[发明专利]一种多层自动对焦的方法及系统

说明书

本申请示出了一种多层自动对焦的方法及系统，本申请通过在多层自动对焦系统中增加半圆形光阑，使聚焦在探测器平面的光斑根据对焦位置的不同分布在探测器上下两侧，由此可以快速判断出物镜聚焦位置，本申请示出的一种多层自动对焦方法应用于多层自动对焦系统，本申请示出的多层自动对焦方法中，提出了一种与光斑强度和尺寸直径相关的评价函数，能够根据光斑精确判断移动方向、确定移动步长、判断对焦准确度。本申请示出的技术方案，能够对有多层平面深度的目标物体进行实时、快速、准确的对焦。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种多层自动对焦的方法及系统。

背景技术

基于图像处理技术和数字成像系统的发展，显微镜的发展逐渐走向了系列化、集成化和智能化，显微镜在生命科学、材料科学等各个领域发挥重要作用。自动对焦技术是显微镜的核心功能，自动对焦是指通过光电传感器接受物体的反射光，根据成像装置内部的计算与处理，控制电动对焦装置，从而在图像探测器上获得清晰图像的过程。

现有的显微镜中自动对焦技术主要分为两大类，第一种是通过拍摄被测物获取图像信息，获取图像边缘锐度、边缘梯度以及对比度来建立对焦评价函数。对焦评价函数值会在最佳聚焦位置达到峰值，在峰值两侧随聚焦位置变远，函数呈单调递减。在对焦过程中，需要首先设置一个较大的搜索步长，然后通过比较该步长两侧的评价函数值确定搜索方向，直至越过曲线最高点，越过最高点后反向搜索，重新定位评价函数最大值从而确定聚焦位置。第二种是通过额外的光学传感器进行对焦，通过额外的光源聚焦在样品对焦平面上，样品平面被聚焦的光斑照射后反射回物镜，照射到对焦传感器平面。通过分析聚焦光斑反射光确定对焦平面距离。

现有技术中第一种方法对焦速度慢，依赖于相机拍摄被测物的速度，在拍摄动态样品或扫描成像的情况下无法做到快速实时对焦。对于荧光样品和活体生物，多次曝光会使其荧光化学物质漂泊或使得活体生物死亡。第二种方法虽然能够达到实时准确成像，但其缺点为其对焦位置需要较强的反射光，使得其只能在盖玻片表面或者上下两层折射率差较大的位置进行对焦，对于有多个高反射平面的目标物体往往产生干扰，导致系统判断错误。因此，第二种方法无法对有多层深度平面的目标物体进行准确对焦。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种多层自动对焦的方法及系统，能够对有多层平面深度的目标物体进行实时、快速、准确的对焦。

第一方面，本申请示出一种多层自动对焦的方法，所述方法包括：

S1：预设显微镜初始参数；所述初始参数包括：样品对焦平面位置、显微镜放大倍率以及数值孔径参数；

S2：判断是否根据显微镜预设的初始参数进行对焦；

若是，则根据所述初始参数进行对焦；得到局部极值位置，所述局部极值位置为局部极值点所在的对焦平面，将显微镜维持在所述对焦平面的对焦状态；

若否，则控制显微物镜自Z轴初始位置开始，自上而下快速移动对焦直至面阵探测器中出现光斑；进行步骤S3；

S3：数据处理单元根据所述光斑获取评价值；

S4：数据处理单元根据所述光斑得到控制显微物镜沿Z轴的移动方向，根据所述评价值得到移动步长，根据所述显微物镜沿Z轴的移动方向以及移动步长得到评价值的局部极值位置；

S5：判断所述光斑是否处于所述评价值的局部极值位置；

若否，则控制显微物镜沿Z轴移动至所述评价值的局部极值位置；

若是，则控制显微物镜停止移动，数据处理单元记录所述局部极值位置的评价值以及所述局部极值位置对应的Z轴位置信息并将所述局部极值位置进行标号；

S6：所述数据处理单元判断所述局部极值位置的标号是否大于等于预设的样品对焦平面位置数量；