[发明专利]荧光显微镜系统的对焦方法及装置

说明书

本发明公开了一种荧光显微镜系统的对焦方法及装置，其中，方法包括以下步骤：对焦区域选取步骤：在轴向扫描荧光样本过程中选取多个清晰对焦的特征区域，并记录每个特征区域的清晰图像和位置；角度‑轴向位置迭代调节优化步骤：根据每对焦区域的中心坐标获取角度和轴向位置的移动量，以移动后进行图像匹配对准，并测量每对焦区域的中心坐标后再次迭代优化，以实现对焦。该方法适用于样本在调节过程中发生变化的情况，适用于宽视场荧光成像，有效提高了对焦速度和稳定性。

技术领域

本发明涉及显微镜系统对焦技术领域，特别涉及一种荧光显微镜系统的对焦方法及装置。

背景技术

荧光显微成像在生物医学研究领域有着重要应用，尤其是在临床诊断等领域日益受到人们的广泛重视。荧光显微技术常采用平面探测器对样本成像，只有物镜焦面上的能够在探测器上清晰成像。因此需要发展调焦技术使样本的目标平面和显微镜焦面重合。

当前的自动显微对焦技术大致可分为主动对焦技术和被动对焦技术。前者主动发出红外或者超声探测目标物体的位置，机械调节物距或者像距实现对焦。后者基于探测到图像的清晰度等参数调节显微镜的物距或者像距实现轴向(如专利CN-1065341A中公开的一种光学图像系统的调焦方法及装置)和角度(如专利CN1296742C中公开的一种光学成像系统的角度自动调焦系统及方法)的自动对焦。

主动式自动对焦方法无法直接用于荧光显微：由于荧光的特性，红外或者超声探测到的表面无法保证和所需要对焦的荧光目标平面重合。现有的被动式自动对焦方法应用于荧光显微镜有三点重要缺陷：1.图像的清晰度函数依赖于探测样本的单峰性质，即目标函数仅在目标平面上达到最大值。这点在具有三维结构的荧光显微样本中往往难以满足。2.现有的探测技术大多采用步进法探测寻找图像最清晰位置。两个角度调节加上轴向位移调节总共三个自由度的步进调节不仅对焦时间较长，而且光照引起样本荧光染料光漂白等效应直接影响对焦结果3.未考虑样本角度变化对样本的状态产生的变化。荧光显微镜的观察样本往往处在复杂的固体液体环境中，姿态改变过程中会因为重力等因素的影响而改变探测光路。综上，现有的自动显微对焦技术运用于荧光显微镜中具有缺陷。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种荧光显微镜系统的对焦方法，该方法适用于宽视场荧光成像，有效提高了对焦速度和稳定性。

本发明的另一个目的在于提出一种荧光显微镜系统的对焦装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种荧光显微镜系统的对焦方法，包括以下步骤：对焦区域选取步骤：在轴向扫描荧光样本过程中选取多个清晰对焦的特征区域，并记录每个特征区域的清晰图像和位置；角度-轴向位置迭代调节优化步骤：根据每对焦区域的中心坐标获取角度和轴向位置的移动量，以移动后进行图像匹配对准，并测量所述每对焦区域的中心坐标后再次迭代优化，以实现对焦。

本发明实施例的荧光显微镜系统的对焦方法，采用图像匹配相关函数进行调焦，克服了传统清晰度函数无法直接用于荧光图像的问题，采用轴向-角度交替优化算法进行调焦，加快收敛速度，采用迭代算法调焦，适用于样本在调节过程中发生变化的情况，适用于宽视场荧光成像，有效提高了对焦速度和稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的荧光显微镜系统的对焦方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：图像匹配对准步骤：利用记录的所述清晰图像对移动后采集的样本图像进行匹配，并更新各个子区域的中心坐标。