[发明专利]实时自动对焦聚焦算法

说明书

提供了一种数字扫描设备，所述数字扫描设备包括成像传感器和聚焦传感器以及处理器，所述处理器分析由所述成像传感器和所述聚焦传感器捕获的图像数据并在扫描操作期间实时调整所述扫描设备的焦点。所述成像传感器的各个像素相对于所述数字扫描设备的光学路径全部在同一图像平面中。所述聚焦传感器的所述各个像素相对于所述光学路径各自在不同的图像平面中，并且所述聚焦传感器的一个像素与所述图像传感器在所述同一图像平面上。所述处理器分析来自所述成像传感器和所述聚焦传感器的图像数据，并确定距离和方向以调整所述数字扫描设备的物镜和载物台的相对位置以在所述扫描操作期间实现最佳聚焦。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2017年9月29日提交的第62/566,145号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请据此以引用方式并入本文，如同在此充分阐述一样。

发明背景

技术领域

本公开总体上涉及数字病理学，并且更具体地涉及数字载玻片扫描设备的实时自动聚焦。

背景技术

数字病理学是通过计算机技术而启用的基于图像的信息环境，所述计算机技术允许管理从物理载玻片生成的信息。数字病理学是部分地由虚拟显微镜实现的，所述虚拟显微镜是扫描物理载玻片上的样品并创建可以在计算机监视器上存储、查看、管理和分析的数字载玻片图像的实践。凭借对整个载玻片进行成像的能力，数字病理学领域飞速发展并且目前被认为是诊断医学最有前途的途径之一，以便实现对诸如癌症的重疾的更好、更快、更便宜的诊断、预后和预测。

数字病理学行业的主要目标是减少扫描载玻片所需的时间。一些常规的数字扫描装置需要至少20秒预扫描处理以获取载玻片上整个样本的焦点，并从所获取的焦点创建焦平面。因此，需要一种克服如上所述的常规系统中发现的这些重大问题的系统和方法。

发明内容

在实施方案中，扫描设备包括成像传感器、聚焦传感器以及处理器，所述处理器被配置为分析由所述成像传感器和所述聚焦传感器捕获的图像数据。所述聚焦传感器可以倾斜，使得沿着所述聚焦传感器的各个像素的光学路径的位置对于所捕获的每一行图像数据是变化的，而沿着所述成像传感器的各个像素的光学路径的位置对于所捕获的每一行图像数据全部基本上相同。然而，当所述成像传感器和所述聚焦传感器都捕获一行图像数据时，倾斜的聚焦传感器的一个像素沿着光学路与所述成像传感器的所有像素位于同一逻辑图像平面内。沿着光学路径在逻辑图像平面内具有公共位置的这种状态称为“齐焦”。

在实施方案中，在扫描期间，所述处理器被配置为分析来自所述成像传感器和所述聚焦传感器的图像数据以确定物镜距其最佳聚焦位置(即，在所述成像传感器的成像平面与所述最佳焦平面重合时物镜的位置)的距离和方向。对于捕获的图像数据的每个像素，所述处理器可以确定来自所述聚焦传感器的图像数据的对比度值和来自所述成像传感器的图像数据的对比度值。然后，所述处理器可以针对每个像素确定所述聚焦传感器对比度值除以所述成像传感器对比度值的比率。所述处理器可以绘制所述对比度比率以生成对比度曲线。然后，所述处理器可以识别所述对比度曲线的峰值以确定具有最高对比度值的像素。所述齐焦点也可以绘制在所述对比度曲线上。因为相对于光学路径在同一逻辑像平面内的成像传感器上的像素和聚焦传感器上的像素将具有基本上相同的对比度值，所以齐焦点将存在于所述对比度曲线上。所述对比度曲线上的齐焦点与所述对比度曲线上的峰值对比度点之间的像素距离(在本文中也称为“ΔX”)指示沿着光学路径的物理距离。该物理距离表示物镜的当前位置与物镜的最佳聚焦位置(即，沿着物镜的光学路径的最佳焦平面将与成像传感器的各个像素重合时的位置)之间的距离。从齐焦点到最高对比度点的方向(在本文中也称为“X方向”或由ΔX的正值或负值指示)指示物镜应当沿着光学路径移动的方向。应当理解，如果齐焦点与对比度曲线上的峰值对比度点相同(即，ΔX＝0)，则物镜已经处于最佳焦点位置。