專利名稱：一種自動(dòng)聚焦方法及應(yīng)用該方法的顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)聚焦方法及應(yīng)用該方法的顯微鏡。
背景技術(shù)：
顯微鏡的自動(dòng)聚焦技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中，它可以提高實(shí)驗(yàn)與分析的 速度，降低人為操作對(duì)顯微成像質(zhì)量的影響。常見顯微鏡的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)通常以計(jì)算機(jī) 為控制核心，采用步進(jìn)電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)控制部件，選用CCD或CMOS攝像頭結(jié)合軟件算 法來進(jìn)行聚焦分析和運(yùn)動(dòng)控制。公開號(hào)為CN 1246929(申請(qǐng)?zhí)枮?8802309.1)的中國專利 《自動(dòng)聚焦顯微鏡系統(tǒng)用模擬電路》即為典型的一個(gè)實(shí)例。該專利用模擬電路測(cè)量CCD 視頻信號(hào)的能量分布來確定聚焦程度，與其他聚焦的方式相比，有效的提高了自動(dòng)聚焦 的實(shí)時(shí)性并降低了聚焦成本。但其自動(dòng)聚焦控制模塊同時(shí)也有不足(l)聚焦過程對(duì)使用 場合有限制，不能自適應(yīng)的調(diào)整輸入信號(hào)的大小，使參與聚焦每幀信號(hào)都在同一可比范 圍內(nèi)，從而擺脫聚焦過程對(duì)使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的影響；(2)頻譜能量 所用的平方累積數(shù)值巨大，在電路的實(shí)際實(shí)施中，容易飽和溢出，產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)而導(dǎo)致 聚焦位置的誤判；所述電路方案雖然以歸一法，結(jié)合平均照明信號(hào)的方式來彌補(bǔ)照明不 穩(wěn)定對(duì)聚焦結(jié)果的影響，但效果并不理想，照明信號(hào)的影響仍然存在。(3)采用頻譜能量 作為判據(jù)，理論上可以完全區(qū)分聚集位置，但實(shí)際應(yīng)用中，尤其在高倍觀察到聚焦中， 由于噪聲影響會(huì)有多峰情況出現(xiàn)，不能獲得理想的聚焦評(píng)價(jià)曲線。此外，能量平方的計(jì) 算方式和段通濾波的方式，也對(duì)聚焦的實(shí)時(shí)性產(chǎn)生影響。在對(duì)聚焦速度要求較高的場合， 比如痰涂肺結(jié)核菌的檢測(cè)中不能替代人工。
另外，公開號(hào)為CN 1246929(申請(qǐng)?zhí)枮?8802309.1)的中國專利《自動(dòng)聚焦顯微鏡系 統(tǒng)用模擬電路》的中國專利中描述的帶通濾波器的功能是依據(jù)視頻信號(hào)組成的頻率分布 進(jìn)行濾波，從而將同步信號(hào)和其他復(fù)合信號(hào)等加載的與圖像信號(hào)無關(guān)的其他信號(hào)進(jìn)行減 弱，雖然該方法可以減弱這些無關(guān)信號(hào)，但是不能做到完全濾除，并且該方法的依據(jù)是 將一個(gè)視頻信號(hào)用傅立葉分解表示成一組直流分量與一系列不同頻率的正弦量的 疊加，然后依據(jù)不同信號(hào)的頻率可以將所需的圖像信號(hào)與其他無關(guān)信號(hào)進(jìn)行剝離， 但是由于同一信號(hào)被分解成一次、兩次直至n次弦波，那是一個(gè)近似無窮的過程， 因此采用濾波的方式可以無限接近但是不能完全地濾除這些與純圖像無關(guān)的同步 信號(hào)和其他復(fù)合信號(hào)。
理想的聚焦評(píng)價(jià)過程應(yīng)該具有無偏性、單峰性和足夠的信噪比，公開號(hào)為CN1246929(申請(qǐng)?zhí)枮?8802309.1)的中國專利《自動(dòng)聚焦顯微鏡系統(tǒng)用模擬電路》以灰度平 方累加的能量評(píng)價(jià)方式進(jìn)行聚焦評(píng)價(jià)。該方式通過計(jì)算每幀圖像信號(hào)的能量值并參考平 均照明強(qiáng)度得到相應(yīng)的聚焦指數(shù)。將所有的信號(hào)進(jìn)行平方累加，數(shù)據(jù)量太過巨大，容易 產(chǎn)生溢出，此外，該方式受光照環(huán)境的影響極大，且噪聲影響明顯，容易形成誤判斷， 聚焦的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不能保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種聚焦評(píng)估時(shí)能完 全濾除與純圖像無關(guān)的同步信號(hào)和其他復(fù)合信號(hào)、并能擯除干擾信號(hào)影響、同時(shí)還 能自適應(yīng)的調(diào)整輸入信號(hào)的大小，擺脫聚焦過程對(duì)使用場合限制的自動(dòng)聚焦方法。
本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用上述自動(dòng)聚焦方法的顯微鏡。
