【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学信息获取与图像处理，具体涉及一种基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法。
技术介绍
1、傅里叶叠层成像技术英文准确名称为fourier ptychographic microscopy，简称fpm技术，由美国加州理工学院yang等人专利技术于2013年，中文翻译存在多种名称如傅立叶重叠关联成像、傅里叶叠层显微成像技术、傅里叶叠层成像术、傅里叶叠层技术等，本专利技术统一采用傅里叶叠层成像技术这一专业术语。fpm技术是一种极具前景的新一代计算光学成像技术，它将原先的阿贝远场衍射极限公式λ/2na改进为λ/(naillu+naobj)，其中naillu和naobj分别代表了照明和物镜数值孔径(numerical aperture，na)，并被写入goodman教授的《傅里叶光学导论》中。与传统的明场显微术相比，fpm技术融合了光学的相位恢复技术与微波的合成孔径技术，能够以低na物镜实现大视场的同时实现高分辨率和定量相位成像，从而能够实现较高的成像通量。
2、在数字病理切片成像的需求日益提升的环境下，我国高端病理学仪器的需求快速增加，以fpm技术为基础的光学显微仪器应势而生。提高仪器的自动化性能和工作效率也成为了其中的关键问题。需要对样品进行微观观察、操作的技术，都需要将成像探测器和被测样品准确地放置在显微光学系统的物像共轭面上，以实现样品聚焦。显微成像系统只有在准确聚焦的前提下，才能够提供系统所能提供的最清晰、细节最丰富、模糊程度最小、对比度最高的显微图像。因此高效的自动聚焦技术是数字病理成像手
3、自动聚焦技术最早出现于照相机领域，而随着机械自动化等技术的进步与发展，自动聚焦技术开始向着微型、大型和智能成像设备的方向发展，应用于智能摄像、航空航天、显微镜等领域。相较于手动调焦，自动聚焦技术不受人为因素影响，且调焦速度快、准确度高。目前商业化的数字病理切片扫描仪系统大多采用的是基于焦点图的自动对焦技术，一般来说，在样品扫描之前预先选定的焦点处采集包含有正负离焦的图像序列，之后再根据梯度搜索法确定样品的最佳聚焦位置。这种方法一是需要消耗大量时间，尤其是在图像采集过程中需要保证样品稳定且静止，无法做到扫描与聚焦并行运行或是聚焦动态样品；二是这种技术对位移平台的扫描精度以及位置重复精度有着很高的需求，价格往往很高，增加了系统成本。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于傅里叶叠层显微成像技术的自动聚焦方法，能够在低成本的情况下，解决现有fpm显微成像仪器在样品的扫描过程中出现的失焦、离焦问题、对动态样品的聚焦问题，使fpm成像系统能够做到实时聚焦。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，具体包括如下步骤：
4、步骤1：当基于傅里叶叠层显微成像系统的可编程led阵列中心对准成像系统后，点亮两颗中央对称的led灯珠对样品进行照明，这两颗led灯珠位于成像系统所用物镜的数值孔径内；
5、步骤2：通过改进的爬山搜索算法寻找样本清晰聚焦的位置，具体包括如下子步骤：
6、步骤21：沿着设置的初始方向在物镜初始位置即初始点x1按照初始步长移动两次，依次取两个点x2,x3(x1<x2<x3)分别得到三个位置坐标。
7、步骤22：在所得每个位置点上依次采集得到图像，将采集到的图像分别进行傅里叶变换，得到每个图像对应的频谱图；
8、步骤23，计算得到的三幅图像分别对应的总能量f1,f2,f3，具体计算公式如下：
9、
10、式中，fdft表示图像频谱的总能量，|f(u,v)|表示点(u,v)处的能量强度，u2+v2表示点(u,v)到坐标原点的距离的平方；
11、步骤24，对三幅图像对应的总能量f1,f2,f3进行归一化处理，得到处理后的三个能量值当它们两两之间的差值小于某一阈值时，认为已经达到焦点位置完成聚焦，最大能量值所对应的位置点即为准焦位置，对焦过程结束；或者，当搜索次数达到设定上限时，所得频谱能量最大值所在位置即为认定的准焦位置，同样完成聚焦，对焦过程结束；否则，执行步骤25；
12、步骤25，判断三者的大小关系：
13、若执行步骤26；
14、若执行步骤27；
15、若且或且则执行步骤28；
16、步骤26：以最大能量值所在位置点作为初始点x1，更改调焦方向为上一步骤移动的方向的相反方向，并将步长减半后依次顺序取两点x2,x3，重复步骤22～25；
17、步骤27：以当前的点x3作为新的初始点x1，调焦方向与上一步骤移动的方向相同，并将步长减半后重复步骤22～25；
18、步骤28：取中的最大值位置点作为中心点x2，并在其两侧按照减半后的步长分别重新取两点x1,x3，重复步骤22～25；
19、进一步的，步骤1中，可编程led阵列为32×32的平板方阵。
20、进一步的，步骤21中，初始步长为电机1000个脉冲。
21、进一步的，步骤24中，所述差值的阈值为5％。
22、相较于现有方法，本专利技术的有益效果是：
23、1)使用fpm技术的天然的技术优势，使用对称照明的单帧对焦方法，在对称led灯珠的照明下，采集单张图像并通过傅里叶变换得到所采集的图像在频域内的信息含量，通过计算图像频谱中的能量大小，利用图像在频域中信息含量的多少来确定聚焦的程度，之后使用爬山搜索算法寻找样本清晰的聚焦位置。在不增加系统价格成本的情况下，大大减轻人工干预，提高光学成像器件的成像效果和可靠性，并有效提高仪器的自动化性能和对焦效率，为相关行业和领域的应用提供更好的技术支持。
24、2)使用能量矩的评价函数，在评价图像聚焦质量方面更为准确、稳定、可靠。
25、3)具有兼容性与可拓展性，可根据需要集成到不同类型的成像设备中，为动态样品的实时对焦提供了可能，同时，是fpm技术在图像处理方向延拓的范例，可为fpm技术向其他领域的迁移应用提供参考。可应用于各种光学成像器件，包括低成本低性能设备，以弥补手动对焦过程中存在的缺陷。在远程监测需求方面，采用本专利技术的技术，更加精准、快速和自然。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，其特征在于，步骤1中，可编程LED阵列为32×32的平板方阵。
3.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，其特征在于，步骤21中，初始步长为电机1000个脉冲。
4.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，其特征在于，步骤24中，所述差值的阈值为5％。
【技术特征摘要】
1.一种基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于傅里叶叠层显微成像技术的对称照明自动对焦方法，其特征在于，步骤1中，可编程led阵列为32×32的平板方阵。
3....
【专利技术属性】
技术研发人员：潘安，冯天赐，王庆鑫，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。