[发明专利]一种CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦方法。

背景技术

专利（申请号：201220260024.7）提出一种面向线阵CCD的自动调焦系统，其特征是通过移动相机镜头（改变物距），并用CCD采集图像的方法实现自动调焦。专利（申请号：CN201610597471.4）提出一种大功率LED的微阵列芯片荧光检测方法，其特征在于通过设计的环形LED照明阵列对生物芯片进行激发，然后采用CCD相机采集发射的荧光。专利（申请号：CN02252864.4）提出一种具有均匀照明系统的CCD生物芯片检测仪的设计，通过光学元件将氙灯发出的白光过滤成平行的单色光，随后将其斜入射到生物芯片上激发荧光染料，再用CCD相机捕获发射的荧光。

生物芯片技术是生命科学领域中迅速崛起的一项高新技术，它以玻片、硅片或尼龙等为载体，在其表面高密度地排列大量的生物材料，实现对DNA、蛋白质、细胞以及其他生物组分的准确、快速、并行和大信息量的检测与分析，可广泛应用于药物研究、疾病诊断、基因结构与功能研究等领域。生物芯片的荧光检测目前主流的检测方式有两种：一种是基于光电倍增管的激光共聚焦的方式，另一种是高压氙气灯、汞灯或大功率LED结合CCD的成像方式。其中，CCD成像方式通过将光源过滤成窄带波长范围并对生物芯片进行激发，再使用CCD相机收集发射出来的荧光，该方式具有结构简单，检测速度快的优点。但是CCD成像方式存在一个问题，那就是由于成像镜头的焦距十分灵敏，在移动仪器或者载玻台进出过程中镜头容易失焦，使得拍摄的图像变的模糊，而用手动调焦的方式不仅麻烦、耗时而且精度容易受人主观影响。因此，本发明提出一种CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦设计，使得只需简单操作仪器就能执行自动调焦过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦方法，该方法采用荧光点的荧光像素比例p和荧光点阵的总信噪比SNR_T，分别作为粗调焦图像清晰度评价函数和细调焦图像清晰度评价函数，解决了仪器调焦困难的问题；相比于手动调焦过程，该自动调焦设计具有准确度高、速度快和自动化程度高的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦方法，提供一CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦装置，所述CCD生物芯片荧光扫描仪的自动调焦装置包括光源、CCD相机、成像镜头、电机、单片机、上位机，所述方法：首先，利用光源对生物芯片进行荧光激发，经由单片机控制电机调整成像镜头的焦距至初始位置，而后利用上位机对CCD相机经成像镜头采集的生物芯片的荧光图像进行粗调焦图像清晰度评价及细调焦图像清晰度评价，实现对成像镜头的焦距进行粗调及细调，从而完成成像镜头焦距的调整。

在本发明一实施例中，所述所述电机通过传动皮带带动成像镜头旋转，以实现成像镜头焦距的调整。

在本发明一实施例中，该方法具体实现步骤如下：

S1、放置生物芯片，并利用光源对其进行荧光激发，通过单片机控制电机将成像镜头的焦距调整至初始位置；

S2、粗调焦距：通过单片机控制电机将成像镜头进行焦距的粗调，在每次粗调结束时利用CCD相机通过成像镜头采集生物芯片荧光图像，并将荧光图像传输到上位机；上位机接收到荧光图像后，采用每幅图中单个荧光点的荧光像素比例p作为粗调焦图像清晰度评价函数，并对所有荧光图像进行清晰度计算，而后将成像镜头的焦距调整到p值最大的图像所对应的焦距位置；

S3、细调焦距：在粗调焦距完成后，在粗调焦距结果焦距的周围范围，通过单片机控制电机将成像镜头进行焦距的细调，在每次细调结束时利用CCD相机通过成像镜头采集生物芯片荧光图像，并将荧光图像传输到上位机，上位机采用每幅图像的荧光点阵总信噪比SNR_T作为细调焦图像清晰度评价函数对图像进行清晰度计算，最终将成像镜头的焦距调整到SNR_T值最大的图像所对应的焦距位置。

在本发明一实施例中，所述步骤S2中，荧光点的荧光像素比例p可表示为：

其中，y表示图中红色圆圈内荧光像素点的个数，T则表示整张图片的总像素个数。

在本发明一实施例中，所述步骤S3中，光点阵总信噪比SNR_T的公式为：

其中，S为荧光像素点区域的平均像素值，B为环形背景像素点区域的平均像素值，N为环形背景像素点的方差。