本發(fā)明解決上述第一個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該自動(dòng)聚焦方法，通過實(shí)時(shí) 采集被測(cè)量物體經(jīng)物鏡成像后的原始圖像視頻信號(hào)，并改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距 離來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚焦，其特征在于所述自動(dòng)聚焦方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟一、根據(jù)聚焦使用場合設(shè)定視頻信號(hào)可比能量范圍值，設(shè)定聚焦評(píng)估最大偏離 值M， M取值范圍為
;
步驟二、改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離；
步驟三、將實(shí)時(shí)采集的原始圖像視頻信號(hào)的能量調(diào)整到視頻信號(hào)可比能量范圍值內(nèi) 從而得到第一視頻信號(hào)；
步驟四、將第一視頻信號(hào)進(jìn)行高通濾波，濾除第一視頻信號(hào)的低頻部分，保留第一
視頻信號(hào)的高頻部分，從而得到第二視頻信號(hào)；
步驟五、將第二視頻信號(hào)中其他復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行剝離，僅保留含純圖像信號(hào)，從 而得到第三視頻信號(hào)；
步驟六、將第三視頻信號(hào)中干擾信號(hào)所形成的小波峰去除，將第三視頻信號(hào)中內(nèi)容
變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信號(hào)；
步驟七、將第四視頻信號(hào)中第N幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加，然后 再對(duì)第四視頻信號(hào)中第N+l幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加，其中N為自然 數(shù)；
步驟八、將兩個(gè)累加結(jié)果進(jìn)行比較，如果第N+1幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié) 果與第N幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果之差大于設(shè)定評(píng)估最大偏離值，則給出第 一控制信號(hào)，改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，并且使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離 變化與步驟二保持一致；如果第N+l幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖 像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在[-M M]之間，則給出第二控制信號(hào)，使物鏡和 被測(cè)量物體之間的距離保持不變，此時(shí)，己經(jīng)實(shí)現(xiàn)被測(cè)量物體的聚焦；如果第N+1幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在小 于-M，則輸出第三控制信號(hào)，改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，并且使物鏡和被測(cè)量 物體之間的距離變化與步驟二的變化相反。
本發(fā)明解決上述第二個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該顯微鏡，包括有用于放置 被測(cè)量物體的顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)，視頻信號(hào)采集模塊，自動(dòng)聚焦控制模塊和自 動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊；其中，視頻信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)采集被測(cè)量物體的原始視頻圖像 信號(hào)并輸送給自動(dòng)聚焦控制模塊，自動(dòng)聚焦控制模塊經(jīng)過對(duì)原始視頻圖像信號(hào)的分析處 理后輸出控制信號(hào)發(fā)送給自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收 的控制信號(hào)將升降信號(hào)發(fā)送給顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)以驅(qū)動(dòng)顯微鏡可升降自動(dòng)載 物平臺(tái)的升降，從而改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚 焦，其特征在于所述自動(dòng)聚焦控制模塊包括有
一自動(dòng)增益控制模塊，與所述視頻信號(hào)采集模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟
