[发明专利]一种对焦过程模型可设定的显微镜自动对焦方法

说明书

本发明提供了一种对焦过程模型可设定的显微镜自动对焦方法，用于实现可人为设定对焦模型的显微镜自动对焦方法。在训练阶段：首先设定的对焦模型即对焦评价分数与显微镜头坐标之间的变化关系满足高斯函数模型，并结合显微图像清晰度评价方法以及人的视觉感知计算出显微图像的对焦评价分数，然后，基于深度神经网络建立对焦评价模型；在应用阶段：利用对焦评价模型求解出高斯函数参数，进而得到显微镜头焦点坐标位置的预测值，最后通过区域局部搜索，得到最终显微镜头的坐标。玻片等透明物体进行衍射成像时，由于光照的变化会形成双伪焦点现象。本发明的有益效果是：实现具有双伪焦点的物体在光学显微镜的准确、快速对焦。

技术领域

本发明涉及显微镜成像领域，尤其涉及一种对焦过程模型可设定的显微镜自动对焦方法。

背景技术

在全自动显微镜成像系统中，自动对焦是一项非常重要的技术。在学术和工业领域，许多物体都需要在显微镜下观察或加工，因此需要在显微镜下使物体对焦。与望远镜、照相机等光学器件相比，显微镜的成像范围很窄，景深很小。因此，即使载玻片最初是通过手动调节透镜来对焦的，移动滑动玻璃几微米也会由于其不均匀的表面而引起散焦。为了提高显微成像的效率，实现显微镜的自动对焦十分重要。

一般来说，自动对焦技术可分为主动自动对焦法和被动自动对焦法。主动式自动对焦方法需要硬件支持，成本高，在显微镜中的应用较少。被动式自动对焦技术主要是基于数字图像处理技术，其中对焦深度法是建立在搜索过程上，对需要采集的显微图像进行评价，找到评价值最优时镜头的坐标。对焦深度法是一种纯数值优化技术，成本低，精度高，通用性强。

与大多数观察对象(如生物细胞涂片)不同，它们的焦点曲线是单峰的，焦点是峰值位置。然而，像载玻片这样的透明物体进行透射成像时具有双伪焦点现象，其对焦曲线呈现双峰现象，并且对焦位置是两个峰之间的最小值。现存的自动对焦技术都不能的解决载玻片等具有双伪焦点的透明物体的自动对焦问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种对焦过程模型可设定的显微镜自动对焦方法，主要包括以下步骤：

S1：以观测物体的某块区域作为基准区域，通过等间隔调节显微镜头的位置采集一组显微图像，并记录每个位置对应的镜头坐标；利用Tenengrad清晰度评价函数，并结合人眼感知以及设定的对焦过程模型，得到所述显微图像对焦评价分数；一张显微图像和该图像对应的对焦评价分数组成一个训练子样本，所有的训练子样本构成训练样本；所述设定的对焦过程模型即对焦评价分数与镜头坐标的变化关系满足高斯函数模型G(x；a,μ,δ)，其中，x为镜头坐标，a为增益，μ为实际焦点坐标，δ为方差；

S2：根据所述训练样本，对以MobileNetV2为骨架网络的深度神经网络进行训练，得到对焦评价模型F_s(x)，该焦评价模型F_s(x)用来计算对焦评价分数；

S3：采集解析样本，并利用所述对焦评价模型F_s(x)，求解对焦过程高斯函数模型的参数其中参数表示预测焦点坐标；所述解析样本由以包括起始对焦点和终止对焦点在内的任意t个对焦点及其对应的图像评价分数构成，t为正整数，且t2；

S4：通过在所述预测焦点坐标的周围预设区域内进行局部搜索得到最终的焦点坐标，该最终的焦点坐标对应的点即为得到的光学显微镜观测物体自动对焦点。