一种体视显微镜的快速自动聚焦方法技术

本发明专利技术公开了一种体视显微镜的快速自动聚焦方法，其计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的视差，然后从立体显微标定图像序列中提取出一个清晰立体显微图像序列，接着从清晰立体显微图像序列中的所有立体显微图像的视差中找出值最小和值最大的视差，再在选定的倍率下任意获取一对立体显微图像，最后根据该对立体显微图像的视差及由值最小和值最大的视差确定的视差范围，实现该对立体显微图像内的目标对象的自动聚焦；优点是在同样的倍率下只需一次离线标定得到清晰立体显微图像的视差范围，就能使用于任意时刻的自动聚焦；在自动聚焦时，只需对拍摄的任意立体显微图像经过少量迭代次数的计算视差和比较运算，因此节省了大量的聚焦时间。

【技术实现步骤摘要】
一种体视显微镜的快速自动聚焦方法
本专利技术涉及一种体视显微镜聚焦技术，尤其是涉及一种体视显微镜的快速自动聚焦方法。
技术介绍
由于机器视觉系统的可靠性、相对低廉的价格和高产出，因此机器视觉系统在微观制造和检查领域得到了越来越广泛的使用。但是，机器视觉系统需要高效的图像处理算法来提取视觉特征，而提取视觉特征需要使用高质量和清晰的图像以确保视觉特征的精度。为了获得清晰的图像和最大限度地利用显微镜的潜能，在实施精细地处理前，使用高效、准确、鲁棒和快速的自动聚焦方法非常重要。一般的视觉系统中，聚焦被定义为通过调整物镜获得一系列图像中的最清晰图像。自动聚焦方法分为两类：主动聚焦方法和被动聚焦方法。主动聚焦方法是在相机上使用不同的发射装置，发出信号到物体，检测并调整物体与相机之间的距离实现聚焦；而被动聚焦方法是通过分析一系列拍摄的图像，选出最清晰图像。由于主动聚焦方法所采用的设备昂贵，因此被动聚焦方法是目前的研究趋势。目前提出了大量的被动聚焦方法，但是不同实验条件下选择合适的被动聚焦方法仍然不确定。传统的被动聚焦方法只利用了单目图像信息，即使确定了特定实验条件下的最佳清晰度函数，也会因为不具有表示图像本质的固定指标，使得每次聚焦也需要拍摄大量的清晰模糊图像序列，导致体视显微镜系统的聚焦过程比较耗时；另一方面，在不同的倍率下，体视显微镜都是有景深的，意指属于景深范围内拍摄的图像都是清晰的，但传统的被动聚焦方法没有判断任意一幅图像属于清晰还是模糊，因此造成研究者只倾向于寻找最清晰图像，同样耗费了大量的时间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种体视显微镜的快速自动聚焦方法，其能够对任意一对立体显微图像进行快速自动聚焦，聚焦过程耗时短。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种体视显微镜的快速自动聚焦方法，其特征在于包括以下步骤：①获取一个包含有M对立体显微图像的立体显微标定图像序列，立体显微标定图像序列中的M对立体显微图像按序从模糊到清晰再到模糊，且M对立体显微图像内的目标对象为同一个，将立体显微标定图像序列中的第i对立体显微图像记为Ii，其中，M≥50，1≤i≤M；②计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的视差，将Ii的视差记为di；③从立体显微标定图像序列中提取出一个清晰立体显微图像序列，具体过程为：③-1、利用Tenengrad清晰度算子计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的左视点图像的Tenengrad函数值；③-2、从M个Tenengrad函数值中找出值最大的Tenengrad函数值，记为然后根据选定的倍率的景深范围，选取对应的立体显微图像的前m对立体显微图像和后m对立体显微图像；再将对应的立体显微图像的前m对立体显微图像、对应的立体显微图像、对应的立体显微图像的后m对立体显微图像按序构成一个清晰立体显微图像序列；其中，m的取值与采用的体视显微镜的物镜的放大倍率β有关，它们之间的关系为：n表示放置于垂直升降台上的物体与采用的体视显微镜的物镜之间的介质的折射率，λ表示光波波长，e表示采用的体视显微镜的成像面上相邻的两感光元件之间可分辨的最小物理距离，β表示采用的体视显微镜的物镜的放大倍率，NA表示采用的体视显微镜的物镜的数值孔径，NA＝n×sinθ，θ表示离采用的体视显微镜的物镜中心光轴最远的折射光形成的角度，Δh表示垂直升降台每次移动的距离，单位为微米，2≤Δh≤20；④从清晰立体显微图像序列中的所有立体显微图像的视差中找出值最小的视差和值最大的视差，对应记为dCmin和dCmax，将区间[dCmin,dCmax]作为选定的倍率下的清晰立体显微图像的视差范围；⑤在选定的倍率下，利用体视显微镜任意获取一对成像的立体显微图像，记为Itest；然后计算Itest的视差，记为dtest；再根据dtest和[dCmin,dCmax]实现Itest内的目标对象的自动聚焦，具体过程为：⑤-1、判断|dtest-dmc|<T是否成立，如果成立，则确定Itest已为最清晰的图像，完成了Itest内的目标对象的自动聚焦；如果不