一高通濾波模塊，與所述自動(dòng)增益控制模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟四； 一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟五； 一有效峰值選擇模塊，與所述選通模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟六； 一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟七； 一核心微處理器，與所述自動(dòng)增益控制模塊及峰值累加模塊相連，用來實(shí)現(xiàn)步驟一 和八，即輸出視頻信號(hào)可比能量范圍值給自動(dòng)增益控制模i央，并接收自動(dòng)增益控制模塊 發(fā)送過來的經(jīng)過自動(dòng)增益后的視頻信號(hào)；同時(shí)將峰值累加模塊輸出的每幀圖像的有效波 峰的峰值累加結(jié)果進(jìn)行比較，輸出第一控制信號(hào)或第二控制信號(hào)或第三控制信號(hào)給自動(dòng) 載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊以驅(qū)動(dòng)可升降自動(dòng)載物平臺(tái)的上升和下降，最終實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng) 聚焦。
作為改進(jìn)，本發(fā)明顯微鏡的自動(dòng)聚焦控制模塊還包括有 一行幀信號(hào)檢測(cè)模塊，該 行幀信號(hào)檢測(cè)模塊與所述視頻信號(hào)采集模塊的輸出端相連，用來獲得原始視頻圖像信號(hào) 的行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)供所述核心微處理器控制使用，所述核心微處理器對(duì)測(cè)得的 原始視頻圖像信號(hào)中的行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)進(jìn)行分析，并當(dāng)原始視頻圖像信號(hào)中出 現(xiàn)幀同步信號(hào)后給出一個(gè)幀控制觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)行同步信號(hào)當(dāng)原始視頻圖像信號(hào)的 每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號(hào)時(shí)給出一個(gè)行控制觸發(fā)信號(hào)。
將選通模塊與所述核心微處理器相連，這樣選通模塊就可以由核心微處理器輸出的 行控制觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)對(duì)視頻信號(hào)中其他復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行剝離。而峰值累加模塊則可以 由核心微處理器輸出的幀控制觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)截取第五視頻信號(hào)中的第N幀圖像信號(hào)和 第N+1幀圖像信號(hào)。
所述自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊包括有一全自動(dòng)操作控制臺(tái)和一步進(jìn)電機(jī)，所述自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與所述核心微處理器相連，所述全自動(dòng)操作控制臺(tái)的輸出 端與所述步進(jìn)電機(jī)的輸入端相連，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端與所述顯微鏡可升降自動(dòng)載物 平臺(tái)相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 、針對(duì)顯微鏡聚焦過程中照明不穩(wěn)定的情況，增加步驟四，使得參與聚焦的每幀 圖像信號(hào)都在同一可比范圍內(nèi)，從而擺脫聚焦過程對(duì)使用場合(自然光，日光，白熾燈 光等)的限制；
(2) 、通過設(shè)置步驟六，使參與聚焦的視頻圖像信號(hào)完全剔除了復(fù)合同步信號(hào)，僅僅 保留了純圖像信號(hào)，減少了后續(xù)步驟的計(jì)算量，加快了計(jì)算速度，避免了計(jì)算結(jié)果的溢 出。
(3) 、通過設(shè)置步驟七、使參與聚焦的視頻圖像信號(hào)中的背景等干擾信號(hào)所形成的小 波峰去除，將內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，同樣減少了后續(xù)步驟 的計(jì)算量，加快了計(jì)算速度，避免了計(jì)算結(jié)果的溢出，控制過程更加穩(wěn)定。
(4) 、通過設(shè)置步驟八、采用有效波峰峰值累加的方法對(duì)參與聚焦的視頻信號(hào)的每幀 圖像進(jìn)行比較，可以很好的判斷每幀圖像的質(zhì)量，以便更好更快實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng)聚焦。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中自動(dòng)聚焦方法實(shí)施例的流程圖2為本發(fā)明實(shí)施例中顯微鏡的模塊框圖3為本發(fā)明實(shí)施例中顯微鏡自動(dòng)聚焦流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明首先提供了一種自動(dòng)聚焦方法，參見圖1所示，這種自動(dòng)聚焦方法可以用于 顯微鏡、照相機(jī)、攝像機(jī)等需要調(diào)焦的各種產(chǎn)品中，其通過實(shí)時(shí)釆集被測(cè)量物體經(jīng)顯微 鏡或照相機(jī)或攝像機(jī)的物鏡成像后的原始圖像視頻信號(hào)，并改變物鏡和被測(cè)量物體之間 的距離來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚焦，其包括以下步驟
