[发明专利]基于方差结合爬山搜索法的显微操作自动聚焦方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于方差结合爬山搜索法的显微操作自动聚焦方法及系统。该方法包括：将显微图像转为灰度图像；根据灰度图像的灰度值计算方差；将方差确定为聚焦值；根据聚焦值、当前物镜位置以及上一次物镜位置，采用爬山搜素方法确定下一次物镜位置；根据物镜初始移动距离和相邻两次物镜移动位置是否相反判断是否完成聚焦；若完成聚焦，则自动聚焦结束；若未完成聚焦，则将物镜移动至下一次物镜位置，返回步骤“获取显微图像、当前物镜位置以及上一次物镜位置”。采用本发明的方法及系统，利用方差作为清晰度评价标准，计算量较小，结合爬山搜索方法，在保证准确聚焦的前提下，提高了效率的同时对噪声敏感度较低，稳定性高。

技术领域

本发明涉及显微操作自动聚焦技术领域，特别是涉及一种基于方差结合爬山搜索法的显微操作自动聚焦方法及系统。

背景技术

自动聚焦是一项基础的显微操作技术，特别是在微米纳米级别的生物观察和操作中，如：高通量观察筛选药理学药剂，传递外源物质到细胞中等。可靠的自动聚焦方法对于使用显微镜对微型机电系统进行微装配也是至关重要的。自动聚焦过程可以被划分为两个部分：图像清晰度评价和搜索算法。虽然图像清晰度评价指标是一个经久不衰的话题，并且相当一部分的聚焦算法也已经被广大研究学者所讨论，但是对于特定实验显微成像条件下的一个合适的清晰度定义和计算的选择，仍然是很困难的并且是非常费时费力的。此外，传统的基于导数的算法作为图像清晰度评价标准，对噪声的敏感性较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于方差结合爬山搜索法的显微操作自动聚焦方法及系统，利用方差作为清晰度评价标准，计算量较小，结合爬山搜索方法，在保证准确聚焦的前提下，提高了效率的同时对噪声敏感度较低，稳定性高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于方差结合爬山搜索法的显微操作自动聚焦方法，包括：

获取显微图像、当前物镜位置以及上一次物镜位置；

将所述显微图像转为灰度图像；

根据所述灰度图像的灰度值计算方差；

将所述方差确定为聚焦值；

根据所述聚焦值、所述当前物镜位置以及所述上一次物镜位置，采用爬山搜素方法确定下一次物镜位置；

根据物镜初始移动距离和相邻两次物镜移动位置是否相反判断是否完成聚焦；若完成聚焦，则自动聚焦结束；若未完成聚焦，则将物镜移动至所述下一次物镜位置，并返回步骤“获取显微图像、当前物镜位置以及上一次物镜位置”。

可选的，所述根据所述灰度图像的灰度值计算方差，具体包括：

根据如下公式计算方差：

式中，F表示方差，H表示灰度图像高度方向像素值，W表示灰度图像宽度方向像素值，i(x,y)表示在所述灰度图像(x,y)点的灰度值，μ表示整个灰度图像的平均灰度值。

可选的，所述根据所述聚焦值、所述当前物镜位置以及所述上一次物镜位置，采用爬山搜素方法确定下一次物镜位置，具体包括：

根据如下公式确定下一次物镜位置：

式中，l_n+1表示下一次物镜位置，l_n表示当前物镜位置，l_n-1表示上一次物镜位置，f_n-1表示上一次聚焦值，f_n表示当前聚焦值，L表示物镜移动距离参数，当物镜当前移动方向与上一次移动方向相反时，L降低为初始物镜移动距离的一半。

可选的，根据物镜初始移动距离和相邻两次物镜移动位置是否相反判断是否完成聚焦，具体包括：