数字切片扫描仪的移动对焦方法、扫描方法及装置

技术领域

本申请涉及数字切片扫描设备技术领域，尤其涉及一种数字切片扫描仪的移动对焦方法、扫描方法及装置。

背景技术

随着数字化技术的发展，数字切片技术应用越来越广泛，在医学领域，通过数字切片扫描仪可以将传统的病理切片进行数字化。数字化的原理是利用摄像头采集多个视野的图像，并将图像进行拼接，组合成一种全景数字化病理切片。

数字切片扫描仪在采集每个视野前，需要找到每个视野的焦点，这样才能保证每个视野采集的图像清晰。在数字切片扫描仪采集图像的过程中，图像的聚焦是一个非常关键的指标，其聚焦效果直接影响图像成像的清晰度，从而影响数字切片的扫描质量。

现有数字切片扫描仪的对焦方法中，扫描获得的图像清晰度和扫描的效率往往无法兼顾。比如，为了提高扫描的效率，往往会减少对焦点数量，但当扫描位置在预先获得的对焦点一定范围以外时，则无法保证图像的清晰度。如果为了确保获得多个对焦位置，则需要设置较长时间用于对焦，但这样又会降低对焦的效率。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本申请提供的一种数字切片扫描仪的移动对焦方法、扫描方法及装置，用于解决现有技术的数字切片扫描仪的对焦方法中，图像清晰度和扫描效率无法兼顾的问题。

本申请为解决其技术问题，通过如下技术方案：

第一方面，提供了一种数字切片扫描仪的移动对焦方法，所述方法包括：

响应用户的扫描触发操作，输出对焦控制指令，使图像采集组件根据预设扫描路径对样品切片进行移动拍摄；所述的预设扫描路径上包括多个拍摄位置，且相邻两个所述拍摄位置之间设置有重叠区域，所述拍摄位置为样品切片上扫描区域内的待拍摄位置；

执行位置调整步骤，所述位置调整步骤包括随所述拍摄位置的变化，输出位置调整指令，以调整所述图像采集组件在X轴、Y轴和Z轴方向的位置；

依次获取所述图像采集组件采集的每个所述拍摄位置的图像，并分别确定每相邻两个拍摄位置的所述重叠区域在对应图像中的清晰度；

对于连续预设数量的所述拍摄位置，根据所述重叠区域清晰度变化，确定所述图像采集组件在移动拍摄过程中的Z轴移动方向，并跳转至所述执行位置调整步骤，直到扫描结束，得到所述扫描区域内的多个对焦位置。

可选地，所述对于连续预设数量的所述拍摄位置，根据所述重叠区域清晰度变化，确定所述图像采集组件在移动拍摄过程中的Z轴移动方向，包括：

响应于连续预设数量的拍摄位置对应的图像中，所述重叠区域的清晰度满足清晰度减小确认条件，输出Z轴方向调节指令，以使所述图像采集组件的Z轴移动方向由所述第一方向调整为所述第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反。

可选地，所述对于连续预设数量的所述拍摄位置，根据所述重叠区域清晰度变化，确定所述图像采集组件在移动拍摄过程中的Z轴移动方向，还包括：

响应于连续预设数量的拍摄位置对应的图像中，所述重叠区域的清晰度不满足清晰度减小确认条件，保持所述图像采集组件的当前Z轴移动方向不变。

可选地，所述清晰度减小确认条件为：

在预定扫描段内，当前拍摄位置对应的清晰度大于预设阀值，并在所述当前拍摄位置以后的预设帧数内，对于连续预设数量的拍摄位置，相邻拍摄位置的重叠区域清晰度均为后一帧相对前一帧下降，所述预定扫描段为所述预设扫描路径上的其中一段扫描路径。

可选地，所述响应于连续预设数量的拍摄位置中，所述重叠区域的清晰度满足清晰度减小确认条件之后，还包括：

对于所述预定扫描段，将所述清晰度峰值对应的拍摄位置处，图像采集组件的Z轴坐标确定为当前的一个对焦位置。

第二方面，提供了一种数字切片扫描仪的扫描方法，所述方法包括：

采用第一方面所述的方法进行移动对焦，得到样品切片扫描区域内的多个对焦位置；

基于所述多个对焦位置，确定样品切片待扫描区域内不同待扫描位置对应的最佳对焦位置，扫描样品切片，以获得全景数字切片图像。

可选地，所述基于所述多个对焦位置，确定样品切片待扫描区域内不同扫描位置对应的最佳对焦位置，包括：

在所述多个对焦位置中，选取以当前待扫描位置为中心的预设距离范围内的对焦位置；

将选取的所述对焦位置求加权平均值；

将所述加权平均值作为当前待扫描位置的最佳对焦位置。

第三方面，提供了一种数字切片扫描仪的移动对焦位置，所述装置包括：

扫描触发模块，用于响应用户的扫描触发操作，输出对焦控制指令，使图像采集组件根据预设扫描路径对样品切片进行移动拍摄；所述的预设扫描路径上包括多个拍摄位置，且相邻两个所述拍摄位置之间设置有重叠区域，所述拍摄位置为样品切片上扫描区域内的待拍摄位置；

