用于顯微鏡的自動對焦方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及顯微鏡技術領域，尤其涉及一種用于顯微鏡的自動對焦方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 應用圖像處理和模式識別技術對細胞和其他微小粒子（比如尿液有形成分粒子 等）的顯微鏡圖像進行處理時，研究人員需要先獲得精確對焦的圖像。采用自動對焦系統 進行圖像捕獲，比由人來拍攝照片更節省時間，且對焦性能更好、更一致。隨著諸如尿沉渣 分析儀等快速自動分析儀器在生物、醫學等領域的引入，高速顯微鏡變得越來越重要。在高 速自動顯微鏡圖像捕捉過程中，一個關鍵的步驟是瞬時對焦。快速、可靠的自動對焦方法對 于大規模地顯微鏡圖像采集、捕獲是必不可少的。
[0003] 傳統技術中，對于基于多個焦平面成像的自動對焦顯微鏡，其最高對焦速度約為 2-3秒。這一速度對用于尿沉渣分析儀等快速自動分析儀器中的顯微鏡而言是不能接受的， 因為該顯微鏡每秒需要捕獲3-7張清晰的照片，當然并非每次圖像捕獲都要重新對焦。對 于低倍率（約6x)的手術顯微鏡，可以在預覽之后進行自動對焦，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。
[0004] 需要指出，主動自動對焦系統使用傳感器、控制系統和電機對顯微鏡視野（F0V， field of view)內的點或區域進行對焦。對于主動自動對焦系統，其工作原理與數碼相機 類似，具體包括：測量光學系統到被攝對象的距離，調整光學系統以得到正確的對焦。在上 述系統的實現中，測量距離的方式有多種，包括超聲波測距、紅外線測距等。例如，可從數碼 相機發出聲波，并測量聲波的反射延遲，據此計算出被攝對象的距離。
[0005] 然而，對于顯微鏡而言，由于被攝對象過小，需要使用被動自動對焦系統，通過被 動獲取進入光學系統的圖像確定出正確的對焦。目前，有兩種類型的被動自動對焦方法：對 比度檢測和相位檢測。對比度檢測通過鏡頭測量傳感器區域內的對比度，實現自動對焦。在 圖像對焦正確時，傳感器的相鄰像素之間的強度差增大。在相位檢測中，入射光被分到多對 圖像，并且需要對這多對圖像進行比較。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明提出一種用于顯微鏡的自動對焦方法和裝置，使得顯微鏡的對 焦更為即時、快捷。
[0007] 為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的：
[0008] 本發明的一個實施例提供了一種用于顯微鏡的自動對焦方法，包括：
[0009] 將所述顯微鏡調整到一個或多個訓練平面上拍攝（202)包含至少一根對焦線的 訓練圖像，從該圖像中找到（102)所述對焦線，為每個訓練平面確定（203)對應的訓練對焦 線梯度輪廓圖；其中，所述一個或多個訓練平面包括：所述顯微鏡的準確對焦平面；所述計 數池底面設置（101，201)有至少一根對焦線；
[0010] 將所述顯微鏡調整到第一平面拍攝（204)實際圖像，從該圖像中找到（102)所述 對焦線，計算（205)所述第一平面的一個或多個實測對焦線梯度輪廓圖；
[0011] 將所述第一平面的一個或多個實測對焦線梯度輪廓圖與所述一個或多個訓練平 面的訓練對焦線梯度輪廓圖比較（103,206)，確定與所述一個或多個實測對焦線梯度輪廓 圖匹配的訓練對焦線梯度輪廓圖，根據該匹配的訓練對焦線梯度輪廓圖對應的第二平面與 所述準確對焦平面的相對位置關系，將所述顯微鏡從所述第一平面調整到（207)所述準確 對焦平面。
[0012] 本發明的一個實施例提供了一種用于顯微鏡的自動對焦控制裝置（1002)，包括： 訓練梯度生成單元（1012)、實際梯度生成單元（1022)，以及焦距調整單元（1032);
