[发明专利]一种显微镜玻片扫描仪自动调焦系统

说明书

本发明公开一种显微镜玻片扫描仪自动调焦系统。所述的系统包括：Z轴自动调焦装置、自动载物台、步进电机驱动与控制系统、显微镜成像系统、计算机。所述自动调焦系统在计算机控制下，驱动所述的步进电机，带动所述的自动载物台调整所述玻片与物镜之间的距离，完成自动调焦。

技术领域

本发明涉及机械电子和数字图像处理领域，特别是涉及一种显微镜玻片扫描仪自动调焦系统。

背景技术

在自动扫描仪中，需要自动聚焦系统调整成像图片的清晰程度或聚焦程度，使得成像物镜停在图片清晰度最高的聚焦位置上。特别是在显微镜成像系统中，需要将载物台上视窗下的玻片样本图像调整到适当距离，使得成像系统可以看到最清晰的图像。

自动调焦涉及到如何调整显微镜视窗下的图像到物镜适当距离，使得视窗下的图像成像最清晰。通常控制步进电机旋转角度，调整载物台相对物镜的直线移动来调整显微镜聚焦。一个问题是，如何判断物镜视窗下观察到的图像最清晰。有多种多样的图像清晰度算法，这些算法通过某个函数计算出一个代表清晰度的数值，因此称这个函数被成为聚焦函数。例如，不同的聚焦位置，图片的清晰度不同，观察图片的像素值，可以发现，图片越清晰，相邻像素之间的差值越大，从而图片的边缘越尖锐。

还有其它的图像清晰度判别算法。例如，基于导数的聚焦函数方法。这种方法一般都是计算相邻像素的差值。差距越大，图像越清晰。另一种方法是基于统计的算法。这种方法用方差和相关性来区别聚焦图像和离焦图像。还有一种基于脂肪图的算法，用直方图分，分析图片像素的分布和出现频率。

为解决显微镜物镜视窗下图像自动聚焦问题，本发明提供一种显微镜玻片扫描仪自动调焦系统，实现显微镜玻片扫描仪自动调焦。

发明内容

本发明公开一种显微镜玻片扫描仪自动调焦系统。所述的系统包括：Z轴自动调焦装置、自动载物台、步进电机驱动与控制系统、显微镜成像系统、计算机。所述自动调焦系统在计算机控制下，驱动所述的步进电机，带动所述的自动载物台调整所述玻片与物镜之间的距离，完成自动调焦。

根据本发明的一个方面，所述的显微镜成像系统由显微镜物镜、电子目镜及连接所述物镜和电子目镜的圆筒组成。

进一步，所述圆筒将所述的物镜和电子目镜连接成一个整体，完成对物镜视窗下所观察样本拍摄数字图像。

进一步，所述显微镜成像系统在调焦过程中固定不动，自动载物台移动，调整玻片视窗范围样本与所述显微镜成像系统之间的距离实现调焦。

根据本发明的另一方面，所述的自动载物台安装在所述的Z轴自动调焦装置上。所述自动载物台由所述Z轴自动调焦装置上的，由丝杆带动的滑块带动,沿Z轴方向，即离开或靠近物镜方向作直线往复移动。

优选的，所述的成像系统固定安装并与所述自动载物台xy面垂直，调焦时自动载物台沿z轴移动。

优选的，所述的丝杆由步进电机驱动，步进电机由所述的计算机控制完成调焦。

根据本发明的再一方面，所述的调焦目的是使显微镜视窗下看到的图像最清晰。图像清晰度由其信息熵清晰度评价函数来判别。根据Shannon信息论，熵最大时信息量最多。将该理论用于显微镜调焦，其调焦过程即为找到图像熵最大点的过程。即，图像熵H越大，图像越清晰，反之越模糊。在完全离焦时，显微镜视窗下的图像为空白图像，其图像熵H趋于零。

优选的，在显微镜调焦过程中，不需要考虑图像的空间关系，所以可采用图像的一维灰度熵计算图像灰度分布的聚集特征所包含的信息量。令表示图像中灰度值为k的像素在总像素中所占的比例，则灰度图像的一维灰度熵可以用（1）式计算：

（1）

G是灰度图像最大值，一般取256。k表示某一级图像灰度值，是第k级灰度值的像素在图像总像素中出现的比例：