一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，是调节扫描成像装置和聚焦成像装置使两者具有相同的视场；在数字切片扫描过程中，利用一个聚焦成像装置在载物台运动过程中快速跟踪和获取视场的焦面位置，通过计算机处理系统建立动态局部切片表面数学模型，预测估计邻近视场的聚焦面，通过不断动态分析和聚焦定位，保证扫描成像装置在载物台运动过程中也能够及时获取每个视场的清晰焦面图像，该方法能实时跟踪和精确预测邻近视场的焦面位置，在邻近视场无需重复执行聚焦动作，使得在载物台连续移动过程中的每个行经视场仅需抓取单一视场图像。本发明专利技术公开的方法聚焦精度高、速度快，既能够实现快速扫描，又能够保证高清晰的数字切片图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
在用自动显微镜进行数字切片的扫描中，有两个关键指标，一个是扫描切片的速度，一个是扫描图像的质量，但这两个关键指标又相互制约。 为了尽可能快速地扫描切片，比较经典的方法是实现对切片在扫描的物镜下的组织区域中定义若干个点，对每个点逐一聚焦采集其Χ、y位置和聚焦面Z位置，利用这个3维坐标点建立一个切片组织表面的整体聚焦数学模型，建立的数学模型可以是线性的，也可以是非线性的，这个数学模型代表切片组织表面的整体凸凹变化。在切片扫描过程中，根据事先建立的聚焦数学模型，在载物台行进的X、Y位置，计算出该X、Y位置的Z聚焦补偿位置，控制聚焦控制器移动到该位置，扫描成像装置抓取视场图像，因此在每个视场只需抓取一幅通过Z轴聚焦补偿对应的Z平面位置，而不再对每个视场进行多层图像抓取，提升扫描速度。但这种方法的缺点是预先建立的数学模型不能完全反映扫描过程中的聚焦面，任何环境变化都会使计算的聚焦面位置和实际焦面位置产生偏差，导致扫描成像装置抓取的图像聚焦不好，使扫描的数字切片质量降低。为保证扫描图像的质量，比较经典的方法是在每个扫描过程中载物台移动到每个视场的X、Y坐标位置停下来，由聚焦控制器在该视场进行多层移动，完成聚焦，得到准确的聚焦图像，得到高质量的扫描数字切片。但这种方法是需要在每个视场采集若干层的图像，使扫描速度受到影响，其扫描速度会数倍地低于每个视场仅采集一幅图像的扫描。为解决既保证扫描速度，又保证扫描图像质量，近年来出现了许多创新技术方案。这些创新方案都通过采用额外的硬件辅助进行自动聚焦，其中之一是采用一个单独的聚焦摄像头专用于扫描过程中的辅助对焦。其工作原理为:在扫描过程中，载物台移动到每个视场的X、Y坐标位置停下来，由专用聚焦摄像头进行快速聚焦，聚焦到位后扫描摄像头再行抓图。因专用聚焦摄像头也需要在固定视场反复聚焦，也需要一定时间，因此为进一步提高扫描速度，一般都是采用大像素量较低速度的扫描摄像头和更小像素量但高速度的聚焦摄像头，这样在大像素低速度的扫描摄像头抓图后的大数据量传输处理存储过程中，高速聚焦摄像头进行下一个视场的多层聚焦，在聚焦到位后大像素低速度摄像头的数据传输工作也已完成，开始下一个图像抓取。这样两个摄像头的并行工作，达到即快速扫描，又得到高质量的扫描数字切片的目的。这种方法的主要缺点是扫描速度提升有限，这是因为显微镜的光学视场有一定大小，以20Χ物镜为例，几乎所有显微镜的镜下观察范围都在1-1.3毫米之间，数码摄像头也仅覆盖其中的一个矩形区域，其长边约为0.9毫米，如果以业界数字切片扫描系统的标准分辨率为0.25微米/像素，那么水平方向一行最多像素为3600个像素点，超过这个值将超出可见视场范围，因此数码摄像头的像素量最大应该不能超出8百万像素，这也使得提升扫描速度受到局限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供，是在数字切片的快速连续扫描过程中，利用一个聚焦成像装置在载物台连续匀速移动不停下来的情况下快速跟踪和获取视场的聚焦面，建立动态局部切片表面数学模型，预测估计邻近视场的聚焦面，通过不断动态分析和聚焦定位，保证扫描成像装置在载物台连续匀速移动过程中能连续匀速地抓取到对应聚焦位置的图像，扫描速度不受载物台走停抓图的机械限制，能获得极高的扫描速度。