[发明专利]基于变步距遍历的自动聚焦方法

说明书

发明提出了一种基于变步距遍历的自动聚焦方法，先以大步距在给定的搜索区间中执行迭代搜索并计算聚焦评价函数，找到该轮聚焦中聚焦评估函数的极值点并以该点位置确定下轮遍历搜索区间；再以较小步距进行下一轮遍历，直到步距小于阈值聚焦结束。这种方法兼具大步距遍历的快速和小步距遍历的精确，且有效避免了各自的弊端。

技术领域

本发明属于本发明属于计算光学显微成像技术，具体为一种基于变步距遍历的自动聚焦方法。

背景技术

光学显微镜因其精度高，稳定性好在生物医学领域得到广泛的应用。我们在对样品进行观察及检测时，若仅依靠手动进行光学显微镜聚焦，易带来误差，且光学显微镜自动化程度低，不符合现代发展的需求。因此，通过光学显微镜的自动控制，聚焦过程的全自动化不仅可以提高实验和分析的速度，还可以减少人为误差对显微成像质量的影响，使用更方便。

手动聚焦经常需要通过人眼观察图像是否清晰，边缘是否锐利，而这种主观的判断方法无法用于客观的聚焦判断，并且成像系统也无法判断图像是否聚焦。为了实现成像系统的自动聚焦，让成像系统或图像处理终端具备判断图像是否聚焦的能力就变为了首要任务。图像在不同聚焦离焦位置图像被提取出的有效信息存在很大的差异，根据这种差异能够对图像聚焦进行判断。聚焦评价函数对聚焦的判断直接影响到自动聚焦算法的速度和准确性，因此聚焦评价函数在聚焦过程中起着至关重要的作用。数十年来，针对获取的图像进行处理计算得到聚焦判据不断地被研究人员及学者们提出，针对不同方面的聚焦判据也层出不穷。使用图像的清晰度作为标准，就能实现根据清晰度执行搜索的自动聚焦功能。

从显微镜手动聚焦的过程中可以看出，图像会由于离焦产生的模糊，随着聚焦过程，图像细节部分越来越明显。所以，自动聚焦搜索算法的功能在于控制电机在显微镜物镜的行程内运动，结合图像清晰度评价算法，以求找到最佳聚焦平面。显微镜聚焦过程要求极高的精度，所以对于聚焦步距需优化选择—移动的步距过大则直接略过了图像的聚焦面，导致怎样都不可能聚焦，步距缩小虽然搜索到聚焦面的概率增大，但是会导致搜索总的步数多而耗费时间。自动聚焦搜索方式主要包括了测距法、基于图像处理方法以及聚焦检测法，其中，测距法又可以被细分为三角测距法、超声波测距法和红外测距法这三个方法。对比测距法与聚焦检测方法中的相位差检测法与反差检测法，由于不需要额外的测量设备，基于图像处理的自动聚焦更具适应性，因而成为聚焦领域的研究热点。

在基于图像处理的自动聚焦算法中，遍历搜索法方法简单易懂，抗干扰能力强，但是这种方法因为要对一层层图像进行图像聚焦评价，计算量比较大，而且移动的间隔距离需要大量的实验才可以获得，如果间隔设置过大有可能会跳过聚焦面，造成局部搜索的缺陷，如果间隔设置过小，聚焦精度可以实现，但是同样会因为间隔过小，移动的步数过多，计算量过大。因此这种方式在实际的应用中并不一定实用，需加以改进才能投入实用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于变步距遍历的自动聚焦方法，兼具大步距遍历的快速和小步距遍历的精确，且有效避免了各自的弊端。

本发明的技术方案如下：一种基于变步距遍历的自动聚焦方法，步骤如下：

步骤1.确定初始遍历步距；

步骤2.以显微物镜电控位移台运动范围为初始搜索域，在第一轮遍历中，以初始确定的较大步距进行等间距遍历，并计算各点的聚焦评价函数；

步骤3.比较各个遍历位置的聚焦评价函数，得到聚焦评价函数取最值的位置；

步骤4.以该点正负一个间距的区间作为下一轮搜索域，以小步距进行下一轮遍历，并计算各点的聚焦评价函数；

步骤5.重复步骤3～4，直到步距小于停止聚焦时步距的阈值，聚焦结束。

优选的，步骤1中确定初始遍历步距的的原则为：采用该初始遍历步距不会跳过聚焦面，该初始遍历步距小于聚焦评价函数曲线最大值峰的宽度。

优选的，步骤1具体为：