[發明專利]實時自動對焦聚焦算法

有效

• 申請號: 201880062721.1
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN111149037B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: A.奧爾森;K.薩里格拉馬;Y.鄒;P.納杰馬巴迪
• 申請（專利權）人: 徠卡生物系統成像股份有限公司
• 主分類號: G02B21/02
• 分類號: G02B21/02;G02B21/26;G02B21/36;G02B7/09;G02B7/38;H04N5/232
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 胡琪

提供了一種數字掃描設備，所述數字掃描設備包括成像傳感器和聚焦傳感器以及處理器，所述處理器分析由所述成像傳感器和所述聚焦傳感器捕獲的圖像數據并在掃描操作期間實時調整所述掃描設備的焦點。所述成像傳感器的各個像素相對于所述數字掃描設備的光學路徑全部在同一圖像平面中。所述聚焦傳感器的所述各個像素相對于所述光學路徑各自在不同的圖像平面中，并且所述聚焦傳感器的一個像素與所述圖像傳感器在所述同一圖像平面上。所述處理器分析來自所述成像傳感器和所述聚焦傳感器的圖像數據，并確定距離和方向以調整所述數字掃描設備的物鏡和載物臺的相對位置以在所述掃描操作期間實現最佳聚焦。

相關申請的交叉引用

本申請要求在2017年9月29日提交的第62/566,145號美國臨時專利申請的優先權，所述美國臨時專利申請據此以引用方式并入本文，如同在此充分闡述一樣。

發明背景

技術領域

本公開總體上涉及數字病理學，并且更具體地涉及數字載玻片掃描設備的實時自動聚焦。

背景技術

數字病理學是通過計算機技術而啟用的基于圖像的信息環境，所述計算機技術允許管理從物理載玻片生成的信息。數字病理學是部分地由虛擬顯微鏡實現的，所述虛擬顯微鏡是掃描物理載玻片上的樣品并創建可以在計算機監視器上存儲、查看、管理和分析的數字載玻片圖像的實踐。憑借對整個載玻片進行成像的能力，數字病理學領域飛速發展并且目前被認為是診斷醫學最有前途的途徑之一，以便實現對諸如癌癥的重疾的更好、更快、更便宜的診斷、預后和預測。

數字病理學行業的主要目標是減少掃描載玻片所需的時間。一些常規的數字掃描裝置需要至少20秒預掃描處理以獲取載玻片上整個樣本的焦點，并從所獲取的焦點創建焦平面。因此，需要一種克服如上所述的常規系統中發現的這些重大問題的系統和方法。

發明內容

在實施方案中，掃描設備包括成像傳感器、聚焦傳感器以及處理器，所述處理器被配置為分析由所述成像傳感器和所述聚焦傳感器捕獲的圖像數據。所述聚焦傳感器可以傾斜，使得沿著所述聚焦傳感器的各個像素的光學路徑的位置對于所捕獲的每一行圖像數據是變化的，而沿著所述成像傳感器的各個像素的光學路徑的位置對于所捕獲的每一行圖像數據全部基本上相同。然而，當所述成像傳感器和所述聚焦傳感器都捕獲一行圖像數據時，傾斜的聚焦傳感器的一個像素沿著光學路與所述成像傳感器的所有像素位于同一邏輯圖像平面內。沿著光學路徑在邏輯圖像平面內具有公共位置的這種狀態稱為“齊焦”。

在實施方案中，在掃描期間，所述處理器被配置為分析來自所述成像傳感器和所述聚焦傳感器的圖像數據以確定物鏡距其最佳聚焦位置(即，在所述成像傳感器的成像平面與所述最佳焦平面重合時物鏡的位置)的距離和方向。對于捕獲的圖像數據的每個像素，所述處理器可以確定來自所述聚焦傳感器的圖像數據的對比度值和來自所述成像傳感器的圖像數據的對比度值。然后，所述處理器可以針對每個像素確定所述聚焦傳感器對比度值除以所述成像傳感器對比度值的比率。所述處理器可以繪制所述對比度比率以生成對比度曲線。然后，所述處理器可以識別所述對比度曲線的峰值以確定具有最高對比度值的像素。所述齊焦點也可以繪制在所述對比度曲線上。因為相對于光學路徑在同一邏輯像平面內的成像傳感器上的像素和聚焦傳感器上的像素將具有基本上相同的對比度值，所以齊焦點將存在于所述對比度曲線上。所述對比度曲線上的齊焦點與所述對比度曲線上的峰值對比度點之間的像素距離(在本文中也稱為“ΔX”)指示沿著光學路徑的物理距離。該物理距離表示物鏡的當前位置與物鏡的最佳聚焦位置(即，沿著物鏡的光學路徑的最佳焦平面將與成像傳感器的各個像素重合時的位置)之間的距離。從齊焦點到最高對比度點的方向(在本文中也稱為“X方向”或由ΔX的正值或負值指示)指示物鏡應當沿著光學路徑移動的方向。應當理解，如果齊焦點與對比度曲線上的峰值對比度點相同(即，ΔX＝0)，則物鏡已經處于最佳焦點位置。