[發(fā)明專利]一種智能數(shù)字顯微鏡自動(dòng)對焦的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111134387.6
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN113852761B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬常風(fēng);楊欣然;吳德晟;郭延文
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波華思圖科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N23/67
• 分類號(hào): H04N23/67;H04N23/86;H04N7/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 黃振華

1.一種智能數(shù)字顯微鏡自動(dòng)對焦的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，數(shù)字圖像的讀取：用戶通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊顯微鏡觀測物體數(shù)字圖像的某一區(qū)域，顯微鏡連續(xù)移動(dòng)，讀取鏡頭移動(dòng)時(shí)的數(shù)字圖像；

步驟2，對數(shù)字圖像進(jìn)行頻域變換：利用二維離散傅里葉變換將圖像由空間域變換到頻域；

步驟3：判斷數(shù)字圖像的清晰度：通過圖像清晰度函數(shù)計(jì)算數(shù)字圖像的清晰度，實(shí)時(shí)判斷處理圖像是否清晰；

步驟4，顯微鏡連續(xù)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對焦：通過自動(dòng)搜索機(jī)制快速準(zhǔn)確定位找到清晰度最高的一幅圖像，顯示該區(qū)域的對焦信息，直至鼠標(biāo)下一次點(diǎn)擊選取；

步驟1包括以下步驟：

步驟1-1，設(shè)置數(shù)字圖像處理像素的寬和高，將一組清晰度連續(xù)變化的圖像作為輸入，清晰度連續(xù)變化的圖像即顯微鏡鏡頭從上到下獲取的各層離散圖像；

步驟1-2，設(shè)計(jì)鏡頭類方法，實(shí)現(xiàn)圖像處理功能，包括：初始化、切換清晰圖像即顯微鏡調(diào)節(jié)焦距的過程、返回圖像、返回焦距值、返回像素值、返回?cái)?shù)字圖像序列；根據(jù)用戶的鼠標(biāo)操作實(shí)時(shí)移動(dòng)鏡頭獲取圖像；

步驟1-3，提供后續(xù)的自動(dòng)對焦模塊的接口，用于調(diào)用或修改圖像的數(shù)據(jù)；

步驟2包括以下步驟：

步驟2-1，獲取步驟1中由顯微鏡鏡頭拍攝到的不同清晰度的離散圖像組；

步驟2-2，通過OpenCV庫圖像處理函數(shù)，重新調(diào)整圖像分辨率大小，并將原RGB圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像進(jìn)行后續(xù)處理；

步驟2-3，頻域變換過程中，用到的二維離散傅里葉變換公式如下：

上述公式中的f(x,y)代表一幅像素大小為M*N的矩陣；其中x的定義域范圍是0,1,2,…,M-1，y的定義域范圍是0,1,2,…,N–1；公式左邊的F(u,v)表示的是f(x,y)的傅里葉變換結(jié)果；F(u,v)所在坐標(biāo)系為頻域，f(x,y)所在坐標(biāo)系為空間域；由u＝0,1,2,…,M-1和v＝0,1,2,…,N-1定義的M*N矩陣被稱為頻域矩陣；

步驟2-4，對于頻域變換后的結(jié)果，將零頻分量移動(dòng)到頻譜中心，將負(fù)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)絕對值進(jìn)行保存；

步驟3包括以下步驟：

步驟3-1，根據(jù)步驟2獲得的頻域信息，計(jì)算頻譜均值，圖像清晰度函數(shù)F清晰度如下：

其中，加權(quán)系數(shù)表示一個(gè)像素點(diǎn)(u,v)與成像中心像素之間的距離，用于強(qiáng)調(diào)圖像頻域中的高頻成分，M,N表示圖像的像素尺寸，P(u,v)取值為圖像的頻譜的平方；

步驟3-2，選擇鼠標(biāo)點(diǎn)擊部分的一小片像素區(qū)域拷貝，完成當(dāng)前圖像清晰度的計(jì)算并保存結(jié)果；

步驟4包括以下步驟：

步驟4-1，針對前述步驟2-1連續(xù)變焦過程中獲得的連續(xù)的數(shù)字圖像，將圖像組中間位置的圖像的清晰度與當(dāng)前最高清晰度值進(jìn)行比較，如果兩者相等，則查找成功；否則利用中間位置將圖像組分成前、后兩個(gè)子組，根據(jù)清晰度的大小比較結(jié)果，在前一子組中或后一子組中繼續(xù)查找；

步驟4-2，在步驟4-1每一輪查找過程中得到的圖像上，獲得步驟2、3中的頻域變換與清晰度函數(shù)計(jì)算結(jié)果，將其與當(dāng)前最高清晰度值圖像進(jìn)行比較，更新結(jié)果并移動(dòng)鏡頭，重復(fù)中間位置查找與比較的過程，直至當(dāng)前圖像的清晰度值已達(dá)到全局最大；

步驟4-3，將結(jié)果在相同分辨率的窗口中實(shí)時(shí)輸出顯示，直至下一次的鼠標(biāo)點(diǎn)擊，再回到步驟2-3過程重新開始，若無后續(xù)的鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作，則自動(dòng)對焦結(jié)束。