步驟一、根據(jù)聚焦使用場合設(shè)定視頻信號(hào)可比能量范圍值，設(shè)定聚焦評(píng)估最大偏離
值M, M取值范圍為
，本實(shí)施例中M取值0.3;
步驟二、改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，使得物鏡遠(yuǎn)離被測(cè)量物體； 當(dāng)然，實(shí)際使用過程中，也可以使物鏡靠近被測(cè)量物體；
步驟三、將實(shí)時(shí)采集的原始圖像視頻信號(hào)的能量調(diào)整到視頻信號(hào)可比能量范圍值內(nèi) 從而得到第一視頻信號(hào)；
步驟四、將第一視頻信號(hào)進(jìn)行高通濾波，濾除第一視頻信號(hào)的低頻部分，保留第一視頻信號(hào)的高頻部分，從而得到第二視頻信號(hào)；
步驟五、將第二視頻信號(hào)中其他復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行剝離，僅保留含純圖像信號(hào)，從 而得到第三視頻信號(hào)；
步驟六、將第三視頻信號(hào)中干擾信號(hào)所形成的小波峰去除，將第三視頻信號(hào)中內(nèi)容 變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信號(hào)；
步驟七、將第四視頻信號(hào)中第N幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加得到i^，
然后再對(duì)第四視頻信號(hào)中第N+l幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加得到，其 中N為自然數(shù)；
步驟八、將兩個(gè)累加結(jié)果FN+，和FN進(jìn)行比較，如果i^+,-Fw>0.3，則給出第一控
制信號(hào)，改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離變化與步 驟二保持一致，即使物鏡遠(yuǎn)離被測(cè)量物體；如果-0.3^7^+1-;^《0.3，則給出第二控
制信號(hào)，使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離保持不變，此時(shí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)被測(cè)量物體的聚焦； 如果尸^+1-/^<-0.3，則輸出第三控制信號(hào)，改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，并且
使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離變化與步驟二的變化相反，即使物鏡靠近被測(cè)量物體。 由于本發(fā)明在聚焦評(píng)估過程中，使參與聚焦的每幀圖像信號(hào)都調(diào)整在同一可比范圍
內(nèi)，從而擺脫聚焦過程對(duì)使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的限制；并且完全剔除 了復(fù)合同步信號(hào)，僅僅保留了純圖像信號(hào)，去除了背景等干擾信號(hào)所形成的小波峰，將 內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來進(jìn)行峰值累加，減少了計(jì)算量，加快 了計(jì)算速度，避免了計(jì)算結(jié)果的溢出，控制過程更加穩(wěn)定可靠，特別適用于對(duì)聚焦速度 要求較高的場合，例如高倍率的顯微鏡聚焦。
本發(fā)明另一方面提供了一種應(yīng)用上述自動(dòng)聚焦方法的顯微鏡，如圖2所示，包括有 用于放置被測(cè)量物體的顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)、視頻信號(hào)采集模塊、自動(dòng)聚焦控制 模塊和自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊。
本實(shí)施例中，視頻信號(hào)采集模塊提供聚焦用的視頻信號(hào)源，實(shí)時(shí)采集被測(cè)量物體的 原始視頻圖像信號(hào)，視頻信號(hào)采集模塊采用內(nèi)嵌于顯微鏡鏡體內(nèi)CMOS攝像頭，直接 采集物鏡成像，由此確保了聚焦信號(hào)與人眼或屏幕觀察操作時(shí)的同步同視場以及齊焦。 由于CMOS攝像頭采集的視頻信號(hào)，是彩色全電視信號(hào)，由亮度信號(hào)，已調(diào)色差信號(hào)、 復(fù)合消隱信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)、色同步信號(hào)組成，其中，亮度信號(hào)和已調(diào)色差信號(hào)構(gòu)成 彩色圖像信號(hào)，代表被攝圖像的亮度和色度信息，用以在接收端重現(xiàn)彩色圖像，由于人 眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)弱于對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨能力，因此，亮度信號(hào)(亮度細(xì)節(jié))是 決定圖像是否清晰的關(guān)鍵,而圖像的細(xì)節(jié)，在頻域的表現(xiàn)為高頻分量，所以圖像的聚焦與否(清晰與否)由圖像的高頻分量決定。