成立，则执行步骤⑤-2；其中，符号“||”为取绝对值符号，dmc表示[dCmin,dCmax]中最清晰的图像对应的视差，T表示设定的判定阈值，T∈(0,1]；⑤-2、假设垂直升降台每次移动的距离为Δh微米，则计算Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台所需的移动次数，记为step，然后根据step确定Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台的移动方向，如果step小于0，则确定移动方向为向上，如果step大于0，则确定移动方向为向下，其中，2≤Δh≤20，dperstep表示垂直升降台向上移动一次或向下移动一次后，移动前获得的立体显微图像的视差与移动后获得的立体显微图像的视差的差值的绝对值；⑤-3、按照Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台所需的移动次数step和移动方向移动垂直升降台；⑤-4、在垂直升降台移动好后利用体视显微镜获取一对成像的立体显微图像，记为Itest'；然后计算Itest'的视差，记为dtest'；接着令Itest＝Itest'，并令dtest＝dtest'，再返回步骤⑤-1继续执行，进行自动聚焦迭代，其中，Itest＝Itest'和dtest＝dtest'中的“＝”为赋值符号。所述的步骤①中的立体显微标定图像序列的获取过程为：①-1、在体视显微镜的物镜的正下方放置一个垂直升降台，然后在垂直升降台上放置一个物体，接着利用体视显微镜观察物体的成像，并调整物体的位置使只有一个平面信息在成像的立体显微图像中，成像的立体显微图像内有目标对象；①-2、垂直升降台每次移动的距离为Δh微米，调整垂直升降台的高度，使成像的立体显微图像模糊，然后使垂直升降台沿同一个方向移动，每移动一次，即每移动Δh微米，获得一对成像的立体显微图像，共移动M次获得M对成像的立体显微图像，且M对成像的立体显微图像按序从模糊到清晰再到模糊，将M对成像的立体显微图像构成一个立体显微标定图像序列，其中，2≤Δh≤20，M≥50。所述的步骤②中的Ii的视差di、所述的步骤⑤中的Itest的视差dtest和Itest'的视差dtest'三者的获取过程相同，将Ii、Itest和Itest'分别定义为待处理图像，待处理图像的视差的获取过程为：a、利用准欧式极线校正算法对待处理图像进行极线校正，得到平行的立体显微图像；b、利用SURF算法提取平行的立体显微图像的左视点图像与右视点图像中的所有匹配点对，对于任意一对匹配点对，该匹配点对由平行的立体显微图像的左视点图像与右视点图像中相匹配的两个像素点构成；然后计算每对匹配点对的视差，对于任意一对匹配点对，该匹配点对的视差等于在平行的立体显微图像的左视点图像中的匹配点的横坐标减去在平行的立体显微图像的右视点图像中的匹配点的横坐标；再计算所有匹配点对的视差的平均值，将该平均值作为待处理图像的视差。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)由于本专利技术方法利用了获取的立体显微图像的双目信息，在同样的倍率下，只需一次离线标定得到清晰立体显微图像的视差范围，就能使用于任意时刻拍摄的立体显微图像的自动聚焦；在自动聚焦时，只需对拍摄的任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种体视显微镜的快速自动聚焦方法，其特征在于包括以下步骤：①获取一个包含有M对立体显微图像的立体显微标定图像序列，立体显微标定图像序列中的M对立体显微图像按序从模糊到清晰再到模糊，且M对立体显微图像内的目标对象为同一个，将立体显微标定图像序列中的第i对立体显微图像记为Ii，其中，M≥50，1≤i≤M；②计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的视差，将Ii的视差记为di；③从立体显微标定图像序列中提取出一个清晰立体显微图像序列，具体过程为：③‑1、利用Tenengrad清晰度算子计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的左视点图像的Tenengrad函数值；③‑2、从M个Tenengrad函数值中找出值最大的Tenengrad函数值，记为然后根据选定的倍率的景深范围，选取对应的立体显微图像的前m对立体显微图像和后m对立体显微图像；再将对应的立体显微图像的前m对立体显微图像、对应的立体显微图像、对应的立体显微图像的后m对立体显微图像按序构成一个清晰立体显微图像序列；其中，m的取值与采用的体视显微镜的物镜的放大倍率β有关，它们之间的关系为：n表示放置于垂直升降台上的物体与采用的体视显微镜的物镜之间的介质的折射率，λ表示光波波长，e表示采用的体视显微镜的成像面上相邻的两感光元件之间可分辨的最小物理距离，β表示采用的体视显微镜的物镜的放大倍率，NA表示采用的体视显微镜的物镜的数值孔径，NA＝n×sinθ，θ表示离采用的体视显微镜的物镜中心光轴最远的折射光形成的角度，Δh表