用于在自动聚焦系统中使用的图像处理装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定自动聚焦系统(13)，特别是被动式自动聚焦系统(13)中的经聚焦输出图像(O

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在自动聚焦系统中使用的图像处理装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于自动聚焦系统，特别是被动式自动聚焦系统的图像处理装置和方法，诸如显微镜或内窥镜中的自动聚焦系统。

技术介绍

[0002]特别是在广角显微镜中，基于软件的被动式自动聚焦会比较在不同焦点位置/焦点距离处获取的一组堆叠的输入图像的对比度，以找到最清晰的输入图像。然后最清晰的输入图像定义最佳焦距或用作要显示给用户的输出图像。基于这种自动聚焦的装置和方法既可以用于寻找焦点，即找到最佳对焦位置，也可以用于保持焦点，即将移动的物体保持对焦。
[0003]显微镜的自动聚焦系统是例如从US 4,958,920已知的。此系统结合了第一主动自动聚焦系统和第二被动式自动聚焦系统。主动自动聚焦系统将至少一个光点投射到物体上，并根据光点的反射特性产生聚焦信号。被动式自动聚焦系统产生代表物体图像的视频信号，然后使用该视频信号的图像对比度作为聚焦标准。视频信号是一种模拟信号，其经过高通滤波后被整合并转换为数字信号。模拟视频信号需要调整积分器才能正确聚焦。
[0004]基于对比度的自动聚焦的一个缺点是计算量大。另一个缺点是结果对于漫反射样本不是最佳的。