自動(dòng)聚焦控制模塊經(jīng)過對(duì)原始視頻圖像信號(hào)的分析處理后輸出控制信號(hào)發(fā)送給自 動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊，本實(shí)施例中，自動(dòng)聚焦控制模塊包括有-
一自動(dòng)增益控制模塊，與所述視頻信號(hào)采集模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟
一高通濾波模塊，與所述自動(dòng)增益控制模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟四； 一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟五； 一有效峰值選擇模塊，與所述選通模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟六； 一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟七； 一核心微處理器，與所述自動(dòng)增益控制模塊及峰值累加模塊相連，用來實(shí)現(xiàn)步驟一 和八，即輸出視頻信號(hào)可比能量范圍值給自動(dòng)增益控制模塊，并接收自動(dòng)增益控制模塊 發(fā)送過來的經(jīng)過自動(dòng)增益后的視頻信號(hào)；同時(shí)將峰值累加模塊輸出的每幀圖像的有效波 峰的峰值累加結(jié)果進(jìn)行比較，輸出第一控制信號(hào)或第二控制信號(hào)或第三控制信號(hào)給自動(dòng) 載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊以驅(qū)動(dòng)可升降自動(dòng)載物平臺(tái)的上升和下降，最終實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng) 聚焦；
一行幀信號(hào)檢測(cè)模塊，該行幀信號(hào)檢測(cè)模塊與視頻信號(hào)采集模塊的輸出端相連，用 來獲得原始視頻圖像信號(hào)的行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)供核心微處理器控制使用，核心微 處理器對(duì)測(cè)得的原始視頻圖像信號(hào)中的行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)進(jìn)行分析，并當(dāng)原始視 頻圖像信號(hào)中出現(xiàn)幀同步信號(hào)后給出一個(gè)幀控制觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)行同步信號(hào)當(dāng)原始 視頻圖像信號(hào)的每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號(hào)時(shí)給出一個(gè)行控制觸發(fā)信號(hào)。
本發(fā)明選通模塊所用的信號(hào)提取方式是截取，而不是過濾，其依據(jù)是信號(hào)在時(shí)間上 的特性，是一個(gè)嚴(yán)格規(guī)律的周期信號(hào)，在一個(gè)周期內(nèi)屬于亮度信號(hào)的起始單位時(shí)間脈沖 是固定的，因此在固定的時(shí)間單位內(nèi)讓該信號(hào)通過可以確保信號(hào)的完整和純粹。
自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊包括有一全自動(dòng)操作控制臺(tái)和一步進(jìn)電機(jī)，所述自動(dòng)載物 臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與所述核心微處理器相連，所述全自動(dòng)操作控制臺(tái)的輸出端與 所述步進(jìn)電機(jī)的輸入端相連，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端與所述顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái) 相連，全自動(dòng)操作控制臺(tái)根據(jù)接收的控制信號(hào)將升降信號(hào)發(fā)送給顯微鏡可升降自動(dòng)載物 平臺(tái)以驅(qū)動(dòng)顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)的升降，從而改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離 來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚焦。
因此，應(yīng)用上述自動(dòng)聚焦方法的顯微鏡通的自動(dòng)聚焦過程為參見圖3所示
步驟一、根據(jù)顯微鏡聚焦使用場合設(shè)定視頻信號(hào)可比能量范圍值，設(shè)定可升降自動(dòng) 載物平臺(tái)的調(diào)整步長，設(shè)定評(píng)估最大偏離值M， M取值范圍為
，本實(shí)施例中M 取值為0.1;
步驟二、顯微鏡物鏡不動(dòng)，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出上升的控制信號(hào)給可升降自動(dòng)載物平臺(tái)；
當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際使用情況，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊也可以輸出下降的控制信號(hào)給 可升降自動(dòng)載物平臺(tái)；
