[發(fā)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

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• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110531484B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)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

本發(fā)明提供了一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法，用于實現可人為設定對焦模型的顯微鏡自動對焦方法。在訓練階段：首先設定的對焦模型即對焦評價分數與顯微鏡頭坐標之間的變化關系滿足高斯函數模型，并結合顯微圖像清晰度評價方法以及人的視覺感知計算出顯微圖像的對焦評價分數，然后，基于深度神經網絡建立對焦評價模型；在應用階段：利用對焦評價模型求解出高斯函數參數，進而得到顯微鏡頭焦點坐標位置的預測值，最后通過區(qū)域局部搜索，得到最終顯微鏡頭的坐標。玻片等透明物體進行衍射成像時，由于光照的變化會形成雙偽焦點現象。本發(fā)明的有益效果是：實現具有雙偽焦點的物體在光學顯微鏡的準確、快速對焦。

技術領域

本發(fā)明涉及顯微鏡成像領域，尤其涉及一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法。

背景技術

在全自動顯微鏡成像系統(tǒng)中，自動對焦是一項非常重要的技術。在學術和工業(yè)領域，許多物體都需要在顯微鏡下觀察或加工，因此需要在顯微鏡下使物體對焦。與望遠鏡、照相機等光學器件相比，顯微鏡的成像范圍很窄，景深很小。因此，即使載玻片最初是通過手動調節(jié)透鏡來對焦的，移動滑動玻璃幾微米也會由于其不均勻的表面而引起散焦。為了提高顯微成像的效率，實現顯微鏡的自動對焦十分重要。

一般來說，自動對焦技術可分為主動自動對焦法和被動自動對焦法。主動式自動對焦方法需要硬件支持，成本高，在顯微鏡中的應用較少。被動式自動對焦技術主要是基于數字圖像處理技術，其中對焦深度法是建立在搜索過程上，對需要采集的顯微圖像進行評價，找到評價值最優(yōu)時鏡頭的坐標。對焦深度法是一種純數值優(yōu)化技術，成本低，精度高，通用性強。

與大多數觀察對象(如生物細胞涂片)不同，它們的焦點曲線是單峰的，焦點是峰值位置。然而，像載玻片這樣的透明物體進行透射成像時具有雙偽焦點現象，其對焦曲線呈現雙峰現象，并且對焦位置是兩個峰之間的最小值?，F存的自動對焦技術都不能的解決載玻片等具有雙偽焦點的透明物體的自動對焦問題。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種對焦過程模型可設定的顯微鏡自動對焦方法，主要包括以下步驟：

S1：以觀測物體的某塊區(qū)域作為基準區(qū)域，通過等間隔調節(jié)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；

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(qū)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。