技术实现思路

[0005]因此，需要一种快速可靠的、特别是被动式的、特别是基于软件的自动聚焦，它适用于漫反射探针，并且可以用于寻找和保持焦点。
[0006]这种需要由用于确定自动聚焦系统，特别是被动式自动聚焦和/或软件自动聚焦系统中的经聚焦输出图像的图像处理装置解决，其中图像处理装置被配置为检索一组输入图像；为所述组输入图像中的至少一个，优选每个输入图像计算至少一个基线估计，所述至少一个基线估计表示所述至少一个输入图像中的图像结构，所述图像结构具有大于预定图像特征长度尺度的长度尺度；计算一组输出图像；基于(a)所述组输入图像的一不同输入图像和用于此输入图像的至少一个基线估计(b)以及用于相应的不同输入图像的至少一个基线估计中的一个，计算所述组输出图像的每个输出图像；以及将所述组输出图像中的一个输出图像确定为经聚焦输出图像。
[0007]上述需要通过一种用于在自动聚焦系统中提供经聚焦输出图像的计算机实现的图像处理方法进一步解决，包括以下步骤：检索一组输入图像；为所述组输入图像中的输出图像的计算至少一个基线估计，该至少一个基线估计表示具有大于预定图像特征长度尺度的长度尺度的图像结构；计算一组输出图像；计算所述组输出图像的步骤包括以下步骤：基于以下之一计算所述组输出图像的每个输出图像：(a)所述组输入图像的一不同输入图像和此输入图像的至少一个基线估计，以及(b)用于相应的不同输入图像的至少一个基线估计；以及选择所述组输出图像中的一个输出图像作为经聚焦输出图像。
[0008]该目的进一步通过以下来解决，一种存储使计算机执行要求保护的方法的程序的非暂时性计算机可读介质；当计算机程序在处理器上运行时，通过具有用于执行要求保护的方法的程序代码的计算机程序；通过作为执行要求保护的方法的结果的输出图像；和/或通过输入和输出图像数据训练的神经网络设备或机器学习设备，其中输出图像数据是通过要求保护的方法从输入图像数据创建的。
[0009]图像处理装置和方法都使用基线估计。当使用可能包括光学系统和相机的成像系统记录三维区域的二维图像时，只有在光学系统的焦点区域中的那些特征将被清晰地呈现。不在焦点区域内的项目被模糊。在这种情况下，输入图像的“内容”应该存在于对焦贡献中，即焦点区域中的特征。对图像的离焦贡献会导致标准引擎和图像锐化方法，诸如反卷积无法去除的伪影。
[0010]离焦贡献可以表示为输入图像的基线，即通过涉及较大长度尺度的图像特征的平滑、渐进、低频变化。这反映了对输入图像的离焦贡献的漫反射特征。对焦分量可以表示为关于基线的高频变化，其中该变化包括高频变化和相应的较小长度尺度的特征。这反映了在清晰聚焦的输入图像中遇到的短距离对比度的急剧变化。
[0011]计算基线估计允许预测离焦分量，从而更可靠地获得经聚焦输出图像。
[0012]上述装置和方法可以通过添加以下描述的一个或多个特征来进一步改进。可以独立于其他特征将以下每个特征添加到图像处理方法、观察设备和/或图像处理装置。此外，每个特征都有其自身的有利技术效果，如下文所述。
[0013]术语“图像”涉及可以可视化为图像的任何类型的数据。术语“输入图像”和“输入图像数据”或“数字输入图像数据”以及“输出图像”和“输出图像数据”或“数字输出图像数据”作为最终图像及其内容同义使用由(数字)图像数据定义。图像数据可以是离散值并且是实值的，即由浮点数表示，或者是整数值。
[0014]术语“颜色”通常可能与特定波长或特定波段的输入信号强度或强度有关。波长可以指频谱或空间谱。术语“颜色”不一定限于图像输入数据，还可能涉及其他类型的输入数据，诸如下面进一步列出的。术语“颜色空间”同样不限于输入图像数据，而是可以指代以不同、重叠或非重叠波长或波段记录的任何一组输入图像数据。在此上下文中的波长可以对应于空间或时间波长，即与时间或空间频率相关。记录输入或输出信号的一组波长或波段对应于“颜色空间”。这些波长或波段中的每一个都构成单独的“通道”或“颜色通道”。
[0015]例如，输入图像可以是数字输入图像并且可以包含或由优选地表示可见和/或不可见光记录的数字输入图像数据、输入声纳、声音和/或超声数据、输入雷达数据、输入光谱学和/或光谱数据组成，光谱数据包括倒谱、输入微波数据、输入振动数据，诸如地震数据、任何类型的断层扫描的输入断层扫描数据和统计数据，诸如证券交易所数据，以及它们的任何组合。输入图像可以是一维、二维、三维和N维之一。输入图像可以是单色图像或彩色图像，诸如RGB、多光谱或高光谱图像。
[0016]输出图像可以是数字输出图像并且可以包含或由优选地表示可见和/或不可见光记录的数字输出图像数据、输出声纳、声音或超声数据、输出雷达数据、输出光谱和/或光谱数据组成，光谱数据包括倒谱、输出微波数据、输出振动数据，诸如地震数据，以及统计数据，诸如证券交易所数据，以及它们的任意组合。输出图像数据可以是一维、二维、三维和N维之一。可以输出输出图像数据以供进一步处理。
[0017]输入图像最好是N维阵列I(x
i
)，其中N是大于2的整数。项x
i
是元组{x1；
…
；x
N
}的快捷表示法，包含N个位置值并表示阵列中的离散位置x
i
‑
或该位置的位置向量。位置x
i
可以由输入图像数据中的像素或优选地相干的一组像素来表示。离散位置x
i
例如表示在二维输入图像数据和离散位置变量的三元组{x1；x2；x3}在三维输入图像数据的情况下的一对离散位置变量{x1；x2}。在第i维，阵列可能包含Mi个位置，即x
i
＝{x
i，1
，...，x
i
，M
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定自动聚焦系统(13)，特别是破动式自动聚焦系统(13)中的经聚焦输出图像(O
AF
(x
i
))的图像处理装置(1)，其中，所述图像处理装置(1)被配置为
‑
检索一组(11)输入图像(I(x
i
))；
‑
为所述组输入图像中的至少一个输入图像计算至少一个基线估计(f(x
i
))，所述至少一个基线估计表示所述至少一个输入图像中的图像结构，所述图像结构具有大于预定图像特征长度尺度(fl
j
)的长度尺度；
‑
计算一组(31)输出图像(O(x
i
))；
‑
基于(a)所述组输入图像中的一不同输入图像和用于此输入图像的至少一个基线估计以及(b)用于相应的不同输入图像的至少一个基线估计中的一个，计算所述组输出图像中的每一输出图像；以及
‑
将所述组输出图像中的一个输出图像确定为所述经聚焦输出图像。2.根据权利要求1所述的图像处理装置(1)，其中被配置为基于一不同输入图像(I(x
i
))和用于此输入图像的至少一个基线估计(f(x
i
))计算所述组(31)输出图像中的每一输出图像(O(x
i
))的所述图像处理装置(1)，被进一步配置为：
‑
从相应的输入图像(I(x
i
))中去除所述至少一个基线估计(f(x
i
))以获得所述组(31)输出图像中的输出图像(O(x
i
))。3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置(1)，其中，所述图像处理装置(1)被配置为
‑
为所述组输入图像中的输入图像(I(x
i
))计算基于第一预定图像特征长度尺度(fl
I，j
)的第一基线估计(f
I
(x
i
))和基于第二图像特征长度尺度(fl
I，j
)的第二基线估计(f
II
(x
i
))，所述第二图像特征长度尺度不同于所述第一图像特征长度尺度，以及
‑
根据所述第一基线估计和所述第二基线估计计算输出图像(O(x
i
))。4.根据权利要求3所述的图像处理装置(1)，其中，所述图像处理装置被配置为
‑
从基于较小图像特征长度尺度(fl
I
)的基线估计(f
I
(x
i
))中去除基于较大图像特征长度尺度(fl
II
)的基线估计(f
II
(x
i
))。5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像处理装置(1)，其中，所述图像处理装置(1)被配置为
‑
获得作为所述组(31)输出图像中的输出图像(O(x
i
))的基线估计(f(x
i
))。6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像处理装置(1)，其中，所述图像处理装置(1)被配置为
‑
使用针对所述基线估计的最小二乘最小化标准(M(f(x
i
)))来计算所述基线估计(f(x
i
))，所述最小二乘最小化标准包括所述基线估计的所述图像特征长度尺度与导数的标量组合。7.根据权利要求6所述的图像处理装置(1)，其中，所述最小二乘最小化标准(M(f(x
i
)))包括惩罚项(P(f(x
i
)))，所述惩罚项包含所述图像特征长度尺度(fl
j
)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像处理装置(1)，其中，所述装置(1)被配置为使用聚焦函...

【专利技术属性】
技术研发人员：福尔克，
申请(专利权)人：莱卡微系统CMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：