步驟三、視頻信號(hào)采集模塊采集可升降自動(dòng)載物平臺(tái)上待測(cè)圖像的原始視頻圖像信 號(hào)，并將原始視頻圖像信號(hào)輸送給自動(dòng)增益控制模塊和行幀信號(hào)檢測(cè)模塊；
步驟四、自動(dòng)增益控制模塊將所有輸入的原始視頻圖像信號(hào)的能量調(diào)整到視頻信號(hào) 可比能量范圍值內(nèi)從而得到第一視頻信號(hào)，行幀信號(hào)檢測(cè)模塊獲得行同步信號(hào)和幀同步 信號(hào)供核心處理器控制使用，核心微處理器對(duì)測(cè)得的視頻信號(hào)中的行同步信號(hào)和幀同步 信號(hào)進(jìn)行分析，并當(dāng)視頻信號(hào)中出現(xiàn)幀同步信號(hào)后給出一個(gè)幀控制觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)根據(jù) 行同步信號(hào)當(dāng)視頻信號(hào)的每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號(hào)時(shí)給出一個(gè)行控制觸發(fā)信 號(hào)；
步驟五、高通濾波模塊將第一視頻信號(hào)進(jìn)行高通濾波，濾除第一視頻信號(hào)的低頻部 分，保留第一視頻信號(hào)的高頻部分，從而得到第二視頻信號(hào)；
步驟六、選通模塊由核心微處理器輸出的行控制信號(hào)觸發(fā)對(duì)第二視頻信號(hào)中其他復(fù) 合同步信號(hào)進(jìn)行剝離，僅保留含純圖像信號(hào)，從而得到第三視頻信號(hào)；
步驟七、有效峰值選擇模塊將第三視頻信號(hào)中干擾信號(hào)所形成的小波峰去除，將第 四視頻信號(hào)中內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信 號(hào)；
步驟八、峰值累加模塊由核心微處理器輸出的幀控制信號(hào)觸發(fā)將第四視頻信號(hào)中第 N幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加得到i^，然后再對(duì)第四視頻信號(hào)中第N+l
幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加得到Fj^ ,并將累加結(jié)果輸送給核心微處理
器，其中N為自然數(shù)；
步驟九、核心微處理器將兩個(gè)累加結(jié)果F糾和FN進(jìn)行比較，如果Fw+,-&〉0.1，
則核心微處理器輸出與步驟二中相同的控制信號(hào)給自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊，自動(dòng)載物 臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出與步驟二中相同的控制信號(hào)給可升降自動(dòng)載物平臺(tái)，即讓可升降自
動(dòng)載物平臺(tái)繼續(xù)上升；如果-0.1SFW+1-Fw《0.1，則核心微處理器輸出停止控制信號(hào)
給自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊也輸出停止控制信號(hào)給可升降自 動(dòng)載物平臺(tái)，即讓可升降自動(dòng)載物平臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦；如果
^v+1 -尸w <_0.1 ，則核心微處理器輸出與步驟二中相反的控制信號(hào)給自動(dòng)載物臺(tái)控制-驅(qū)
動(dòng)模塊，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊也輸出與步驟二中相反的控制信號(hào)給可升降自動(dòng)載物 平臺(tái)，即讓可升降自動(dòng)載物平臺(tái)下降，
10步驟十、減小可升降自動(dòng)載物平臺(tái)的調(diào)整步長，重復(fù)步驟三到九，直至 -0.1^+1-i^0.1，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦。
一般，顯微鏡生產(chǎn)廠家在顯微鏡的出廠設(shè)置中，將可升降自動(dòng)載物平臺(tái)固定在顯微 鏡物鏡焦點(diǎn)的上面或下面，這時(shí)，顯微鏡的自動(dòng)聚焦方法與上述步驟不同的是
步驟二為當(dāng)可升降自動(dòng)載物平臺(tái)在顯微鏡焦點(diǎn)的上面，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊 輸出下降控制信號(hào)給可升降自動(dòng)載物平臺(tái)；當(dāng)可升降自動(dòng)載物平臺(tái)在顯微鏡焦點(diǎn)的下 面，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出上升控制信號(hào)給可升降自動(dòng)載物平臺(tái)；
步驟九為核心微處理器將將第四視頻信號(hào)中每一幀圖像信號(hào)的所有有效波峰的峰 值累加結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)峰值累加結(jié)果出現(xiàn)最大值時(shí)，自動(dòng)聚焦控制模塊輸出停止控制 信號(hào)給自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出停止控制信號(hào)給可升降 自動(dòng)載物平臺(tái)，使可升降自動(dòng)載物平臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1、一種自動(dòng)聚焦方法，通過實(shí)時(shí)采集被測(cè)量物體經(jīng)物鏡成像后的原始圖像視頻信號(hào)，并改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚焦，其特征在于所述自動(dòng)聚焦方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、根據(jù)聚焦使用場合設(shè)定視頻信號(hào)可比能量范圍值，設(shè)定聚焦評(píng)估最大偏離值M，M取值范圍為