位置调整模块，用于执行位置调整步骤，所述位置调整步骤包括随所述拍摄位置的变化，输出位置调整指令，以调整所述图像采集组件在X轴、Y轴和Z轴方向的位置；

重叠区域清晰度计算模块，用于依次获取所述图像采集组件采集的每个所述拍摄位置的图像，并分别确定每相邻两个拍摄位置的所述重叠区域在对应图像中的清晰度；

对焦位置确定模块，用于对于连续预设数量的所述拍摄位置，根据所述重叠区域清晰度变化，确定所述图像采集组件在移动拍摄过程中的Z轴移动方向，并跳转至所述执行位置调整步骤，直到扫描结束，得到所述扫描区域内的多个对焦位置。

第四方面，提供了一种数字切片扫描仪的扫描装置，所述装置包括：

对焦模块，用于采用第一方面所述的方法进行移动对焦，得到样品切片扫描区域内的多个对焦位置；

最佳对焦位置确定模块，用于基于所述多个对焦位置，确定样品切片待扫描区域内不同待扫描位置对应的最佳对焦位置

图像获取模块，用于基于所述最佳对焦位置扫描样品切片，以获得全景数字切片图像。

第五方面，提供了一种电子设备，所述装置包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现第一方面所述的数字切片扫描仪的移动对焦方法和/或第二方面所述的数字切片扫描仪的扫描方法。

第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现第一方面所述的数字切片扫描仪的移动对焦方法和/或第二方面所述的数字切片扫描仪的扫描方法。

本申请的有益效果在于：本申请的移动对焦方法，通过计算预设扫描路径上相邻拍摄位置重叠区域的清晰度，并根据连续预设数量拍摄位置对应图像中，重叠区域的清晰度变化，确定Z轴运动方向，然后根据确定的Z轴运动方向，再次执行位置调整步骤，直到扫描结束，得到多个对焦位置。本申请由于根据重叠区域清晰度的变化来确定Z轴运动方向，可以减少不必要的Z轴移动，提升扫描效率，同时也能获得较高清晰度的图像，解决现有技术中图像清晰度和扫描效率无法兼顾的问题。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请的一个实施例通过的数字切片扫描仪的移动对焦方法的流程图；

图2是本申请的一个实施例提供的样品切片的拍摄位置的示意图；

图3是本申请的一个实施例提供的样品切片的相邻拍摄位置的示意图；

图4是本申请的一个实施例提供的扫描路径上相邻帧重叠区域清晰度变化的示意图；

图5是本申请的一个实施例提供的数字切片的不同扫描区域的示意图；

图6是本申请的一个实施例提供的数字切片扫描仪的扫描方法的流程图；

图7是本申请的一个实施例提供的数字切片扫描仪的移动对焦装置框图；

图8是本申请的一个实施例提供的数字切片扫描仪的扫描装置框图；

图9是本申请的一个实施例提供的一种电子设备框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请的一个实施例提供了实现数字切片扫描仪的移动对焦方法、扫描方法及装置的数字切片扫描系统，该数字切片扫描系统包括：光学显微装置，控制装置、驱动机构。

光学显微装置，包括载物台及图像采集组件。其中，载物台用于承载样品切片。本实施例的样品切片，是指被切成薄片的生物体的组织。可以是病理切片，例如，心脏的病理切片。

图像采集组件，用于采集扫描区域内预设扫描路径上不同拍摄位置的图像，不同拍摄位置的图像通过拼接，最终组成全景数字切片图像。

全景数字切片图像是包含了样品切片上的所有病变信息的虚拟图像。扫描区域指的是样品切片上的待扫描区域，其中的预设扫描路径包含多个拍摄位置，且相邻拍摄位置之间具有重叠区域。本实施例的图像采集组件，例如可以是相机、物镜等，本实施例不对图像采集组件的具体类型作限定。

控制装置，安装有程序，该程序在被执行时，用于实现本申请的移动对焦方法。

控制装置获取扫描区域，并基于对应的扫描区域，预设扫描路径，基于预设扫描路径，输出对焦控制指令，以使图像采集组件在X轴、Y轴、Z轴方向移动，实现移动拍摄。然后，在移动拍摄过程中，计算图像采集组件采集的相邻拍摄位置的重叠区域在对应图像中的清晰度，并基于重叠区域清晰度的变化，改变图像采集组件在Z轴上的移动方向。本实施例的控制装置，例如可以是计算机、智能终端等，本实施例不对控制装置的具体类型作限定。