[0013] 所述訓練梯度生成單元（1012)用于：響應于所述顯微鏡（1001)在與計數池底面 平行的一個或多個訓練平面上拍攝的包含至少一根對焦線的訓練圖像，從該圖像中找到所 述對焦線，為每個訓練平面確定對應的訓練對焦線梯度輪廓圖；其中，所述一個或多個訓練 平面包括：所述顯微鏡的準確對焦平面；所述計數池底面設置有所述至少一根對焦線；
[0014] 所述實際梯度生成單元（1022)用于：響應于所述顯微鏡（1001)在第一平面上拍 攝的實際圖像，從該圖像中找到所述對焦線，計算所述第一平面的一個或多個實測對焦線 梯度輪廓圖；
[0015] 所述焦距調整單元（1032)用于：將所述第一平面的一個或多個實測對焦線梯度 輪廓圖與所述一個或多個訓練平面的訓練對焦線梯度輪廓圖比較，確定與所述一個或多個 實測對焦線梯度輪廓圖匹配的訓練對焦線梯度輪廓圖，根據該匹配的訓練對焦線梯度輪廓 圖對應的第二平面與所述準確對焦平面的相對位置，指示所述顯微鏡（1001)從所述第一 平面調整到所述準確對焦平面。
[0016] 下文將以明確易懂的方式通過對實施例的說明并結合附圖來對本發明上述方案、 技術特征、優點及其實現方式予以進一步說明。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明一個實施例中用于顯微鏡的自動對焦方法的流程示意圖；
[0018] 圖2為本發明一個實施例中用于顯微鏡的自動對焦方法的流程示意圖；
[0019] 圖3(a) -圖3(e)為本發明實施例中小尺寸的尿沉渣粒子的示意圖；
[0020] 圖3(f) -圖3 (i)為本發明實施例中大尺寸的尿沉渣粒子的示意圖；
[0021] 圖4為本發明一個實施例中對焦線與尿沉渣中的所有粒子都位于準確對焦平面 的不意圖；
[0022] 圖5(a) -圖5(h)為本發明一個實施例中準確對焦平面之上的工作平面和準確對 焦平面之下的工作平面上的圖像示意圖；
[0023] 圖6為本發明一個實施例中采用的線性霍夫變換（LHT)的示意圖；
[0024] 圖7(a)為本發明一個實施例中采用線條檢測方法找到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)示出本發明一個實施例中顯微鏡拍攝到的對焦線和管型的原始圖像；
[0027] 圖8(b)為對圖8(a)所示的原始圖像進行線條檢測后的結果示意圖；
[0028] 圖9為本發明一個實施例中多個訓練對焦線梯度輪廓圖；
[0029] 圖10為本發明一個實施例中顯微成像系統的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發明進一步詳細說明。
[0031] 本發明實施例提供了一種自動對焦方法和顯微成像系統，可實現實時對焦。圖1 為本發明一個實施例中用于顯微鏡的自動對焦方法的流程示意圖，包括以下步驟。
[0032] 步驟101 :預先在計數池底面設置至少一根對焦線。
[0033] 對于用于細胞計數的顯微鏡載玻片，在載玻片的中央有一個凹槽，該凹槽作為計 數池（counting chamber),其深度方向為z軸方向。本發明一個實施例中，可以在凹槽底 面（x-y平面）標記上網格形狀的對焦線。在一個具體實現中，設置對焦線時，可使得該顯 微鏡的每個視野（FOV，field of view)包括至少一根水平對焦線（X軸方向）和/或堅直 對焦線（y軸方向）。
[0034] 步驟102 :通過特征檢測找到顯微鏡所拍攝圖像中的對焦線。
[0035] 具體實現時，可以采用傳統的特征檢測方法確定對焦線。在本發明一個實施例 中，查找對焦線的方法包括：計算所拍攝圖像中像素點的信號強度的梯度值，找出所述梯度 值大于預設門限的有效像素點；對所述有效像素點進行線性霍夫變換（LHT，linear Hough Tra