[发明专利]一种基于面积准则的自动聚焦方法

说明书

本发明公开一种基于面积准则的自动聚焦方法，包括以下步骤：(1)获取多焦距浮游生物的全息图像；(2)对所述的全息图进行图像分割，提取每个浮游生物的子全息图；(3)对所述的子全息图依次应用基于面积准则的自动聚焦方法，得到每个浮游生物的焦距。本发明根据聚焦图像比模糊图像具有更小的面积的原理，有效提高浮游生物焦距检测的准确度，且计算简单、实用性强。

技术领域

本发明涉及多焦距浮游生物的数字全息显微成像领域，特别涉及一种基于面积准则的自动聚焦方法。

背景技术

数字全息显微(Digital Holographic Microscopy,DHM)成像技术能够在一张平面全息图像中记录整个监测区域的光波场信息，并通过数值重建算法重建出监测区域中不同深度的浮游生物的图像，但只有当重建距离等于浮游生物的深度(焦距)时，在重建图像中该浮游生物才能成清晰的像，否则将成一个模糊的像。为了找到全息图像中浮游生物的焦距，研究人员提出了许多自动聚焦方法，这些方法大多基于图像的锐利准则，包含两个方面：一是清晰的图像比模糊的图像具有更大的梯度，包括拉普拉斯梯度方法(LAP)、边界梯度方法(CG)；二是清晰的图像比模糊的图像具有更多的高频成分，包括傅里叶变换法(FT)、小波变换法(Wavelet)和离散余弦变换法(DCT)。

上述这些自动聚焦方法在传统的光学显微镜图像或只有一个目标的全息图像中取得了很好的效果，但在多焦距浮游生物的全息图像中却不能准确地找到，甚至无法找到每个浮游生物的焦距。主要原因有：1.在传统的光学显微镜图像中，随着物镜的升降，整幅图像同时变得清晰或者模糊，运用自动聚焦方法时容易得到一个极值点。而在多焦距浮游生物的全息图像中，随着重建距离的改变，某些浮游生物变得清晰，某些浮游生物则变得模糊，这样，变得清晰的浮游生物对计算结果的贡献被变得模糊的浮游生物抵消了，导致极值点不存在或不明显；2.全息图像中存在着相干噪声，携带了大量的高频成分，会对计算结果产生巨大的干扰；3.浮游生物的尺寸大多在几十微米到几百微米之间，相对于整幅全息图像的尺寸较小，对计算结果的影响较为微弱。因此，我们需要一种适用于多聚焦浮游生物全息图像的自动聚焦方法，能够消除浮游生物之间的相互干扰和相干噪声的影响，准确地找到每个浮游生物的焦距。

发明内容

本发明提供了一种基于面积准则的自动聚焦方法，该方法根据了聚焦图像比模糊图像具有更小的面积的原理，有效提高浮游生物焦距检测的准确度，且计算简单、实用性强。

一种基于面积准则的自动聚焦方法，包括以下步骤：

(1)获取多焦距浮游生物的全息图像；

(2)对步骤(1)中的全息图像进行图像分割，获得每个浮游生物的边界和像素坐标，提取每个浮游生物的子全息图像；

(3)对步骤(2)中的每个浮游生物的子全息图像依次应用基于面积准则的自动聚焦算法，得到每个浮游生物的最佳重建距离(焦距)，具体过程如下：

3-1、在重建距离区间内按照给定的步长依次取出一个重建距离，利用角谱重建算法在该距离处重建出浮游生物的子全息图像对应的重建图像；

3-2、通过预设的灰度阈值消除每个浮游生物的重建图像中的背景噪声，并将图像二值化；

3-3、通过预设的面积阈值滤除3-2中二值图像中零散的小连通区域，只保留一个大的浮游生物连通区域；

3-4、统计在3-3中保留下来的浮游生物连通区域的面积，作为自动聚焦方法在3－1中的重建距离处的值；

具体为：比较各重建距离处得到的最大的浮游生物连通区域面积，取面积最小对应的重建距离作为所述的焦距。