；步驟二、改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離；步驟三、將實(shí)時(shí)采集的原始圖像視頻信號(hào)的能量調(diào)整到視頻信號(hào)可比能量范圍值內(nèi)從而得到第一視頻信號(hào)；步驟四、將第一視頻信號(hào)進(jìn)行高通濾波，濾除第一視頻信號(hào)的低頻部分，保留第一視頻信號(hào)的高頻部分，從而得到第二視頻信號(hào)；步驟五、將第二視頻信號(hào)中其他復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行剝離，僅保留含純圖像信號(hào)，從而得到第三視頻信號(hào)；步驟六、將第三視頻信號(hào)中干擾信號(hào)所形成的小波峰去除，將第三視頻信號(hào)中內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信號(hào)；步驟七、將第四視頻信號(hào)中第N幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加，然后再對(duì)第四視頻信號(hào)中第N+1幀圖像信號(hào)的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加，其中N為自然數(shù)；步驟八、將兩個(gè)累加結(jié)果進(jìn)行比較，如果第N+1幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果之差大于設(shè)定評(píng)估最大偏離值，則給出第一控制信號(hào)，改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，并且使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離變化與步驟二保持一致；如果第N+1幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在[-M～M]之間，則給出第二控制信號(hào)，使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離保持不變，此時(shí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)被測(cè)量物體的聚焦；如果第N+1幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號(hào)的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在小于-M，則輸出第三控制信號(hào)，改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離，并且使物鏡和被測(cè)量物體之間的距離變化與步驟二的變化相反。
2、 一種應(yīng)用權(quán)利要求l所述自動(dòng)聚焦方法的顯微鏡，包括有用于放置被測(cè)量物體 的顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)，視頻信號(hào)采集模塊，自動(dòng)聚焦控制模塊和自動(dòng)載物臺(tái)控 制驅(qū)動(dòng)模塊；其中，視頻信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)采集被測(cè)量物體的原始視頻圖像信號(hào)并輸送 給自動(dòng)聚焦控制模塊，自動(dòng)聚焦控制模塊經(jīng)過對(duì)原始視頻圖像信號(hào)的分析處理后輸出控 制信號(hào)發(fā)送給自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊，自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收的控制信號(hào)將升降信號(hào)發(fā)送給顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)以驅(qū)動(dòng)顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)的升 降，從而改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚焦，其特征在 于所述自動(dòng)聚焦控制模塊包括有-一自動(dòng)增益控制模塊，與所述視頻信號(hào)采集模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟一高通濾波模塊，與所述自動(dòng)增益控制模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟四； 一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟五； 一有效峰值選擇模塊，與所述選通模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟六； 