用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)用圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)對(duì)細(xì)胞和其他微小粒子（比如尿液有形成分粒子 等）的顯微鏡圖像進(jìn)行處理時(shí)，研究人員需要先獲得精確對(duì)焦的圖像。采用自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng) 進(jìn)行圖像捕獲，比由人來拍攝照片更節(jié)省時(shí)間，且對(duì)焦性能更好、更一致。隨著諸如尿沉渣 分析儀等快速自動(dòng)分析儀器在生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的引入，高速顯微鏡變得越來越重要。在高 速自動(dòng)顯微鏡圖像捕捉過程中，一個(gè)關(guān)鍵的步驟是瞬時(shí)對(duì)焦?？焖佟⒖煽康淖詣?dòng)對(duì)焦方法對(duì) 于大規(guī)模地顯微鏡圖像采集、捕獲是必不可少的。
[0003] 傳統(tǒng)技術(shù)中，對(duì)于基于多個(gè)焦平面成像的自動(dòng)對(duì)焦顯微鏡，其最高對(duì)焦速度約為 2-3秒。這一速度對(duì)用于尿沉渣分析儀等快速自動(dòng)分析儀器中的顯微鏡而言是不能接受的， 因?yàn)樵擄@微鏡每秒需要捕獲3-7張清晰的照片，當(dāng)然并非每次圖像捕獲都要重新對(duì)焦。對(duì) 于低倍率（約6x)的手術(shù)顯微鏡，可以在預(yù)覽之后進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，并修改顯微鏡的照明或光 路。但是，這種方法不適用于在尿沉渣分析中使用到的高倍率顯微成像系統(tǒng)。
[0004] 需要指出，主動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)使用傳感器、控制系統(tǒng)和電機(jī)對(duì)顯微鏡視野（F0V， field of view)內(nèi)的點(diǎn)或區(qū)域進(jìn)行對(duì)焦。對(duì)于主動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其工作原理與數(shù)碼相機(jī) 類似，具體包括：測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)到被攝對(duì)象的距離，調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)以得到正確的對(duì)焦。在上 述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，測(cè)量距離的方式有多種，包括超聲波測(cè)距、紅外線測(cè)距等。例如，可從數(shù)碼 相機(jī)發(fā)出聲波，并測(cè)量聲波的反射延遲，據(jù)此計(jì)算出被攝對(duì)象的距離。
[0005] 然而，對(duì)于顯微鏡而言，由于被攝對(duì)象過小，需要使用被動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，通過被 動(dòng)獲取進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的圖像確定出正確的對(duì)焦。目前，有兩種類型的被動(dòng)自動(dòng)對(duì)焦方法：對(duì) 比度檢測(cè)和相位檢測(cè)。對(duì)比度檢測(cè)通過鏡頭測(cè)量傳感器區(qū)域內(nèi)的對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。在 圖像對(duì)焦正確時(shí)，傳感器的相鄰像素之間的強(qiáng)度差增大。在相位檢測(cè)中，入射光被分到多對(duì) 圖像，并且需要對(duì)這多對(duì)圖像進(jìn)行比較。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提出一種用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法和裝置，使得顯微鏡的對(duì) 焦更為即時(shí)、快捷。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法，包括：
[0009] 將所述顯微鏡調(diào)整到一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練平面上拍攝（202)包含至少一根對(duì)焦線的 訓(xùn)練圖像，從該圖像中找到（102)所述對(duì)焦線，為每個(gè)訓(xùn)練平面確定（203)對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練對(duì)焦 線梯度輪廓圖；其中，所述一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練平面包括：所述顯微鏡的準(zhǔn)確對(duì)焦平面；所述計(jì) 數(shù)池底面設(shè)置（101，201)有至少一根對(duì)焦線；
[0010] 將所述顯微鏡調(diào)整到第一平面拍攝（204)實(shí)際圖像，從該圖像中找到（102)所述 對(duì)焦線，計(jì)算（205)所述第一平面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)測(cè)對(duì)焦線梯度輪廓圖；
[0011] 將所述第一平面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)測(cè)對(duì)焦線梯度輪廓圖與所述一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練平 面的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖比較（103,206)，確定與所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)測(cè)對(duì)焦線梯度輪廓 圖匹配的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖，根據(jù)該匹配的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖對(duì)應(yīng)的第二平面與 所述準(zhǔn)確對(duì)焦平面的相對(duì)位置關(guān)系，將所述顯微鏡從所述第一平面調(diào)整到（207)所述準(zhǔn)確 對(duì)焦平面。
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦控制裝置（1002)，包括： 訓(xùn)練梯度生成單元（1012)、實(shí)際梯度生成單元（1022)，以及焦距調(diào)整單元（1032);
