一种生物显微镜的光路对准方法技术

本发明专利技术公开了一种生物显微镜的光路对准方法，属于光学仪器设备技术领域；该方法仅基于图像传感器实现4

【技术实现步骤摘要】
一种生物显微镜的光路对准方法


[0001]本专利技术涉及光学仪器设备的
，更具体地说，尤其涉及一种生物显微镜的光路对准方法。

技术介绍

[0002]根据光学生物显微镜的操作规则，标本观测时应先使用视场较大的低倍物镜执行初始聚焦，搜索观测目标并调整至视野中心，随后切换至高倍物镜进一步观测。而低倍物镜光路对准是该实现观测过程的前提。因此，光学生物显微镜获取清晰图像的完整过程可分解为三个有序的步骤：4
×
物镜识别、光路对准和聚焦。对于普通生物显微镜，前两个步骤分别通过人眼观测和手动调节低倍物镜移至卡槽内实现，而全自动光学生物显微镜则要求所有步骤自动实现。传统的自动化低倍物镜识别与光路对准方法主要通过增设标记物和检测电路实现，但这类方法会增加全自动光学生物显微镜的结构复杂度。利用光学成像系统基本部件——图像传感器来实现自动化低倍物镜识别与光路对准可有效控制系统结构复杂度。
[0003]常规光学生物显微物镜包括4
×
、10
×
、20
×
、40
×
、60
×
、100
×
等倍率。其中40
×
以上物镜光斑极暗，容易区分，而20
×
以下物镜则容易混淆，尤其是4
×
、10
×
两种物镜。由此可见，基于图像传感器的自动化低倍物镜识别实质上是根据成像特性区分4
×
、10
×
这两种物镜。而摄像头曝光等级、光源亮度的改变均可能直接影响光斑图像特征，导致难以使用统一的判决阈值在较大的成像条件动态范围下区分出4
×
或者10
×
这两种物镜。因此，亟待专利技术一种生物显微镜的自动识别与光路对准方法，使判决阈值能够适应不同成像条件，以便进一步提升4
×
物镜识别的鲁棒性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种生物显微镜的光路对准方法，利用该方法能够基于图像传感器实现4
×
物镜识别与光路对准，具有搜索收敛速度快、对准精度高的特点。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种生物显微镜的光路对准方法，包括物镜识别处理和光路对准处理，所述的物镜识别处理包括如下步骤：
[0007](1)无试样条件下，驱动物镜转换器转动物镜获取光斑图像A1；
[0008](2)根据物镜长度和物镜转换器转动速度等系统光路参数计算4
×
物镜对应的过渡帧数量N；
[0009](3)将光斑图像A1按过渡帧数量N的取整值N
′
均分为N
′×
N
′
个光斑图像子块，计算各光斑图像子块的局部标准差；
[0010](4)用N
′×
N
′
二维高斯矩阵为不同位置的光斑图像子块的局部标准差分配不同的权重，随后计算调整权重后的局部标准差矩阵的总标准差；
[0011](5)计算光斑图像非零像素比例对50％的接近度因子，最后4
×
物镜识别判据由总
标准差除以该50％接近度因子得到；
[0012](6)根据光路系统特性设定物镜识别判据的阈值以识别4
×
物镜，若大于则进入光路对准处理，否则重复步骤(1)；
[0013]所述的光路对准处理包括光路粗对准处理和光路细对准处理。
[0014]进一步的，所述的光路粗对准处理包括如下步骤：
[0015](1)将所述物镜识别处理的步骤(1)所得光斑图像A1进行预处理得光斑预处理图像P1；
[0016](2)在光斑预处理图像P1中提取出一组同心圆弧，对每个圆弧进行二等分后分别进行圆拟合得到拟合半径和圆心；
[0017](3)根据两个拟合半径、圆心的差值确定该段圆弧的对称度，并据此为该圆弧分配权值，通过各段圆弧圆心位置的加权估计出A1光斑中心位置C1；
[0018](4)驱动物镜转换器转动角度β，获取光斑图像A2，对光斑图像A2采用与光斑图像A1相同的处理方法，估计出A2对应的光斑中心位置C2；
[0019](5)根据光斑中心位置C1和光斑中心位置C2估计出光斑中心运动轨迹，根据该轨迹计算C2移至图像中心位置所需的物镜转换器转动角度β
′
，驱动物镜转换器转动角度β
′
。
[0020]进一步的，所述的光路细对准处理包括如下步骤：
[0021](1)驱动物镜转换器转动角度α，其中每转动0.86
°
，获取光斑图像B
m
，将光斑图像B
m
进行灰度化处理后计算光斑图像能量E
m