示垂直升降台每次移动的距离，单位为微米，2≤Δh≤12；④从清晰立体显微图像序列中的所有立体显微图像的视差中找出值最小的视差和值最大的视差，对应记为dCmin和dCmax，将区间[dCmin,dCmax]作为选定的倍率下的清晰立体显微图像的视差范围；⑤在选定的倍率下，利用体视显微镜任意获取一对成像的立体显微图像，记为Itest；然后计算Itest的视差，记为dtest；再根据dtest和[dCmin,dCmax]实现Itest内的目标对象的自动聚焦，具体过程为：⑤‑1、判断|dtest‑dmc|<T是否成立，如果成立，则确定Itest已为最清晰的图像，完成了Itest内的目标对象的自动聚焦；如果不成立，则执行步骤⑤‑2；其中，符号“||”为取绝对值符号，dmc表示[dCmin,dCmax]中最清晰的图像对应的视差，T表示设定的判定阈值，T∈(0,1]；⑤‑2、假设垂直升降台每次移动的距离为Δh微米，则计算Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台所需的移动次数，记为step，然后根据step确定Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台的移动方向，如果step小于0，则确定移动方向为向上，如果step大于0，则确定移动方向为向下，其中，2≤Δh≤20，dperstep表示垂直升降台向上移动一次或向下移动一次后，移动前获得的立体显微图像的视差与移动后获得的立体显微图像的视差的差值的绝对值；⑤‑3、按照Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台所需的移动次数step和移动方向移动垂直升降台；⑤‑4、在垂直升降台移动好后利用体视显微镜获取一对成像的立体显微图像，记为Itest'；然后计算Itest'的视差，记为dtest'；接着令Itest＝Itest'，并令dtest＝dtest'，再返回步骤⑤‑1继续执行，进行自动聚焦迭代，其中，Itest＝Itest'和dtest＝dtest'中的“＝”为赋值符号。...

【技术特征摘要】
1.一种体视显微镜的快速自动聚焦方法，其特征在于包括以下步骤：①获取一个包含有M对立体显微图像的立体显微标定图像序列，立体显微标定图像序列中的M对立体显微图像按序从模糊到清晰再到模糊，且M对立体显微图像内的目标对象为同一个，将立体显微标定图像序列中的第i对立体显微图像记为Ii，其中，M≥50，1≤i≤M；②计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的视差，将Ii的视差记为di；③从立体显微标定图像序列中提取出一个清晰立体显微图像序列，具体过程为：③-1、利用Tenengrad清晰度算子计算立体显微标定图像序列中的每对立体显微图像的左视点图像的Tenengrad函数值；③-2、从M个Tenengrad函数值中找出值最大的Tenengrad函数值，记为然后根据选定的倍率的景深范围，选取对应的立体显微图像的前m对立体显微图像和后m对立体显微图像；再将对应的立体显微图像的前m对立体显微图像、对应的立体显微图像、对应的立体显微图像的后m对立体显微图像按序构成一个清晰立体显微图像序列；其中，m的取值与采用的体视显微镜的物镜的放大倍率β有关，它们之间的关系为：n表示放置于垂直升降台上的物体与采用的体视显微镜的物镜之间的介质的折射率，λ表示光波波长，e表示采用的体视显微镜的成像面上相邻的两感光元件之间可分辨的最小物理距离，β表示采用的体视显微镜的物镜的放大倍率，NA表示采用的体视显微镜的物镜的数值孔径，NA＝n×sinθ，θ表示离采用的体视显微镜的物镜中心光轴最远的折射光形成的角度，Δh表示垂直升降台每次移动的距离，单位为微米，2≤Δh≤20；④从清晰立体显微图像序列中的所有立体显微图像的视差中找出值最小的视差和值最大的视差，对应记为dCmin和dCmax，将区间[dCmin,dCmax]作为选定的倍率下的清晰立体显微图像的视差范围；⑤在选定的倍率下，利用体视显微镜任意获取一对成像的立体显微图像，记为Itest；然后计算Itest的视差，记为dtest；再根据dtest和[dCmin,dCmax]实现Itest内的目标对象的自动聚焦，具体过程为：⑤-1、判断|dtest-dmc|<T是否成立，如果成立，则确定Itest已为最清晰的图像，完成了Itest内的目标对象的自动聚焦；如果不成立，则执行步骤⑤-2；其中，符号“||”为取绝对值符号，dmc表示[dCmin,dCmax]中最清晰的图像对应的视差，T表示设定的判定阈值，T∈(0,1]；⑤-2、假设垂直升降台每次移动的距离为Δh微米，则计算Itest内的目标对象聚焦到最清晰位置时垂直升降台所需的移动次数，记为step，然后根据ste...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁梅，刘奕，崔力，范胜利，王一刚，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33