该方法既可达到快速扫描，又能得到高质量扫描数字切片。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:，是首先调节一个水平放置的扫描成像装置和一个倾斜放置的聚焦成像装置使两者具有相同的视场；然后，在数字切片扫描过程中，用一个计算机处理系统控制载物台连续的匀速移动，同时控制扫描成像装置连续匀速抓取图像，并同时控制聚焦成像装置连续快速抓取聚焦图像；计算机处理系统对聚焦成像装置所抓取的聚焦图像进行实时处理分析，计算出当前聚焦图像的聚焦信息，并将当前的聚焦信息与之前扫描过程中各视场的聚焦信息相结合，动态建立当前位置的局部聚焦面数学模型，利用该数学模型来计算出下一个视场的图像聚焦位置，并控制载物台沿Z轴(调焦)方向运动，以在下一个视场出现时，到达最佳聚焦面位置；所述扫描成像装置抓取的视场图像用于数字切片图像，并从该视场图像获取该视场的准确聚焦位置并记录，作为后续聚焦动态预测中建立局部焦面数学模型的数据。这样，在扫描过程中通过实时跟踪和精确预测邻近视场的Z轴聚焦位置，不需要载物台停下来做重复聚焦的动作，载物台保持连续运动，经过每个视场时仅需抓取一个视场图像，也保证扫描成像装置在载物台匀速移动中匀速地抓取焦面位置的清晰图像。所述计算机处理系统控制载物台按照设定的速度匀速地连续移动，所述计算机处理系统控制扫描成像装置按设定的时间间隔匀速地周期性的抓取图像，所述计算机处理系统将“针对载物台设定的连续移动速度”和“针对扫描成像装置设定的抓取图像的时间间隔”设置为相关联，该相关联使得载物台在按照设定速度运行时，扫描成像装置按照设定时间间隔抓取的图像能够覆盖所有切片组织范围且没有遗漏，同时保证相邻视野抓取的图像之间存在一定的边界重叠，重叠部分的图像纹理用于图像之间的无缝拼接和融合。所述计算机处理系统控制聚焦成像装置按照设定的时间间隔连续地抓取视场图像，并处理和分析该视场图像的聚焦面，控制载物台沿Z轴(调焦)方向移动至计算所得的聚焦面。所述计算机处理系统对每个扫描经过的视场，根据扫描成像装置抓取该视场图像时的载物台位置，记录X、Y坐标，根据聚焦成像装置抓取该视场图像计算聚焦面，记录Z坐标，形成扫描后各视场点的三维点阵；当需要预测Z轴聚焦面位置时，可从获得的三维点阵中抽取其相邻的若干点，动态建立局部的切片组织表面数学模型，并从所述数学模型中计算Z聚焦面位置，并控制载物台沿Z轴(调焦)方向移动至计算所得的聚焦面。所述计算机处理系统控制载物台按照设定的速度匀速地连续移动，该速度的设置取决于扫描成像装置和聚焦成像装置的抓图速度，和计算机处理系统对两个成像装置抓取图像的分析处理速度，使得扫描成像装置连续抓图、计算机处理系统到处理存储、聚焦成像装置的连续抓图处理分析能够严格同步。这样，载物台不用在每个位置停顿下来，等待聚焦成像装置的聚焦到位。所述计算机处理系统控制扫描成像装置抓取图像，所述扫描成像装置抓取图像时的曝光时间设置要保证其在载物台移动中所拍的图像不产生模糊，其曝光期间载物台运动导致的图像位移不超过I个像素。所述计算机处理系统控制聚焦成像装置按照设定的时间间隔连续地抓取视场图像，所述计算机处理系统控制扫描成像装置按设定的时间间隔匀速地连续抓取图像，聚焦成像装置连续抓取视场图像的时间间隔小于扫描成像装置连续抓取视场图像的时间间隔。即聚焦成像装置的连续抓图时间足够短，聚焦成像装置的连续抓图频率总是大于扫描成像装置的抓图频率，保证聚焦成像装置的聚焦分析和控制载物台移动到指定聚焦位置优先于扫描成像装置的移动速度。所述计算机处理系统分别控制聚焦成像装置和扫描成像装置独立抓图，在载物台沿X、Y轴移动中，对聚焦成像装置抓取图像进行聚焦分析，对当前的聚焦位置偏移进行修正，并控制载物台沿Z轴(调焦)方向移动到指定聚焦位置。