一种显微成像系统及其实时对焦方法技术方案

本发明专利技术涉及一种显微成像系统及其实时对焦方法，其中显微成像系统，包括：主光源，聚光镜，所述聚光镜的光轴与所述主光源相同轴地位于所述主光源的正上方；成像单元，所述成像单元与所述聚光镜的光轴相重合地位于所述聚光镜的正上方；衍射光发生单元，用于在所述成像单元获取的图像中产生衍射环。通过采用本发明专利技术的衍射光发生单元，使显微成像系统在离焦状态下能够根据对离焦图像进行自相关处理即可获取衍射环的半径。根据自相关处理后的离焦自相关图像生成光强分布图，根据光强分布图中的光强主极大和光强次级大之间的像素值，就可计算一级衍射环的半径值。保证了显微成像系统对焦的精度和效率。

A microscopic imaging system and its real-time focusing method

The invention relates to a microscopic imaging system and its real-time focusing method, the microscopic imaging system, including: the main light source, condenser, the optical axis of the condensing lens and the main light source located on the same axis of the main light is over; the imaging unit, just above the optical axis of the imaging unit and the condenser the coincidence in the condenser; the diffracted light generating unit for generating diffraction ring image acquisition in the imaging unit. By adopting the diffractive light generating unit of the invention, the radius of the diffraction ring can be obtained by autocorrelation processing of the defocus image in the defocus state of the microscopic imaging system. According to the autocorrelation processed autocorrelation image, the intensity distribution map is generated. According to the pixel value between the maximum intensity of light intensity and the secondary intensity of light intensity, the radius of the first order diffraction ring can be calculated. The accuracy and efficiency of the focus of the microscopic imaging system are ensured.

【技术实现步骤摘要】
一种显微成像系统及其实时对焦方法
本专利技术涉及一种成像系统及其对焦方法，尤其涉及一种显微成像系统及其对焦方法。
技术介绍
显微成像过程中，需要时刻保持物镜能够对样品进行清晰成像。因此，显微成像系统中对焦是前提。现有技术中，自动对焦技术主要分为两类：一类是基于图像灰度对比度分析法的被动对焦方法。另一类是基于测距法的主动对焦方法。被动对焦方法是通过改变相机与目标物间的距离获取多幅图像，分析图像特征实现的。这种方法需要使镜头的移动距离长，以及连续采集多幅图像计算相应位置清晰度来构成一条曲线，根据该曲线极大值判定焦点位置。被动对焦方法计算量较大,需要镜头多次位移，难以满足实时对焦过程中快速精准的要求。主动对焦方法通过添加额外的信号发射接收装置实现对焦,常见的有红外测距、超声波测距和三角测距法等。当被测目标对红外光或超声波有较强的吸收作用时，主动对焦方法容易失灵或对焦不准确。特别是对于显微对焦而言，高倍率物镜的使用使得焦深大幅降低(微米级)，红外测距、超声测距以及三角测距的精度都很难满足该要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种显微成像系统及其对焦方法，解决显微成像系统对焦精度差的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种显微成像系统，包括：主光源；聚光镜，所述聚光镜位于所述主光源的上方，且所述聚光镜的光轴与所述主光源的光轴相互重合设置；成像单元，所述成像单元位于所述聚光镜的上方，且所述成像单元的光轴与所述聚光镜的光轴相互重合设置；还包括：衍射光发生单元，用于在所述成像单元获取的图像中产生衍射环。根据本专利技术的一个方面，所述衍射光发生单元位于所述聚光镜下方或与所述成像单元相连接。根据本专利技术的一个方面，所述衍射光发生单元包括辅助光源；所述辅助光源位于所述聚光镜下方的焦平面上，且所述辅助光源偏离所述聚光镜的光轴。根据本专利技术的一个方面，所述成像单元包括：物镜，所述物镜位于所述聚光镜的上方，且所述物镜的光轴与所述聚光镜的光轴相互重合设置；聚合镜，所述聚合镜位于所述物镜的上方，且所述聚合镜的光轴与所述物镜的光轴相互重合设置。根据本专利技术的一个方面，还包括：载物台，所述载物台位于所述物镜与所述聚光镜之间；成像相机，所述成像相机位于所述聚合镜的上方，且所述成像相机的光轴与所述聚合镜的光轴相互重合设置；中央控制单元，所述中央控制单元与所述成像单元相连接；驱动装置，用于调节所述物镜与载物台之间的距离。根据本专利技术的一个方面，所述衍射光发生单元包括：分束镜，所述分束镜设置于所述物镜与所述聚合镜之间；光阑，所述光阑位于所述分束镜的分光路径上；对焦相机，所述对焦相机与所述分束镜分别位于所述光阑的两侧，且所述对焦相机与所述中央控制单元相连接；第一镜头，设置与所述分束镜和所述对焦相机之间。根据本专利技术的一个方面，所述分束镜的分光路径的光轴与所述对焦相机的光轴重合；所述光阑的通光孔的中心轴与所述对焦相机的光轴相平行地偏离设置。根据本专利技术的一个方面，所述第一镜头至少为两个，且所述第一镜头分别与所述对焦相机的光轴相重合地设置。根据本专利技术的一个方面，所述第一镜头为两个，且两个所述第一镜头分别位于所述光阑相对的两侧。根据本专利技术的一个方面，所述通光孔(431)为矩形孔、圆孔。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种实时对焦方法，包括：S1.使载物台位于物镜的焦点位置；S2.以预定间隔距离调整所述物镜与所述载物台之间的距离，通过所述物镜获取样品离焦图像；S3.根据所述样品离焦图像生成具有衍射环的离焦自相关图像，并获取所述衍射环的半径值；S4.重复S2-S3，根据所述半径值与所述预定间隔距离获取离焦关系曲线；S5.获取样品图像，并根据所述样品图像获取其衍射环的半径值；S6.根据所述离焦关系曲线，控制所述载物台保持在所述物镜的焦点位置。根据本专利技术的一个方面，衍射光发生单元位于聚光镜下方，S1步骤中包括：S11.打开主光源，使所述载物台位于所述物镜的焦点位置；S12.关闭所述主光源，打开辅助光源，通过成像相机获取所述载物台上样品的在焦图像。根据本专利技术的一个方面，衍射光发生单元与所述成像单元相连接，S1步骤中包括：S11.打开主光源，使所述载物台位于所述物镜的焦点位置；S12.调整光阑的通光孔的位置，通过对焦相机获取最清晰的在焦图像。根据本专利技术的一个方面，S3步骤中，包括：S31.将所述样品离焦图像进行傅里叶变换，获取所述样品离焦图像的功率谱信息；S32.将所述样品离焦图像的功率谱信息进行逆傅里叶变换获取中间图像；S33.对所述中间图像进行自相关处理，生成离焦光强分布图；S34.根据所述离焦光强分布图中光强主极大和光强次极大之间的像素差获取所述衍射环的半径值。根据本专利技术的一种方案，通过采用本专利技术的衍射光发生单元，使显微成像系统在离焦状态下能够根据对离焦图像进行自相关处理即可获取衍射环的半径。根据自相关处理后的离焦自相关图像生成光强分布图，根据光强分布图中的光强主极大和光强次级大之间的像素值，就可计算一级衍射环的半径值。根据光强主极大和光强次级大之间的像素值得出的一级衍射环的半径值快速准确，实现对显微成像系统的实时对焦，保证了显微成像系统对焦的精度和效率。根据本专利技术的一种方案，衍射光发生单元结构简单，装拆方便。通过上述衍射光发生单元的设置方式，将衍射光发生单元安装到显微成像系统中时，对显微成像系统的改动小，从而保证了限位成像系统的成像稳定，以及显微成像系统的结构稳定。同时，采用本专利技术的衍射光发生单元节省成本，易于实现。附图说明图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的结构图；图2示意性表示根据本专利技术的另一种实施方式的显微成像系统的结构图；图3示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的实时对焦方法的步骤框图；图4示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的样品在焦自相关图；图5示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的样品在焦光强分布图；图6示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的不同衍射光发生单元位置与样品在焦光强分布图；图7示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的实时对焦方法的离焦图像处理步骤框图；图8示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的样品离焦自相关图；图9示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的样品离焦光强分布图；图10示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的不同离焦量下样品离焦光强分布图；图11示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显微成像系统的离焦曲线的坐标图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显微成像系统，包括：主光源(1)；聚光镜(2)，所述聚光镜(2)位于所述主光源(1)的上方，且所述聚光镜(2)的光轴与所述主光源(1)的光轴相互重合设置；成像单元(3)，所述成像单元(3)位于所述聚光镜(2)的上方，且所述成像单元(3)的光轴与所述聚光镜(2)的光轴相互重合设置；其特征在于，还包括：衍射光发生单元(4)，用于在所述成像单元(3)获取的图像中产生衍射环。

