【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微成像领域，尤其是涉及一种显微成像实时对焦方法及装置。
技术介绍
1、自动对焦技术是全自动显微镜及各类快速、高通量扫片仪器中必不可少的技术之一。在自动对焦方法方面，各类自动对焦算法层出不穷，基于图像的自动对焦技术因其对原有显微成像系统改动小、增加光学元件少等优势，受到广大技术人员的青睐。然而，传统基于图像清晰度评价的自动对焦方法通常需要在对焦过程中，通过物镜与样本间的间距改变来拍摄大量的图片，计算所有图片的清晰程度来判断焦点位置，方法可行，但耗时较长，不能适应现今高通量扫描成像的需求。能够实现实时对焦，尽量减少相机拍照次数，是基于图像的自动对焦技术所追求的主要目标，近年来，多类实时对焦技术得到发展和应用，如双相机扫描技术、插入分光镜阵列技术、倾斜相机技术等，而这些方案均增加了光学元件，使原有的显微成像系统变得更为复杂。
2、在精密自动对焦装置方面，为满足多种倍率不同的物镜调焦需求，自动对焦装置需要同时实现大行程、高分辨率运动。现常用对焦装置中，齿轮传动结构、丝杠传动结构等传统方案通常难以满足高倍油镜几百甚至几十纳米精度的高分辨率调焦；压电微位移调焦足够精密，但是其行程很小，需要额外配备一级粗调结构，系统复杂度增加。
3、申请号为201910045016.7，名为“显微镜z轴调焦机构”的专利中，采用手动与电动的结合方案，通过手动调节产生的电脉冲信号对调焦步进电机进行控制，以此驱动精密丝杠进行精密调焦。该方案结构过于复杂，且在核心驱动方案上与传统调焦并无本质区别。
4、综上所述，现
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种无需增加光学元件就能实现实时对焦，减少相机拍照次数的显微成像实时对焦方法。
2、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之二在于提供一种无需增加光学元件就能实现实时对焦，减少相机拍照次数的显微成像装置。
3、本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：
4、一种显微成像实时对焦方法，包括以下步骤：
5、s1：采用两对称倾斜的光源进行照明，获取不同离焦量z处的像素平移重叠图像，对每一离焦量z处的像素平移重叠图像进行自相关运算，得到对应的像素平移量x0，通过多组z以及x0数据，拟合出像素偏差和离焦距离关系直线z＝ax+b，计算出直线拟合系数a、b；
6、s2：继续采用步骤s1中的两光源照明，采集单次拍摄得到的离焦图，计算离焦图的自相关函数得到像素偏移量x1，再带入拟合直线，得到离焦量z1；
7、s3：默认当前处于正离焦状态，即物镜与样本间距为z0+z1，其中z0为齐焦距离，调节物镜向靠近样本方向移动z1距离，再次获得离焦图像，若此时像素偏移量减小，则对焦过程结束；若像素偏移量增大，则调节物镜反向运动2z1，对焦过程结束。
8、进一步地，在步骤s1中，样品被光源进行倾斜照明在相机靶面成像时，相比于对焦图像，离焦图像会在相机靶面产生像素偏移，且像素平移量与离焦量成正比。
9、进一步地，在步骤s1中，对每一离焦量z处的像素平移重叠图像进行自相关运算包括以下步骤：
10、s11：相机采集到的每幅像素平移重叠图像可表示为m[x]＝n[x]+n[x-x0]，其中m[x]表示两对称倾斜的光源照明时相机采集到的像素平移重叠图像，n[x]和n[x-x0]分别表示两个所述光源单独照明时的图像，x0为图像中的像素平移量；
11、s12：用卷积形式可表示为m[x]＝n[x]+n[x-x0]＝n[x]*p[x]，其中*为卷积符号，p[x]为点扩散函数；
12、s13：对卷积形式做自相关运算可得：r{n[x]}*r{p[x]}＝r{n[x]}*{2δ[x]+δ[x-x0]+δ[x+x0]}，其中r{}为自相关运算，δ[x]为狄拉克函数；由自相关运算可知，每幅像素平移重叠图像的自相关光强图具有3个峰值，分别是中心峰值及两个x0偏移处的峰值，根据自相关光强图得到x0数值。
13、进一步地，在步骤s1中，两对称倾斜的光源为可编程led阵列照明光源。
14、进一步地，所述显微成像实时对焦方法还包括步骤s4，步骤s4位于步骤s3之后，具体为：对焦过程结束后，样本处于对焦状态，根据所选用物镜的数值孔径，选择性点亮更多led并调节led亮度，提高照明的数值孔径，使照明的数值孔径与物镜数值孔径相匹配，获得更好的照明效果，从而来得到清晰度更高的最终图像。
15、本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
