[發明專利]全自動顯微圖像景深拓展系統及其方法

有效

• 申請號: 201911059420.6
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110824689B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 左超;薛國飛;張巖;陳錢;孫佳嵩;盧林芃;李加基;張佳琳;顧國華
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種全自動顯微圖像景深拓展方法，其特征在于步驟如下：

第一步：顯微圖像的自動聚焦處理，即多次移動步進電機(2)，帶動物鏡(6)移動采集圖像，按照這種方式進行遍歷，對采集到的圖像進行處理，先是對圖像進行高斯濾波，再對濾波后的圖像求Tenengrad函數值，得到該圖像的清晰度聚焦評價函數值，比較每一張圖像的聚焦評價函數值，得到一個最大的聚焦評價函數值，回到該聚焦評價函數值對應的位置；

第二步：自動聚焦步驟完成后，按照聚焦到的位置進行景深拓展，對圖像融合得到目標圖像，通過照明系統(8)、物鏡(6)、筒鏡(5)組成顯微成像系統，顯微成像系統成像后，彩色相機(1)采集像面上的圖像，步進電機(2)移動，帶動物鏡(6)在設置的上下范圍內采集圖像，通過彩色相機(1)采集到這一系列圖像后，然后對所有圖像中對應像素值進行比較，根據聚焦位置處亮度最小的特征，取每個像素位置處的最小像素值作為最佳像素值，依次遍歷所有像素，得到目標圖像每個像素的像素值，該目標圖像就是景深拓展后的結果；

所述彩色相機(1)固定在筒鏡(5)尾端，用于實時采集顯微鏡的成像，物鏡(6)安裝在筒鏡(5)前端下方位置，筒鏡(5)與步進電機(2)通過中間設備固定，通過前后左右移動步進電機(2)改變采集視野，通過上下移動步進電機(2)移動采集顯微鏡聚焦范圍內圖像；

其中，兩次聚焦實現景深拓展的具體步驟如下：

第一步，假設目標圖像總數目用行數row乘以列數col來表示，設置行方向運動步長row_d，列方向運動步長col_d，景深拓展中需要融合的圖像數目為N，以及物鏡(6)移動步長z_d，其次設置一次聚焦的總位移AF1_dis以及運動步長AF1_d，二次聚焦的總位移AF2_dis以及運動步長AF2_d，并且AF1_d大于AF2_d；

第二步，步進電機(2)按照上一步設置的參數首先移動到拍攝視野的第一行第一列的位置，首先進行第一次聚焦，進行步長AF1_d往下運動通過彩色相機(1)采集圖像，并對圖像進行自動聚焦處理，直到運動完AF1_dis總位移，會算出最清晰圖像的位置，并返回該最清晰圖像位置，該過程相當于粗聚焦，然后再往上移動二次聚焦總位移的一半距離AF2_dis/2，往下進行步長AF2_d的運動，進行第二次聚焦，同樣運動完AF2_dis位移后會得到一個最清晰圖像的位置，返回到第二次得到的最清晰圖像的位置，即為該視野位置的聚焦點，第二次聚焦相當于細聚焦；

第三步，根據第二步第一行第一列聚焦到的位置，開始按照融合總張數N與運動步長z_d進行往上運動(N-1)*z_d/2位移，并從該位置開始進行采集圖像，然后往下按運動步長z_d由步進電機(2)移動總共(N-1)*z_d位移，每移動一個步長，彩色相機(1)采集一次圖像，采集完后返回到上一步的二次聚焦位置；

第四步，將第三步在該視野位置采集到的一系列圖像進行圖像融合處理，最終得到該視野位置經過景深拓展后的圖像，即目標圖像；

第五步，在上一步處理完后得到第一張目標圖像后，再沿行方向移動一個步長row_d到第一行第二列位置，也就是下一個視野位置，和上一個視野一樣先進行二次聚焦，聚焦到聚焦面后進行上下范圍內圖像采集，采集完圖片后進行圖像融合，得到第二張目標圖像；后面的移動過程和上面一樣，每移動一個步長進行一次景深內的圖像采集、融合，繼續往行方向移動，一直移動到第col列，再以col_d步長移動到第二行第col列，再按行方向移動到第col-1、第col-2列……第2列、第1列，再以col_d步長移動到下一行第1列，再按行方向移動到第2列、第3列……第col-1列、第col列......一直按上述方法切換視野，直到獲得row*col張目標圖像到達最后視野位置結束整個過程。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于遍歷的步驟如下：

步驟一，第一次遍歷，步進電機(2)運動，帶動物鏡(6)一起移動，估計離焦距離使得物鏡(6)移動到第一次遍歷的起始位置a₁，并確定起始搜索域[a₁，b₁]，b₁是第一次遍歷的結束位置，以大步長遍歷整個搜索區域，得到第一次遍歷的聚焦位置1，步進電機(2)移動使得物鏡(6)移動到第一次遍歷的聚焦位置1處；

步驟二，步進電機(2)驅動物鏡(6)運動到第一次遍歷的聚焦位置1處上一段距離，設置第二次搜索域[a₂，b₂]，a₂、b₂分別是第二次遍歷的起始位置、結束位置，以小步長進行第二次搜索，得到第二次遍歷的聚焦位置2；

步驟三，不斷減小移動步長，重復步驟二，當步長小于閾值聚焦結束，步進電機(2)控制物鏡(6)返回到聚焦位置處。