[發(fā)明專利]基于圖像融合的顯微鏡聚焦方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811028727.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109001902B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何勇軍;盧祎;張雪媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B21/24
• 分類(lèi)號(hào): G02B21/24;G06T5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種顯微鏡聚焦方法，本發(fā)明涉及顯微鏡聚焦方法。本發(fā)明的目的是為了解決因載物平臺(tái)不平整引發(fā)的聚焦之后一張圖片上一部分區(qū)域清晰，一部分區(qū)域不清晰的問(wèn)題。為解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提出新的顯微鏡聚焦方法：使用平臺(tái)前，通過(guò)測(cè)量并學(xué)習(xí)載物平臺(tái)的平整度作為平臺(tái)參數(shù)；使用平臺(tái)時(shí)，根據(jù)不同的平整度參考之前學(xué)習(xí)的平臺(tái)參數(shù)，使用不同的策略進(jìn)行圖像采集并融合。采用多圖像融合的方式，將同一視野下處于多個(gè)焦平面的清晰圖像融合到一張圖片上。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)融合不同深度的清晰圖像明顯提高了圖像質(zhì)量。本發(fā)明應(yīng)用于顯微鏡聚焦領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顯微鏡聚焦方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)宮頸癌高發(fā)，已經(jīng)成為威脅婦女生命的社會(huì)問(wèn)題。在宮頸癌診斷方面，傳統(tǒng)方法是采集人體宮頸脫落細(xì)胞制片，然后染色并置于顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)病變細(xì)胞后做出診斷；隨著技術(shù)發(fā)展，顯微鏡自動(dòng)閱片技術(shù)發(fā)展起來(lái)，采集標(biāo)本后放置顯微鏡下自動(dòng)掃描識(shí)別并分析異常細(xì)胞，這種技術(shù)增加了病理醫(yī)生的診斷效率，同時(shí)提高了醫(yī)生診斷的準(zhǔn)確度。

使用顯微鏡自動(dòng)閱片技術(shù)的前提是可以獲得清晰的細(xì)胞圖像，用于細(xì)胞的識(shí)別與分析；由于載玻片上的細(xì)胞可能不是散落在同一個(gè)焦平面下的，并且顯微鏡對(duì)細(xì)胞進(jìn)行高倍放大，載物臺(tái)移動(dòng)時(shí)任何細(xì)微的偏差都會(huì)導(dǎo)致鏡頭下的圖像模糊，所以自動(dòng)聚焦在自動(dòng)閱片系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用。

目前聚焦效率較好的是使用變步爬山搜索策略加清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)的方法，但是這種聚焦方法僅能應(yīng)用于載物平臺(tái)絕對(duì)平整的理想條件下使用，載物平臺(tái)稍有不理想都會(huì)導(dǎo)致聚焦后的圖像上一部分清晰，一部分不清晰的問(wèn)題，圖1是理想載物平臺(tái)模型，圖2是實(shí)際載物平臺(tái)模型；問(wèn)題的原因是物鏡與載玻片沒(méi)有構(gòu)成成像最清楚的垂直角度，有一部分細(xì)胞不在焦平面上，不在焦平面上的細(xì)胞顯示模糊，圖3是非平整平臺(tái)三維結(jié)構(gòu)圖，其中橢圓p是物鏡在載玻片上的映射，虛線橢圓q是真實(shí)焦平面，高度差h為焦平面的偏移量；針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，發(fā)明基于圖像融合的聚焦方法，在使用平臺(tái)前先學(xué)習(xí)平臺(tái)各個(gè)位置的平整度作為平臺(tái)參數(shù)，使用平臺(tái)時(shí)根據(jù)不同的位置對(duì)應(yīng)的平整度調(diào)整聚焦策略；這種方法不僅能獲得效果更好的圖像，而且其普遍適用性較高；因此本發(fā)明中的方法的提出具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決載物平臺(tái)平整度不理想造成聚焦后的圖片一部分不清晰的問(wèn)題。

上述發(fā)明目的主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

步驟一、建立平臺(tái)三維空間模型。

使用平臺(tái)前，首先使用變步爬山法配合灰度非零值統(tǒng)計(jì)法(GZV)和低灰度值統(tǒng)計(jì)法(LGV)兩個(gè)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，以蓋玻片的中心為原點(diǎn)，環(huán)繞原點(diǎn)取三個(gè)較均勻的位置聚焦并記錄坐標(biāo)點(diǎn)，求三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的z軸坐標(biāo)的均值代替三個(gè)點(diǎn)的原z坐標(biāo)，新的三個(gè)點(diǎn)可以確定一個(gè)平面作為零平面，并且此平面垂直于物鏡；再以載玻片中心為原點(diǎn)，蛇形掃描的方式掃描整個(gè)載玻片的有效區(qū)域，掃描路徑如圖4，并記錄在每一個(gè)視野位置的三維坐標(biāo)；掃描完成后將所有的點(diǎn)在零平面上還原出來(lái)，得到載物平臺(tái)在三維空間中的位置模型。

變步爬山法的步長(zhǎng)有三種：

第一種情況是距離焦點(diǎn)很遠(yuǎn)但是隱約看見(jiàn)圖像區(qū)域，采用較大步長(zhǎng)S₁尋找焦點(diǎn)。

第二種情況是距離焦點(diǎn)較遠(yuǎn)并能看見(jiàn)模糊圖像，采用較小步長(zhǎng)S₂尋找焦點(diǎn)。

第三種情況是在焦點(diǎn)附近，視野圖像較模糊，采用小步長(zhǎng)S₃尋找焦點(diǎn)；其清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)形式如公式(1)：

)

其中，GZV(x)為灰度非零值統(tǒng)計(jì)法函數(shù)，LGV(x)為低灰度值統(tǒng)計(jì)法，M是門(mén)限步長(zhǎng)；灰度非零值統(tǒng)計(jì)法是統(tǒng)計(jì)灰度直方圖中出現(xiàn)的像素個(gè)數(shù)不為零的個(gè)數(shù)作為聚焦的標(biāo)準(zhǔn)，具體如式(2)：

其中G(i)表示灰度值為i的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。