[發明專利]一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法

有效

• 申請號: 201910670285.2
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110531484B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 熊永華;楊云洪;吳梁廣
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G02B7/36
• 分類號: G02B7/36;G02B21/36;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 鄒桂敏

1.一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：以觀測物體的某塊區域作為基準區域，通過等間隔調節顯微鏡頭的位置采集一組顯微圖像，并記錄每個位置對應的鏡頭坐標；利用Tenengrad清晰度評價函數，并結合人眼感知以及設定的對焦過程模型，得到所述顯微圖像對焦評價分數；一張顯微圖像和該圖像對應的對焦評價分數組成一個訓練子樣本，所有的訓練子樣本構成訓練樣本；所述設定的對焦過程模型即對焦評價分數與鏡頭坐標的變化關系滿足高斯函數模型G(x；a,μ,δ)，其中，x為鏡頭坐標，a為增益，μ為實際焦點坐標，δ為方差；設定每組樣本的對焦評價分數S與顯微鏡頭坐標x之間的關系滿足高斯函數模型以人眼評判的每組訓練樣本最佳顯微圖像對應的鏡頭坐標為焦點坐標即為設定高斯函數模型中μ的值；任意選擇一組樣作為基準樣本，設定其對焦過程滿足其中μ₀為基準樣本的焦點坐標，a₀為基準樣本的增益，δ₀為基準樣本的方差，σ₀為基準樣本的均值，且σ₀,a₀＞0；Tenengrad清晰度評價函數評價顯微鏡頭坐標x處采集的顯微圖像P_x的清晰值為T(P_x)，基準樣本的最大清晰度評價值為T_max0，則其他組訓練樣本的對焦評價分數為其中，為第j種樣本第i張圖像的評價分數，為第j種樣本第i張圖像的顯微鏡頭坐標，μ_j為第j組訓練樣本焦點所對應的顯微鏡頭坐標，T_maxj為第j種樣本最大清晰度評價值，T_max0為所述基準樣本的最大清晰度評價值；

S2：根據所述訓練樣本，對以MobileNetV2為骨架網絡的深度神經網絡進行訓練，得到對焦評價模型F_s(x)，該焦評價模型F_s(x)用來計算對焦評價分數；

S3：采集解析樣本，并利用所述對焦評價模型F_s(x)，求解對焦過程高斯函數模型的參數其中參數表示預測焦點坐標；所述解析樣本由以包括起始對焦點和終止對焦點在內的任意t個對焦點及其對應的圖像評價分數構成，t為正整數，且t2；

S4：通過在所述預測焦點坐標的周圍預設區域內進行局部搜索得到最終的焦點坐標，該最終的焦點坐標對應的點即為得到的光學顯微鏡觀測物體自動對焦點。

2.如權利要求1所述的一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法，其特征在于：在步驟S1中，所述訓練樣本由多組顯微圖像及對應對焦評價分數組成；以顯微鏡頭的最小移動步長為等間隔，在物體成像焦點位置的上下方各采集m張圖像，m為大于1的正整數；這m張圖像構成一組樣本，移動或更換不同物體，按照上述方法采集多組樣本；該多組樣本即為所述訓練樣本中的多組顯微圖像；設定每組樣本的對焦評價分數S與顯微鏡頭坐標x之間的關系滿足高斯函數模型以人眼感知的每組樣本最佳顯微圖像對應的鏡頭坐標為焦點坐標，該焦點坐標即為所述高斯函數模型中參數μ的值；任意選擇一組樣本作為基準樣本，該基準樣本對焦過程滿足其中μ₀為基準樣本的焦點坐標，a₀為基準樣本的增益，δ₀為基準樣本的方差，σ₀為基準樣本的均值，且σ₀,a₀＞0；Tenengrad清晰度評價函數在顯微鏡頭坐標x處采集的顯微圖像P_x對應的清晰評價值為T(P_x)；則其他組樣本的對焦評價分數為其中，為第j種樣本第i張圖像的評價分數，為第j種樣本第i張圖像的顯微鏡頭坐標，μ_j為第j組訓練樣本焦點所對應的顯微鏡頭坐標，T_maxj為第j種樣本最大清晰度評價值，T_max0為所述基準樣本的最大清晰度評價值。

3.如權利要求1所述的一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法，其特征在于：在步驟S2中，所述以MobileNetV2為骨架網絡的深度神經網絡的輸出層神經元個數設置為1；采用訓練樣本利用指數衰減梯度下降優化器和Glorot統一初始化技術對對焦評價模型進行訓練。