和图像能量变化量ΔE
m
，计算当前物镜位置的光路对准度评价值S
m
，其中：
[0022]S
m
＝E
m
/ΔE
m
；
[0023](2)对光路对准度评价值S
m
取峰值即得最佳光路对准位置。
[0024]进一步的，所述的物镜识别处理的步骤(2)中，过渡帧个数N的计算方法为：
[0025][0026]其中，H
IS
为图像传感器高度，H
Len
为物镜中心点到光轴的垂直距离，L
Len
为物镜长度，L
Parfocal
为齐焦距离，L
Cone
为镜筒长度，L
C
为聚光器光线汇聚点到试样正焦平面的距离，ω为物镜转换器的转动角速度。
[0027]进一步的，所述的物镜识别处理的步骤(4)中，对每一光斑图像子块进行权重计算的公式为：
[0028][0029]其中，TP
′
i,j
为第i,j个光斑图像子块标准差的权重值，σ
H
为预设值；
[0030]对光斑图像子块权重矩阵的各元素进行归一化处理的计算公式为：
[0031]TP
i,j
＝TP
′
i,j
/max(TP
′
i,j
)；
[0032]其中，TP
i,j
为光斑图像子块权重矩阵第i,j个元素归一化值。
[0033]进一步的，所述的物镜识别处理的步骤(5)中，系统曝光等级、光源亮度分别为Υ
和Γ时，4
×
物镜识别判据的计算公式为：
[0034][0035]其中，g为光斑图像非零像素比例对50％的接近度，计算公式为：
[0036][0037]W
im
为光斑图像的行像素数量，H
im
为光斑图像的列像素数量；
[0038][0039]I(k,l)为光斑图像第k行l列的像素灰度值；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物显微镜的光路对准方法，其特征在于，包括物镜识别处理和光路对准处理，所述的物镜识别处理包括如下步骤：(1)无标本条件下，驱动物镜转换器转动物镜获取光斑图像A1；(2)根据物镜长度和物镜转换器转动速度等系统光路参数计算4
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物镜对应的过渡帧数量N；(3)将光斑图像A1按过渡帧数量N的取整值N
′
均分为N
′×
N
′
个光斑图像子块，计算各光斑图像子块的局部标准差；(4)用N
′×
N
′
二维高斯矩阵为不同位置的光斑图像子块的局部标准差分配不同的权重，随后计算调整权重后的局部标准差矩阵的总标准差；(5)计算光斑图像非零像素比例对50％的接近度因子，最后4
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物镜识别判据由总标准差除以该50％接近度因子得到；(6)根据光路系统特性设定物镜识别判据的阈值以识别4
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物镜，若大于则进入光路对准处理，否则重复步骤(1)；所述的光路对准处理包括光路粗对准处理和光路细对准处理。2.根据权利要求1所述的一种生物显微镜的光路对准方法，其特征在于，所述的光路粗对准处理包括如下步骤：(1)将所述物镜识别处理的步骤(1)所得光斑图像A1进行预处理得光斑预处理图像P1；(2)在光斑预处理图像P1中提取出一组同心圆弧，对每个圆弧进行二等分后分别进行圆拟合得到拟合半径和圆心；(3)根据两个拟合半径、圆心的差值确定该段圆弧的对称度，并据此为该圆弧分配权值，通过各段圆弧圆心位置的加权估计出A1光斑中心位置C1；(4)驱动物镜转换器转动角度β，获取光斑图像A2，对光斑图像A2采用与光斑图像A1相同的处理方法，估计出A2对应的光斑中心位置C2；(5)根据光斑中心位置C1和光斑中心位置C2估计出光斑中心运动轨迹，根据该轨迹计算C2移至图像中心位置所需的物镜转换器转动角度β
′
，驱动物镜转换器转动角度β
′
。3.根据权利要求1所述的一种生物显微镜的光路对准方法，其特征在于，所述的光路细对准处理包括如下步骤：(1)驱动物镜转换器转动角度α，其中每转动0.86
°
，获取光斑图像B
m
，将光斑图像B
m
进行灰度化处理后计算光斑图像能量E
m
和图像能量变化量ΔE
m
，计算当前物镜位置的光路对准度评价值S
m
，其中：S
m
＝E
m

【专利技术属性】
技术研发人员：彭国晋，周信健，黄家广，玉振明，王奎奎，
申请(专利权)人：梧州学院，
类型：发明
国别省市：