[发明专利]基于标定信息的自动聚焦方法

说明书

本发明涉及一种基于标定信息的自动聚焦方法，包括成像系统标定和快速搜索聚焦两个步骤；成像系统标定是进行一次离焦‑聚焦‑离焦的全过程图像采集，通过对清晰度评价值和位置信息的高斯拟合实现；快速搜索聚焦是在远焦区、近焦区进行采图分析，对图像清晰度和位置信息进行高斯拟合，并将拟合位置作为聚焦位置。本发明通过成像系统标定对硬件中的不变特性进行了分析量化，后续搜索聚焦策略在全局上有了严谨的规划，效率和稳定性有很大的提升；本发明提出的自动聚焦方法单峰性好、时效性高、自适应性强，同时大大减少了聚焦次数，在近焦区仅仅需要采集5～6个点，即可实现σ/8高精度的聚焦。

技术领域：

本发明属于相机自动聚焦技术领域，具体涉及一种基于成像系统提前标定而对当前视野进行快速搜索的自动聚焦方法。

背景技术：

相机的自动聚焦技术广泛应用于工业检测设备、测量摄影，医学影像设备等领域。自动聚焦的方法主要可以分为两大类：主动测量式聚焦方法和基于图像清晰度的聚焦方法。

主动测量式聚焦方法是指，在成像系统之外新增一套测量装置，或者将新增的测量装置在结构上嵌入成像系统。主动测量式聚焦方法中所使用的测量装置，对被检测对象进行距离测量，当距离测量值超出显微镜成像系统所允许的景深的时候，通过一些运动执行装置对成像系统的聚焦位置进行调节与补偿，以达到聚焦目的。此类方法，具有操作简单、相应快、测量范围大等优点，但同时具有成本高、测量精度难以满足高倍显微成像系统的聚焦要求、测量视野对采图视野的适应性差、测量装置对被检测对象材质变化的兼容性差等缺点。

基于图像清晰度的聚焦方法是指，直接对显微镜成像系统所采集的图像进行清晰度分析，并据此进行聚焦调整的方法。通常需要选择不同聚焦高度的多幅图像进行清晰度分析，并且结合多幅图像对应的位置信息，进行聚焦策略的规划。基于图像清晰度的聚焦方法具有结构简单，操作方便，聚焦精度可靠等优点。

基于图像清晰度的聚焦方法有三个十分重要的核心问题：图像清晰度的评价、聚焦窗口的选择、搜索策略。

在图像清晰度的评价方面，下面对常用的清晰度评价函数进行分析。图像image在(x，y)像素处，灰度值为l(x,y)，图像的行数和列数分别是M，N。

(1)SDM函数以灰度差分绝对值之和作为评价对每个像素点及其邻近点的灰度作差分运算

(2)Roberts函数以像素对角方向的灰度差分作为评价

(3)Brenner函数利用间隔k＝2，3，4...个像素点计算图像梯度

(4)Sobel函数结合Gaussian平滑和微分的特点，抗噪能力强

其中

G_x(x，y)＝I(x+1，y-1)+2I(x+1，y)+I(x+1，y+1)-I(x-1，y-1)-2I(x-1，y)-I(x-1，y-1)

G_y(x，y)＝I(x-1，y+1)+2I(x，y+1)+I(x+1，y+1)-I(x-1，y-1)-2I(x，y-1)-I(x+1，y-1)。

(5)Tenengrad函数对水平和垂直方向的梯度值，求其平方和作为评价

其中G_x(x，y)，G_y(x，y)同sobel函数。

(6)Laplacian函数利用图像二阶差分的平方作为评价