[发明专利]一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法。

背景技术

在用自动显微镜进行数字切片的扫描中,有两个关键指标，一个是扫描切片的速度，一个是扫描图像的质量，但这两个关键指标又相互制约。

为了尽可能快速地扫描切片，比较经典的方法是实现对切片在扫描的物镜下的组织区域中定义若干个点，对每个点逐一聚焦采集其X、Y位置和聚焦面Z位置，利用这个3维坐标点建立一个切片组织表面的整体聚焦数学模型，建立的数学模型可以是线性的，也可以是非线性的，这个数学模型代表切片组织表面的整体凸凹变化。在切片扫描过程中，根据事先建立的聚焦数学模型，在载物台行进的X、Y位置，计算出该X、Y位置的Z聚焦补偿位置，控制聚焦控制器移动到该位置，扫描成像装置抓取视场图像，因此在每个视场只需抓取一幅通过Z轴聚焦补偿对应的Z平面位置，而不再对每个视场进行多层图像抓取，提升扫描速度。但这种方法的缺点是预先建立的数学模型不能完全反映扫描过程中的聚焦面，任何环境变化都会使计算的聚焦面位置和实际焦面位置产生偏差，导致扫描成像装置抓取的图像聚焦不好，使扫描的数字切片质量降低。

为保证扫描图像的质量，比较经典的方法是在每个扫描过程中载物台移动到每个视场的X、Y坐标位置停下来，由聚焦控制器在该视场进行多层移动，完成聚焦，得到准确的聚焦图像，得到高质量的扫描数字切片。但这种方法是需要在每个视场采集若干层的图像，使扫描速度受到影响，其扫描速度会数倍地低于每个视场仅采集一幅图像的扫描。

为解决既保证扫描速度，又保证扫描图像质量，近年来出现了许多创新技术方案。这些创新方案都通过采用额外的硬件辅助进行自动聚焦，其中之一是采用一个单独的聚焦摄像头专用于扫描过程中的辅助对焦。其工作原理为：在扫描过程中，载物台移动到每个视场的X、Y坐标位置停下来，由专用聚焦摄像头进行快速聚焦，聚焦到位后扫描摄像头再行抓图。因专用聚焦摄像头也需要在固定视场反复聚焦，也需要一定时间，因此为进一步提高扫描速度，一般都是采用大像素量较低速度的扫描摄像头和更小像素量但高速度的聚焦摄像头，这样在大像素低速度的扫描摄像头抓图后的大数据量传输处理存储过程中，高速聚焦摄像头进行下一个视场的多层聚焦，在聚焦到位后大像素低速度摄像头的数据传输工作也已完成，开始下一个图像抓取。这样两个摄像头的并行工作，达到即快速扫描，又得到高质量的扫描数字切片的目的。这种方法的主要缺点是扫描速度提升有限，这是因为显微镜的光学视场有一定大小，以20X物镜为例，几乎所有显微镜的镜下观察范围都在1-1.3毫米之间，数码摄像头也仅覆盖其中的一个矩形区域，其长边约为0.9毫米，如果以业界数字切片扫描系统的标准分辨率为0.25微米/像素，那么水平方向一行最多像素为3600个像素点，超过这个值将超出可见视场范围，因此数码摄像头的像素量最大应该不能超出8百万像素，这也使得提升扫描速度受到局限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，是在数字切片的快速连续扫描过程中，利用一个聚焦成像装置在载物台连续匀速移动不停下来的情况下快速跟踪和获取视场的聚焦面，建立动态局部切片表面数学模型，预测估计邻近视场的聚焦面，通过不断动态分析和聚焦定位，保证扫描成像装置在载物台连续匀速移动过程中能连续匀速地抓取到对应聚焦位置的图像，扫描速度不受载物台走停抓图的机械限制，能获得极高的扫描速度。该方法既可达到快速扫描，又能得到高质量扫描数字切片。