[发明专利]电子显微镜的自动聚焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种电子显微镜的自动聚焦方法。

背景技术

电子显微镜在现代生活和科学研究中使用越来越广泛，而自动聚焦技术是显微镜系统中的重要技术。现有技术中，自动聚焦技术主要分成两大类：第一类是通过距离信息来实现自动聚焦的主动式，第二类是基于数字图像技术的被动式，其中，被动式的自动聚焦方法通过采集图像序列以分析系统的聚焦状态而不需要额外的设备而被广泛应用。近年来，针对电子显微镜的特性，出现了许多自适应聚焦的方法，但通常设定一定的前提条件，比如环境不变化，被摄物简单无变化。然而其实际应用中，由于电子显微镜的使用环境并不是一成不变的，当被摄物体表面在不同环境光照下或被摄物体表面材料发生变化，被摄物体图像会呈现光照不均匀现象。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种电子显微镜的自动聚焦方法，在被摄物体表面处在不同环境光照下的情况下实现快速自动聚焦，同时提高聚焦精度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在被摄物体表面处在不同环境光照下和被摄物体材料表面不同的情况下实现快速自动聚焦，同时提高聚焦精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种电子显微镜的自动聚焦方法，该自动聚焦方法基于机器视觉的图像处理，步骤如下：

步骤1、初始化步进电机，将步进电机设置在初始位置处，使用相机采集第一张图像；

步骤2、对第一张图像进行全图图像处理，得到图像变化最明显的t个区域，同时计算并输出t个区域的梯度跳变值；

步骤3、使步进电机向前移动λ步长，并使用相机采集下一张图像；

步骤4、在步骤3采集的图像中，仅处理第一张图像中所标记的图像变化最明显的t个区域对应的位置，计算并输出t个区域的梯度跳变值；

步骤5、重复步骤3和步骤4，直到步进电机走完整个行程；

步骤6、将上述t个区域得到的所有梯度跳变值和所对应的电机位置分别拟合成t个二次曲线，从二次曲线中找到峰值所对应的电机位置，该位置即为可拍摄到最清晰图像对应的焦距；

步骤7、使步进电机移动到上述电机位置，完成对焦，同时采集图像并显示。

进一步地，上述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、使用分块法将整幅图均匀分成n*m个区域；

步骤2.2、分别对每个小区域使用灰度直方图分析法进行灰度分析和统计；

步骤2.3、确定n*m个区域的二值化阈值，并对n*m个区域进行blob区域分析；

步骤2.4、根据灰度分析统计结果和blob区域分析结果找出图像变化最明显的t个区域，同时计算并输出t个区域对应的梯度跳变值。

进一步地，上述步骤2.3中采用最大类间方差法获得二值化阈值。

进一步地，上述述步骤2.3中采用迭代法获得二值化阈值。

进一步地，上述述步骤2.3中采用基于均值和方差的动态阈值法获得二值化阈值。

进一步地，λ步长设定为大于等于1。

进一步地，初始位置为最远焦距处，使得步进电机从远到近移动，相机从远到近采集图像。

进一步地，初始位置为最近焦距处，使得步进电机从近到远移动，相机从近到远采集图像

进一步地，基于机器视觉的图像处理的步骤如下：

步骤11、收集采集到的图像；

步骤12、判断要处理的图像是否是采集到的第一张图像，如果判断是采集到的第一张图像，则对第一张图像进行全图处理，得到图像变化最明显的t个区域，计算并输出所述t个区域的梯度跳变值；如果判断采集到的图片不是第一张图片，仅处理所述第一张图像中所标记的图像变化最明显的t个区域对应的位置，计算并输出所述t个区域的梯度跳变值。

在本发明的较佳实施方式中，一种电子显微镜的自动聚焦方法，步骤如下：

步骤1、初始化步进电机，将步进电机设置在初始位置处，使用相机采集第一张图像；初始位置为最远焦距处，使得步进电机从远到近移动，相机从远到近采集图像；初始位置为最近焦距处，使得步进电机从近到远移动，相机从近到远采集图像。

步骤2、对第一张图像进行全图图像处理，得到图像变化最明显的t个区域，同时计算并输出t个区域的梯度跳变值；

其中，上述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、使用分块法将整幅图均匀分成n*m个区域；

步骤2.2、分别对每个小区域使用灰度直方图分析法进行灰度分析和统计；