[发明专利]基于激光图像的显微镜自动聚焦方法、系统及计算机设备

说明书

本发明公开一种基于激光图像的显微镜自动聚焦方法、系统及计算机设备，该方法首先通过将激光光斑图像转化为二维灰度图像，并通过二维灰度图像的灰度重心可准确判断样本的失焦方向；然后对二维灰度图像进行处理，以快速、精确地获得激光光斑图像的长宽比；再通过求解点扩散函数的参数获得离焦半径，求解点扩散函数的参数可进一步提高失焦距离测量的精度；最后根据长宽比和离焦半径可准确获得样本的失焦距离，根据获得的失焦方向和失焦距离即可得到显微镜的聚焦位置。本发明提供的显微镜自动聚焦方法过程简单，计算复杂程度低，可准确、快速地实现显微镜的自动聚焦。

技术领域

本发明涉及光学显微镜自动聚焦技术领域，尤其是一种基于激光图像的显微镜自动聚焦方法、系统及计算机设备。

背景技术

对于任何光学成像系统，成像质量都是人们关心的重要问题之一。光学显微成像系统其景深跟光学分辨率呈反比关系，光学分辨率由数值孔径及入射光波长决定，光学分辨率越高，景深越小。在小景深情况下，样本表面任何轻微的起伏或硬件平台任何的精度缺陷都会导致无法获取到清晰图像，尤其是在全样本大范围视野扫描过程中（直径为15mm的样本区域大概要扫描数千个视野），图像质量及扫描速度更是无法有效保证，这已经成为目前制约显微图像数字化及人工智能识别中的一个极为关键的因素。此问题的解决一方面依赖于高精度的硬件扫描平台的支撑，另外一方面更依赖于高性能自动聚焦算法的支撑。

当前光学显微镜广泛采用基于多幅图像清晰度评价的“盲人爬山搜索”自动聚焦方法，即在同一个视野内采集若干幅显微图像，并计算这些图像的的清晰度值，将获得的清晰度值进行比较，找出最大值对应的Z轴位置即焦平面位置。该方法算法复杂，而且不能根据一幅图像判断出失焦的方向与距离，对于高速度、高精度的显微镜成像系统，该方法并不适用。

发明内容

本发明提供一种基于激光图像的显微镜自动聚焦方法、系统及计算机设备，用于克服现有技术中算法复杂、不能适用于高速度、高精度的显微镜成像系统等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种基于激光图像的显微镜自动聚焦方法，所述显微镜自动聚焦方法包括：

采集样本的激光光斑图像；

将所述激光光斑图像转化为二维灰度图像，根据所述二维灰度图像的灰度重心获得所述样本的失焦方向；

获取所述二维灰度图像的平滑图像，根据所述平滑图像的最佳阈值对所述平滑图像进行二值化分割，获得所述激光光斑图像的二值化图像；

提取所述二值化图像中的边缘轮廓，采用边界矩形方式拟合所述边缘轮廓，得到对应的矩形边缘轮廓，并计算所述对应的矩形边缘轮廓的长宽比；

提取所述边缘轮廓中的边缘直线，根据所述边缘直线求解点扩散函数的参数，根据所述点扩散函数的参数获得离焦半径；

根据所述长宽比以及所述离焦半径，获得所述样本的失焦距离；

根据所述失焦方向以及所述失焦距离，得到聚焦位置。

为实现上述目的，本发明还提出一种基于激光图像的显微镜自动聚焦系统，包括：

图像采集模块，用于采集样本的激光光斑图像；

失焦方向获取模块，用于将所述激光光斑图像转化为二维灰度图像，根据所述二维灰度图像的灰度重心获得所述样本的失焦方向；

二值化图像获取模块，用于获取所述二维灰度图像的平滑图像，根据所述平滑图像的最佳阈值对所述平滑图像进行二值化分割，获得所述激光光斑图像的二值化图像；

长宽比获取模块，用于提取所述二值化图像中的边缘轮廓，采用边界矩形方式拟合所述边缘轮廓，得到对应的矩形边缘轮廓，并计算所述对应的矩形边缘轮廓的长宽比；