[0013] 所述訓(xùn)練梯度生成單元（1012)用于：響應(yīng)于所述顯微鏡（1001)在與計(jì)數(shù)池底面 平行的一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練平面上拍攝的包含至少一根對(duì)焦線的訓(xùn)練圖像，從該圖像中找到所 述對(duì)焦線，為每個(gè)訓(xùn)練平面確定對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖；其中，所述一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練 平面包括：所述顯微鏡的準(zhǔn)確對(duì)焦平面；所述計(jì)數(shù)池底面設(shè)置有所述至少一根對(duì)焦線；
[0014] 所述實(shí)際梯度生成單元（1022)用于：響應(yīng)于所述顯微鏡（1001)在第一平面上拍 攝的實(shí)際圖像，從該圖像中找到所述對(duì)焦線，計(jì)算所述第一平面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)測(cè)對(duì)焦線 梯度輪廓圖；
[0015] 所述焦距調(diào)整單元（1032)用于：將所述第一平面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)測(cè)對(duì)焦線梯度 輪廓圖與所述一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練平面的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖比較，確定與所述一個(gè)或多個(gè) 實(shí)測(cè)對(duì)焦線梯度輪廓圖匹配的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖，根據(jù)該匹配的訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓 圖對(duì)應(yīng)的第二平面與所述準(zhǔn)確對(duì)焦平面的相對(duì)位置，指示所述顯微鏡（1001)從所述第一 平面調(diào)整到所述準(zhǔn)確對(duì)焦平面。
[0016] 下文將以明確易懂的方式通過對(duì)實(shí)施例的說明并結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明上述方案、 技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式予以進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法的流程示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法的流程示意圖；
[0019] 圖3(a) -圖3(e)為本發(fā)明實(shí)施例中小尺寸的尿沉渣粒子的示意圖；
[0020] 圖3(f) -圖3 (i)為本發(fā)明實(shí)施例中大尺寸的尿沉渣粒子的示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中對(duì)焦線與尿沉渣中的所有粒子都位于準(zhǔn)確對(duì)焦平面 的不意圖；
[0022] 圖5(a) -圖5(h)為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中準(zhǔn)確對(duì)焦平面之上的工作平面和準(zhǔn)確對(duì) 焦平面之下的工作平面上的圖像示意圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中采用的線性霍夫變換（LHT)的示意圖；
[0024] 圖7(a)為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中采用線條檢測(cè)方法找到Θ落在[0°，30° ]之間 的3根線條的示意圖；
[0025] 圖7(b)為圖7(a)中示出的3根線條在霍夫空間的取值示意圖；
[0026] 圖8(a)示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中顯微鏡拍攝到的對(duì)焦線和管型的原始圖像；
[0027] 圖8(b)為對(duì)圖8(a)所示的原始圖像進(jìn)行線條檢測(cè)后的結(jié)果示意圖；
[0028] 圖9為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中多個(gè)訓(xùn)練對(duì)焦線梯度輪廓圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中顯微成像系統(tǒng)的組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自動(dòng)對(duì)焦方法和顯微成像系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)焦。圖1 為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用于顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦方法的流程示意圖，包括以下步驟。
[0032] 步驟101 :預(yù)先在計(jì)數(shù)池底面設(shè)置至少一根對(duì)焦線。
[0033] 對(duì)于用于細(xì)胞計(jì)數(shù)的顯微鏡載玻片，在載玻片的中央有一個(gè)凹槽，該凹槽作為計(jì) 數(shù)池（counting chamber),其深度方向?yàn)閦軸方向。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，可以在凹槽底 面（x-y平面）標(biāo)記上網(wǎng)格形狀的對(duì)焦線。在一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)中，設(shè)置對(duì)焦線時(shí)，可使得該顯 微鏡的每個(gè)視野（FOV，field of view)包括至少一根水平對(duì)焦線（X軸方向）和/或堅(jiān)直 對(duì)焦線（y軸方向）。
[0034] 步驟102 :通過特征檢測(cè)找到顯微鏡所拍攝圖像中的對(duì)焦線。
[0035] 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采用傳統(tǒng)的特征檢測(cè)方法確定對(duì)焦線。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例 中，查找對(duì)焦線的方法包括：計(jì)算所拍攝圖像中像素點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度的梯度值，找出所述梯度 值大于預(yù)設(shè)門限的有效像素點(diǎn)；對(duì)所述有效像素點(diǎn)進(jìn)行線性霍夫變換（LHT，linear Hough Tra