[发明专利]全自动显微图像景深拓展系统及其方法

说明书

本发明公开了一种全自动显微图像景深拓展系统及其方法，包括图像采集部分和自动控制部分，所述图像采集部分包括彩色相机、筒镜、物镜、载物台、光源；所述自动控制部分包括步进电机、导轨、传感器、中间设备，整个系统是在每个视野的聚焦面上下范围内等间隔不同位置采集图像，将这一系列图像经过图像融合处理后得到景深拓展后的结果。本发明采用基于图像融合的方式进行景深拓展，从而获得每个视野的最清晰图像，相对传统的景深拓展方式不会削弱光学系统的光通量和分辨率；图像采集、图像融合全自动化，并且实现的融合算法简单不会丢弃图像细节信息。

技术领域

本发明属于光学成像技术，特别是一种全自动显微图像景深拓展系统及其方法。

背景技术

景深是显微镜的非常重要的参数之一，是指为能够保证成像清晰时物体前后移动的范围。通常普通光学显微镜的景深范围是非常有限的，尤其是需要在高倍镜下观察时，景深更加小，更加不利于观察者对图像的采集和观察。随着计算机数字图像处理的技术提升，可以将图像进行融合，去噪等等处理，景深拓展显微镜应运而生，目前对景深拓展的方法主要有两种实现方式：非图像融合方式；基于图像的融合方式。非图像融合方式是利用光学成像原理对传统显微镜进行改造，刚开始人们提出应用环形孔径方法，该方法通过改变显微镜孔径光阑形状，在此基础上后来有人提出振幅滤波法，该方法主要通过改变孔径形式，改进后的振幅分布满足高斯分布或者超高斯分布，这种方式虽然有效得到了景深拓展，但是削弱了系统的光通量和分辨率。基于图像融合的方式是按照一定的位置采集若干图像，并按照一定的融合算法进行融合得到图像(赵红波.景深合成算法研究及其在超景深显微镜设计中的应用[D].2017)。总体来看通过非图像融合的方法会带来很多缺点，不是一个很理想的实现方案。

在整个景深拓展系统中，首先要进行的就是自动聚焦操作，使得物体聚焦在焦平面位置，这样才能进入景深区域，通过在聚焦平面上下进行图像采集。所以选取一个合适的自动聚焦算法对于整个系统尤为重要，聚焦平面图像相对离焦图像更为清晰，细节信息更丰富，在空间域上体现的是梯度值更大，在频率域上体现的是高频分量更多。基于频率域的清晰度评价函数主要是基于傅里叶变换，主要是由图像中的高频信息决定，虽然灵敏度较高，但是计算量相对较大。我们选择基于清晰度的高低来判断是否达到聚焦面，而基于空间域的清晰度评价函数有平方梯度函数、Tenengrad函数、Brenner函数、Reblur二次模糊，基于频域的清晰度评价函数主要是傅里叶变换函数(陈国秋.数字图像自动聚焦技术研究及系统实现[D].西安电子科技大学.2007)。