[發明專利]一種多層自動對焦的方法及系統

有效

• 申請號: 202110567298.4
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113267884B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 吳凡
• 申請（專利權）人: 凌云光技術股份有限公司
• 主分類號: G02B21/24
• 分類號: G02B21/24;G02B21/00;G02B21/08
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請示出了一種多層自動對焦的方法及系統，本申請通過在多層自動對焦系統中增加半圓形光闌，使聚焦在探測器平面的光斑根據對焦位置的不同分布在探測器上下兩側，由此可以快速判斷出物鏡聚焦位置，本申請示出的一種多層自動對焦方法應用于多層自動對焦系統，本申請示出的多層自動對焦方法中，提出了一種與光斑強度和尺寸直徑相關的評價函數，能夠根據光斑精確判斷移動方向、確定移動步長、判斷對焦準確度。本申請示出的技術方案，能夠對有多層平面深度的目標物體進行實時、快速、準確的對焦。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種多層自動對焦的方法及系統。

背景技術

基于圖像處理技術和數字成像系統的發展，顯微鏡的發展逐漸走向了系列化、集成化和智能化，顯微鏡在生命科學、材料科學等各個領域發揮重要作用。自動對焦技術是顯微鏡的核心功能，自動對焦是指通過光電傳感器接受物體的反射光，根據成像裝置內部的計算與處理，控制電動對焦裝置，從而在圖像探測器上獲得清晰圖像的過程。

現有的顯微鏡中自動對焦技術主要分為兩大類，第一種是通過拍攝被測物獲取圖像信息，獲取圖像邊緣銳度、邊緣梯度以及對比度來建立對焦評價函數。對焦評價函數值會在最佳聚焦位置達到峰值，在峰值兩側隨聚焦位置變遠，函數呈單調遞減。在對焦過程中，需要首先設置一個較大的搜索步長，然后通過比較該步長兩側的評價函數值確定搜索方向，直至越過曲線最高點，越過最高點后反向搜索，重新定位評價函數最大值從而確定聚焦位置。第二種是通過額外的光學傳感器進行對焦，通過額外的光源聚焦在樣品對焦平面上，樣品平面被聚焦的光斑照射后反射回物鏡，照射到對焦傳感器平面。通過分析聚焦光斑反射光確定對焦平面距離。

現有技術中第一種方法對焦速度慢，依賴于相機拍攝被測物的速度，在拍攝動態樣品或掃描成像的情況下無法做到快速實時對焦。對于熒光樣品和活體生物，多次曝光會使其熒光化學物質漂泊或使得活體生物死亡。第二種方法雖然能夠達到實時準確成像，但其缺點為其對焦位置需要較強的反射光，使得其只能在蓋玻片表面或者上下兩層折射率差較大的位置進行對焦，對于有多個高反射平面的目標物體往往產生干擾，導致系統判斷錯誤。因此，第二種方法無法對有多層深度平面的目標物體進行準確對焦。

發明內容

基于上述問題，本發明提供了一種多層自動對焦的方法及系統，能夠對有多層平面深度的目標物體進行實時、快速、準確的對焦。

第一方面，本申請示出一種多層自動對焦的方法，所述方法包括：

S1：預設顯微鏡初始參數；所述初始參數包括：樣品對焦平面位置、顯微鏡放大倍率以及數值孔徑參數；

S2：判斷是否根據顯微鏡預設的初始參數進行對焦；

若是，則根據所述初始參數進行對焦；得到局部極值位置，所述局部極值位置為局部極值點所在的對焦平面，將顯微鏡維持在所述對焦平面的對焦狀態；

若否，則控制顯微物鏡自Z軸初始位置開始，自上而下快速移動對焦直至面陣探測器中出現光斑；進行步驟S3；

S3：數據處理單元根據所述光斑獲取評價值；

S4：數據處理單元根據所述光斑得到控制顯微物鏡沿Z軸的移動方向，根據所述評價值得到移動步長，根據所述顯微物鏡沿Z軸的移動方向以及移動步長得到評價值的局部極值位置；

S5：判斷所述光斑是否處于所述評價值的局部極值位置；

若否，則控制顯微物鏡沿Z軸移動至所述評價值的局部極值位置；

若是，則控制顯微物鏡停止移動，數據處理單元記錄所述局部極值位置的評價值以及所述局部極值位置對應的Z軸位置信息并將所述局部極值位置進行標號；

S6：所述數據處理單元判斷所述局部極值位置的標號是否大于等于預設的樣品對焦平面位置數量；