切片图像均转化为灰度图像，采用中值滤波对灰度图像进行降采样；
S6：对经过S5获得灰度图像进行降噪处理；
S7：通过tenengrad清晰度评价函数计算经过S6处理的切片灰度图像清晰度值。
4.根据权利要求1所述的一种显微镜自动对焦方法，其特征在于，所述步骤三还包括如下步骤：
a:计算机将二次函数的最大图像清晰度值对应的横坐标X发送至压电控制器；
b:压电控制器对横坐标X进行判断，确定压电致动器输出位移量X所需的电压值；
c：压电致动器根据所述电压值驱动压电调焦平台移动X。
5.根据权利要求1所述的一种显微镜自动对焦方法，其特征在于，还包括消振步骤，其具体包括如下方面：
通过ZVD整形器控制压电致动器的振动。
6.根据权利要求3所述的一种显微镜自动对焦方法，其特征在于,所述S5还包括如下方面：
将所述灰度图像的中心周围作为ROI，使用灰度重心法计算ROI区域。
7.根据权利要求1所述的一种显微镜自动对焦方法，其特征在于,还包括如下方面：
所述第一位置L1＝L*0.618,所述第二位置L2＝L*0.382，所述第三位置L3＝L*0.764,所述第四位置L4＝L*0.237。
8.一种自动对焦***，其特征在于，采取如权利要求1至权利要求7任意一项所述的一种显微镜自动对焦方法。
9.一种显微镜设备，其特征在于，包括：
存储器，其用于存储计算机程序；
处理器，其所述执行所述计算机程序时实现如权利要求1至权利要求7任意一项所述的一种显微镜自动对焦方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至权利要求7任意一项所述的一种显微镜自动对焦方法。
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