16、一种显微成像实时对焦装置，用于实施上述任意一种显微成像实时对焦方法，包括支座、光源组件、载物台、物镜组件、调焦结构以及相机，所述光源组件位于所述载物台下方，所述光源组件包括至少两光源，至少两光源关于所述载物台上的样本玻片对称设置，所述物镜组件滑动安装于所述支座并位于所述载物台上方，所述调焦结构包括驱动件以及差动螺杆，所述驱动件带动所述差动螺杆转动，所述差动螺杆包括第一螺距段以及第二螺距段，所述第一螺距段与所述第二螺距段的螺纹旋向相同并且螺距不同，所述第一螺距段与所述支座螺纹配合，所述第二螺距段与所述物镜组件配合，所述驱动件通过所述差动螺杆带动所述物镜组件移动调焦。
17、进一步地，所述第二螺距段的螺距小于所述第一螺距段的螺距。
18、进一步地，所述调焦结构还包括驱动杆，所述驱动杆与所述驱动件传动连接，所述差动螺杆为中空结构，所述差动螺杆套设于所述驱动件，所述驱动杆与所述差动螺杆能相对滑动。
19、进一步地，所述驱动杆的截面为方形。
20、进一步地，所述光源组件为可编程led阵列照明光源。
21、相比现有技术，本专利技术显微成像实时对焦方法通过采用两对称倾斜的光源进行照明，获取不同离焦量z处的像素平移重叠图像，通过拟合线性关系，可直接根据离焦图平移像素值的大小来调节物镜与样本间的间距，实现实时自动对焦，不仅省去了传统照明系统的复杂结构，也不再需要额外增加光学元器件。
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1.一种显微成像实时对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：在步骤S1中，样品被光源进行倾斜照明在相机靶面成像时，相比于对焦图像，离焦图像会在相机靶面产生像素偏移，且像素平移量与离焦量成正比。
3.根据权利要求1所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：在步骤S1中，对每一离焦量z处的像素平移重叠图像进行自相关运算包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：在步骤S1中，两对称倾斜的光源为可编程LED阵列照明光源。
5.根据权利要求4所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：所述显微成像实时对焦方法还包括步骤S4，步骤S4位于步骤S3之后，具体为：对焦过程结束后，样本处于对焦状态，根据所选用物镜的数值孔径，选择性点亮更多LED并调节LED亮度，提高照明的数值孔径，使照明的数值孔径与物镜数值孔径相匹配，获得更好的照明效果，从而来得到清晰度更高的最终图像。
6.一种显微成像实时对焦装置，用于实施如权利要求1-5任意一项所述的显微成像实时对焦方法
7.根据权利要求6所述的显微成像实时对焦装置，其特征在于：所述第二螺距段的螺距小于所述第一螺距段的螺距。
8.根据权利要求6所述的显微成像实时对焦装置，其特征在于：所述调焦结构还包括驱动杆，所述驱动杆与所述驱动件传动连接，所述差动螺杆为中空结构，所述差动螺杆套设于所述驱动件，所述驱动杆与所述差动螺杆能相对滑动。
9.根据权利要求8所述的显微成像实时对焦装置，其特征在于：所述驱动杆的截面为方形。
10.根据权利要求6所述的显微成像实时对焦装置，其特征在于：所述光源组件为可编程LED阵列照明光源。
...【技术特征摘要】
1.一种显微成像实时对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：在步骤s1中，样品被光源进行倾斜照明在相机靶面成像时，相比于对焦图像，离焦图像会在相机靶面产生像素偏移，且像素平移量与离焦量成正比。
3.根据权利要求1所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：在步骤s1中，对每一离焦量z处的像素平移重叠图像进行自相关运算包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：在步骤s1中，两对称倾斜的光源为可编程led阵列照明光源。
5.根据权利要求4所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：所述显微成像实时对焦方法还包括步骤s4，步骤s4位于步骤s3之后，具体为：对焦过程结束后，样本处于对焦状态，根据所选用物镜的数值孔径，选择性点亮更多led并调节led亮度，提高照明的数值孔径，使照明的数值孔径与物镜数值孔径相匹配，获得更好的照明效果，从而来得到清晰度更高的最终图像。
6.一种显微成像实时对焦装置，用于实施如权利要求1-5任意一项所述的显微成像实时对焦方法，其特征在于：包括支座、光源组件、载...
【专利技术属性】
技术研发人员：于长亮，于海利，丁方遒，
申请(专利权)人：苏州国科医工科技发展集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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