[發明專利]一種基于FPGA的相機聚焦控制的方法和裝置

有效

• 申請號: 202011324968.1
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112135062B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 韓方劍;余莉;黃少冰;蘇文劍
• 申請（專利權）人: 寧波蘭茜生物科技有限公司
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種基于FPGA的相機聚焦控制的方法和裝置，包括參數配置模塊、聚焦控制模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊以及比較判斷模塊，其中圖像處理模塊將緩存的當前位置圖像的每一行的多個采樣區域依次輸出給并行流水線，并行流水線的數量與當前位置圖像中采樣區域的行數對應，每一條并行流水線用于將依次輸入同一行的多個采樣區域采用流水線的方式進行頻域變換后進行累加，并將多條并行流水線的最終累加結果求和得到當前位置圖像的清晰度函數值。本發明通過FPGA的并行流水線硬件加速和對圖像采集裝置的控制相結合來優化顯微鏡的自動聚焦，具有聚焦速度快、處理效率高的優點。

技術領域

本發明涉及顯微鏡的自動聚焦技術，具體涉及一種基于FPGA的相機聚焦控制的方法和裝置，用于通過FPGA控制相機移動，實現相機對玻片的自動聚焦。

背景技術

針對顯微鏡的玻片的自動聚焦，目前的研究主要是從軟件方面研究自動聚焦的算法的實現，其主要關注的焦點為清晰度函數的實現。但是，隨圖像分辨率越來越高，圖像處理對處理器性能的要求也越來越高，而且在醫療等特殊應用領域，圖像處理對實時性有更高的要求，即使目前已有各類專用處理器被開始應用于實現算法任務的硬件加速，能夠有效提高圖像處理的效率，但在系統維護升級等方面也存在不足。目前，如何實現軟件和硬件加速相結合來優化顯微鏡的自動聚焦技術，則仍然是一項亟待解決的關鍵技術問題。當前主要使用DSP、GPU或CPU以幀為單位對圖像進行處理，而FPGA可直接和圖像傳感器芯片連接獲得圖像數據流，以行為單位對圖像進行實時流水線運算；FPGA還能夠實現圖像的并行處理，處理延時固定，能夠達到最高的實時性；而且FPGA具有可編程特性，可根據需要進行重構配置，有較強的通用性。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種基于FPGA的相機聚焦控制的方法和裝置，本發明通過FPGA的并行流水線硬件加速和對圖像采集裝置的控制相結合來優化顯微鏡的自動聚焦，具有聚焦速度快、處理效率高的優點。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于FPGA的相機聚焦控制的方法，包括：

1）初始化設定各輪的移動步長、初始的當前移動步長及移動范圍；

2）控制圖像采集裝置的電機按照移動步長將相機移動到當前位置；

3）控制圖像采集裝置的相機拍攝當前位置圖像并緩存；

4）將緩存的當前位置圖像的每一行的多個采樣區域依次輸出給并行流水線，所述并行流水線的數量與當前位置圖像中采樣區域的行數對應，每一條并行流水線用于將依次輸入同一行的多個采樣區域采用流水線的方式進行頻域變換后將頻域變換系數進行累加，并將多條并行流水線的頻域變換系數最終累加結果求和得到當前位置圖像的清晰度函數值；

5）判斷當前位置是否超出移動范圍，若尚未超出移動范圍，則跳轉執行步驟2）；否則，對比本輪移動步長下得到的各個位置圖像的清晰度函數值，找出清晰度最佳的位置；判斷是否仍有更小的移動步長，若還有更小的移動步長，則選擇更小的移動步長作為新的當前移動步長，確定新的當前移動步長的移動范圍，跳轉執行步驟2）；判斷已經沒有更小的移動步長，則將本輪移動步長下找出清晰度最佳的位置作為聚焦結果輸出。

一種基于FPGA的相機聚焦控制的裝置，包括：

參數配置模塊，用于初始化設定各輪的移動步長、初始的當前移動步長及移動范圍；

聚焦控制模塊，包括用于與圖像采集裝置的電機相連的電機控制接口，用于通過電機控制接口控制圖像采集裝置的電機按照移動步長將相機移動到當前位置；

圖像采集模塊，包括用于與圖像采集裝置的相機相連的圖像采集接口，用于通過圖像采集接口采集相機拍攝的當前位置圖像并緩存；