所述计算机处理系统所动态建立局部的切片组织表面数学模型，为线性模型或非线性模型。如基于三点的三角面片模型，基于多点的三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，其特征在于：是首先调节一个水平放置的扫描成像装置和一个倾斜放置的聚焦成像装置使两者具有相同的视场；然后，在数字切片扫描过程中，用一个计算机处理系统控制载物台连续的匀速移动，同时控制扫描成像装置连续匀速抓取图像，并同时控制聚焦成像装置连续快速抓取聚焦图像；计算机处理系统对聚焦成像装置所抓取的聚焦图像进行实时处理分析，计算出当前聚焦图像的聚焦信息，并将当前的聚焦信息与之前扫描过程中各视场的聚焦信息相结合，动态建立当前位置的局部聚焦面数学模型，利用该数学模型来计算出下一个视场的图像聚焦位置，并控制载物台沿Z轴调焦方向运动，以在下一个视场出现时，到达最佳聚焦面位置；所述扫描成像装置抓取的视场图像用于数字切片图像，并从该视场图像获取该视场的准确聚焦位置并记录，作为后续聚焦动态预测中建立局部焦面数学模型的数据。

【技术特征摘要】
1.一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，其特征在于:是首先调节一个水平放置的扫描成像装置和一个倾斜放置的聚焦成像装置使两者具有相同的视场；然后，在数字切片扫描过程中，用一个计算机处理系统控制载物台连续的匀速移动，同时控制扫描成像装置连续匀速抓取图像，并同时控制聚焦成像装置连续快速抓取聚焦图像；计算机处理系统对聚焦成像装置所抓取的聚焦图像进行实时处理分析，计算出当前聚焦图像的聚焦信息，并将当前的聚焦信息与之前扫描过程中各视场的聚焦信息相结合，动态建立当前位置的局部聚焦面数学模型，利用该数学模型来计算出下一个视场的图像聚焦位置，并控制载物台沿Z轴调焦方向运动，以在下一个视场出现时，到达最佳聚焦面位置；所述扫描成像装置抓取的视场图像用于数字切片图像，并从该视场图像获取该视场的准确聚焦位置并记录，作为后续聚焦动态预测中建立局部焦面数学模型的数据。2.根据权利要求1所述的数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，其特征在于:所述计算机处理系统控制载物台按照设定的速度匀速地连续移动，所述计算机处理系统控制扫描成像装置按设定的时间间隔匀速地周期性的抓取图像，所述计算机处理系统将针对载物台设定的连续移动速度和针对扫描成像装置设定的抓取图像的时间间隔设置为相关联，该相关联使得载物台在按照设定速度运行时，扫描成像装置按照设定时间间隔抓取的图像能够覆盖所有切片组织范围且没有遗漏，同时保证相邻视野抓取的图像之间存在一定的边界重叠，重叠部分的图像纹理用于图像之间的无缝拼接和融合。3.根据权利要求1所述的数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，其特征在于:所述计算机处理系统控制聚焦成像装置按照设定的时间间隔连续地抓取视场图像，并处理和分析该视场图像的聚焦面，控制载物台沿Z轴调焦方向移动至计算所得的聚焦面。4.根据权利要求1所述的数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法，其特征在于:所述计算机处理系统对每个扫描经过的视场，根据扫描成像装置抓取该视场图像时的载物台位置，记录X、Y坐标，根据聚焦成像装置抓取该视场图像计算聚焦面，记录Z坐标，形成扫描后各视场点的三维点阵；...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾守礼，康军，陈进，高志刚，
申请(专利权)人：麦克奥迪实业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：