【技术特征摘要】
1.一种显微成像系统，包括：主光源(1)；聚光镜(2)，所述聚光镜(2)位于所述主光源(1)的上方，且所述聚光镜(2)的光轴与所述主光源(1)的光轴相互重合设置；成像单元(3)，所述成像单元(3)位于所述聚光镜(2)的上方，且所述成像单元(3)的光轴与所述聚光镜(2)的光轴相互重合设置；其特征在于，还包括：衍射光发生单元(4)，用于在所述成像单元(3)获取的图像中产生衍射环。2.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述衍射光发生单元(4)位于所述聚光镜(2)下方或与所述成像单元(3)相连接。3.根据权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述衍射光发生单元(4)包括辅助光源(41)；所述辅助光源(41)位于所述聚光镜(2)下方的焦平面上，且所述辅助光源(41)偏离所述聚光镜(2)的光轴。4.根据权利要求1或2所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像单元(3)包括：物镜(31)，所述物镜(31)位于所述聚光镜(2)的上方，且所述物镜(31)的光轴与所述聚光镜(2)的光轴相互重合设置；聚合镜(32)，所述聚合镜(32)位于所述物镜(31)的上方，且所述聚合镜(32)的光轴与所述物镜(31)的光轴相互重合设置。5.根据权利要求4所述的显微成像系统，其特征在于，还包括：载物台(5)，所述载物台(5)位于所述物镜(31)与所述聚光镜(2)之间；成像相机(6)，所述成像相机(6)位于所述聚合镜(32)的上方，且所述成像相机(6)的光轴与所述聚合镜(32)的光轴相互重合设置；中央控制单元(7)，所述中央控制单元与所述成像单元(3)相连接；驱动装置(8)，用于调节所述物镜(31)与载物台(5)之间的距离。6.根据权利要求5所述的显微成像系统，其特征在于，所述衍射光发生单元(4)包括：分束镜(42)，所述分束镜(42)设置于所述物镜(31)与所述聚合镜(32)之间；光阑(43)，所述光阑(43)位于所述分束镜(42)的分光路径上；对焦相机(44)，所述对焦相机(44)与所述分束镜(42)分别位于所述光阑(43)的两侧，且所述对焦相机(44)与所述中央控制单元(7)相连接；第一镜头(45)，设置与所述分束镜(42)和所述对焦相机(44)之间。7.根据权利要求6所述的显微成像系统，其特征在于，所述分束镜(42)的分光路径的光轴与所述对焦相...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，梅蓉，余乐，
申请(专利权)人：宁波舜宇仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33