一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，用來實(shí)現(xiàn)所述步驟七； 一核心微處理器，與所述自動(dòng)增益控制模塊及峰值累加模塊相連，用來實(shí)現(xiàn)步驟一 和八，即輸出視頻信號(hào)可比能量范圍值給自動(dòng)增益控制模塊，并接收自動(dòng)增益控制模塊 發(fā)送過來的經(jīng)過自動(dòng)增益后的視頻信號(hào)；同時(shí)將峰值累加模塊輸出的每幀圖像的有效波 峰的峰值累加結(jié)果進(jìn)行比較，輸出第一控制信號(hào)或第二控制信號(hào)或第三控制信號(hào)給自動(dòng) 載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊以驅(qū)動(dòng)可升降自動(dòng)載物平臺(tái)的上升和下降，最終實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng) 聚焦。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡，其特征在于所述自動(dòng)聚焦控制模塊還包括有 一行幀信號(hào)檢測(cè)模塊，該行幀信號(hào)檢測(cè)模塊與所述視頻信號(hào)采集模塊的輸出端相連，用 來獲得原始視頻圖像信號(hào)的行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)供所述核心微處理器控制使用，所 述核心微處理器對(duì)測(cè)得的原始視頻圖像信號(hào)中的行同步信號(hào)和幀同步信號(hào)進(jìn)行分析，并 當(dāng)原始視頻圖像信號(hào)中出現(xiàn)幀同步信號(hào)后給出一個(gè)幀控制觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)行同步信 號(hào)當(dāng)原始視頻圖像信號(hào)的每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號(hào)時(shí)給出一個(gè)行控制觸發(fā)信 號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡，其特征在于所述選通模塊與所述核心微處理 器相連，并且所述選通模塊由所述核心微處理器輸出的行控制觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)對(duì)視頻信號(hào) 中其他復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行剝離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡，其特征在于所述峰值累加模塊由所述核心微 處理器輸出的幀控制觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)截取第五視頻信號(hào)中的第N幀圖像信號(hào)和第N+l幀 圖像信號(hào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的顯微鏡，其特征在于所述自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模塊包括有一全自動(dòng)操作控制臺(tái)和一步進(jìn)電機(jī)，所述自動(dòng)載物臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)模 塊的輸入端與所述核心微處理器相連，所述全自動(dòng)操作控制臺(tái)的輸出端與所述步進(jìn)電機(jī) 的輸入端相連，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端與所述顯微鏡可升降自動(dòng)載物平臺(tái)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)聚焦方法，通過實(shí)時(shí)采集被測(cè)量物體經(jīng)物鏡成像后的原始圖像視頻信號(hào)，并改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量物體的自動(dòng)聚焦，其特征在于包括以下步驟一、設(shè)定視頻信號(hào)可比能量范圍值、評(píng)估最大偏離值M；二、改變物鏡和被測(cè)量物體之間的距離；三、將實(shí)時(shí)采集的原始圖像視頻信號(hào)的能量調(diào)整到視頻信號(hào)可比能量范圍值內(nèi)；四、濾除視頻信號(hào)的低頻部分，保留視頻信號(hào)的高頻部分；五、將視頻信號(hào)中其他復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行剝；六、去除干擾信號(hào)所形成的小波峰、七、將每幀圖像的所有有效波峰峰值進(jìn)行累加后比較；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)擺脫聚焦過程對(duì)使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的限制，聚焦精度高、速度快。
文檔編號(hào)G02B21/36GK101509998SQ20091009704
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者丁海波, 鳴 楊, 邱元芳 申請(qǐng)人:寧波永新光學(xué)股份有限公司