[實用新型]一種可自動聚焦的顯微鏡系統

有效

• 申請號: 200820169109.8
• 申請日: 2008-11-27
• 公開（公告）號: CN201340477Y
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 楊鳴;丁海波;邱元芳
• 申請（專利權）人: 寧波永新光學股份有限公司
• 主分類號: G02B21/24
• 分類號: G02B21/24
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司
• 代理人: 徐雪波

技術領域

本實用新型涉及一種可自動聚焦的顯微鏡系統。

背景技術

顯微鏡的自動聚焦技術廣泛應用于生物學和醫學研究中，它可以提高實驗與分析的速度，降低人為操作對顯微成像質量的影響。常見顯微鏡的自動聚焦系統通常以計算機為控制核心，采用步進電機作為運動控制部件，選用CCD或CMOS攝像頭結合軟件算法來進行聚焦分析和運動控制。公開號為CN?1246929(申請號為98802309.1)的中國專利《自動聚焦顯微鏡系統用模擬電路》即為典型的一個實例。該專利用模擬電路測量CCD視頻信號的能量分布來確定聚焦程度，與其他聚焦的方式相比，有效的提高了自動聚焦的實時性并降低了聚焦成本。但其自動聚焦控制模塊同時也有不足：(1)聚焦過程對使用場合有限制，不能自適應的調整輸入信號的大小，使參與聚焦每幀信號都在同一可比范圍內，從而擺脫聚焦過程對使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的影響；(2)頻譜能量所用的平方累積數值巨大，在電路的實際實施中，容易飽和溢出，產生錯誤數據而導致聚焦位置的誤判；所述電路方案雖然以歸一化，結合平均照明信號的方式來彌補照明不穩定對聚焦結果的影響，但效果并不理想，照明信號的影響仍然存在。(3)頻譜能量作為判據，理論上可以完全區分聚集位置，但實際應用中，尤其在高倍觀察到聚焦中，由于噪聲影響會有多峰情況出現，不能獲得理想的聚焦評價曲線。(如圖3所示)此外，能量平方的計算方式和段通濾波的方式，也對聚焦的實時性產生影響。在對聚焦速度要求較高的場合，比如痰涂肺結核菌的檢測中不能替代人工。

另外，專利號為申請號為98802309.1的中國專利中描述的帶通濾波器的功能是依據視頻信號組成的頻率分布進行濾波，將同步信號復合信號等其他的加載信號進行濾除，其依據是一個視頻信號可以傅立葉分解表示成一組直流分量與一系列不同頻率的正弦量的疊加，因此依據不同信號的頻率可以將所需信號剝離。但也有缺點，同一信號被分解成一次兩次直至n次弦波，那是一個近似無窮的過程，因此采用濾波的方式可以無限接近但是不能完全地濾除無關信號。

理想的聚焦評價函數應該具有無偏性、單峰性和足夠的信噪比。申請號為98802309.1以灰度平方累加的能量評價方式進行聚焦評價。該方式通過計算每幀視頻信號的能量值并參考平均照明強度得到相應的聚焦指數。將所有的信號進行平方累加，數據量太過巨大，容易產生溢出，此外，該方式受光照環境的影響極大，且噪聲影響明顯，容易形成誤判斷。聚焦的準確性和穩定性不能保證。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種能自適應的調整輸入信號的大小，擺脫聚焦過程對使用場合限制的可自動聚焦的顯微鏡系統。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為：該可自動聚焦的顯微鏡系統，包括有顯微鏡可升降自動載物平臺、視頻信號采集模塊、自動聚焦控制模塊和自動載物臺控制驅動模塊，其中，視頻信號采集模塊的輸出端將采集的視頻信號輸送給自動聚焦控制模塊的輸入端，自動聚焦控制模塊經過對視頻信號的處理后將驅動控制信號發送給自動載物臺控制驅動模塊的輸入端，自動載物臺控制驅動模塊根據接收的驅動控制信號將升降信號發送給顯微鏡可升降自動載物平臺以驅動顯微鏡可升降自動載物平臺的升降，其特征在于：所述自動聚焦控制模塊包括有：

一自動增益控制模塊，與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用來調整輸入的視頻信號能量，使輸入的視頻信號能量調整到一設定的范圍值；

一核心微處理器，與所述自動增益控制模塊相連，輸出視頻信號能量范圍值的控制信號給自動增益控制模塊，并接收自動增益控制模塊發送過來的經過自動增益后的視頻信號。

作為改進，所述自動聚焦控制模塊包括有：一行幀信號檢測模塊，與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用來獲得行幀同步信號供所述核心微處理器控制使用，該信號輸出給核心處理器以數字點時鐘模式控制聚焦信號的選擇。

再改進，所述自動聚焦控制模塊包括有：

一高通濾波模塊，與所述自動增益控制模塊的輸出端相連，用來濾除視頻信號的低頻部分；

一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，由核心處理器的行幀同步信號觸發，將所需的視頻信號與其他復合同步信號進行剝離；

一有效峰值選擇模塊，對參與聚焦的視頻信號進行選擇，去除噪聲和其他干擾的信號所形成的小波峰，將具代表性的邊緣視頻信號選擇出來；

一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，在所述核心微處理器輸出的幀控制信號的觸發下將有效峰值選擇模塊選擇出來的視頻信號的峰值進行累加，并將累加結果發送給所述核心微處理器。