驱动机构，用于接收控制装置发送的对焦控制指令，控制图像采集组件在X轴、Y轴、Z轴方向的移动位置。

其中，X轴、Y轴方向上的移动是平面上的移动，与预设扫描区域的拍摄位置对应，可选地，X轴表示样品切片的横向，Y轴表示样本切片的纵向。

本实施例Z轴表示样品切片的垂直方向，Z轴方向上的移动用于调节焦距。

本实施例中，控制装置还可以设置显示屏，该显示屏为触摸显示屏。控制装置在获取到每相邻两个拍摄位置的重叠区域在对应图像中的清晰度后，可以将不同的清晰度变化通过显示屏显示，供工作人员查看。

图1是本申请一个实施例提供的数字切片扫描仪的移动对焦方法的流程图。该方法以扫描系统中的控制装置为执行主体，如图1所示，该移动对焦方法，至少包括步骤11-步骤16：

步骤11，响应用户的扫描触发操作，输出对焦控制指令，使图像采集组件根据预设扫描路径对样品切片进行移动拍摄。

具体地，本实施例中，用户可以通过操作鼠标，点击控制装置显示屏上的“开始扫描”，实现扫描触发操作。或者，通过敲击键盘，实现扫描触发操作。

图2是本申请一个实施例提供的样品切片的拍摄位置的示意图，如图2所示，本实施例的预设扫描路径上包括多个拍摄位置，且相邻两个所述拍摄位置之间设置有重叠区域，其中的拍摄位置为样品切片上扫描区域内的待拍摄位置。

本实施例的移动拍摄是指基于预设扫描路径，控制图像采集组件在X轴、Y轴和Z轴方向上的移动位置，以采集预设扫描路径上不同拍摄位置的图像。

本实施例由图像采集组件接受并执行扫描任务，对样品切片基于预设扫描路径进行移动拍摄。

可选地，根据样品切片空间的不同分布位置，预设扫描路径可以是直线，也可以是曲线。

步骤12，执行位置调整步骤，所述位置调整步骤包括随所述拍摄位置的变化，输出位置调整指令，以调整所述图像采集组件在X轴、Y轴和Z轴方向的位置

具体地，在对样品切片沿预设扫描路径进行扫描的过程中，根据不同的拍摄位置，调整图像采集组件在X轴、Y轴和Z轴方向的位置，其中，X轴和Y轴方向的移动为平面上的移动，X轴和Y轴方向上的移动位置与预设扫描路径的拍摄位置相对应，通过调整X轴、Y轴方向的位置，使得图像采集组件能够在对应位置上对当前拍摄位置进行拍摄。

本实施例Z轴方向为垂直方向，通过调整Z轴方向的位置，来调节焦距。Z轴的初始方向为第一方向，该第一方向，例如，可以是Z轴的正向，当然也可以是Z轴的负向，本实施例对Z轴的初始方向不作限定。

在控制图像采集组件进行移动拍摄的过程中，控制装置输出位置调整指令，以使驱动机构驱动图像采集组件在X轴和Y轴方向上的位置，使图像采集组件移动到与待拍摄位置相对应的位置处，同时调整Z轴方向的位置，使得图像采集组件对当前待拍摄位置进行拍摄。

步骤13，依次获取所述图像采集组件采集的每个所述拍摄位置的图像，并分别确定每相邻两个拍摄位置的所述重叠区域在对应图像中的清晰度。

具体地，图像采集组件沿预设扫描路径进行移动拍摄，控制装置依次获取图像采集组件采集的每个拍摄位置的图像，分别计算出重叠区域在所对应的相邻的两个拍摄位置的图像中的清晰度。

如图3所示，为本申请一个实施例提供的相邻拍摄位置的示意图，其中，图像a和图像b为相邻的两个拍摄位置拍摄出的图像，图像a和图像b存在重叠区域，重叠区域在图像a中记作a1，重叠区域在图像b中记作b1，计算出a1在图像a中的清晰度和b1在图像b中的清晰度，以此类推。

可选地，本实施例计算清晰度的方法例如可以是：

第一种，采用Brenner梯度函数对重叠区域进行计算，计算公式为D(f)＝∑x∑y|f(x+1,y)-f(x,y)|

第二种，将扫描的图像转化为灰度图像，通过拉普拉斯做卷积运算，计算标准差，此时标准差的值就代表清晰度。

关于清晰度的计算，还可以采用其他的计算方法，对图像清晰度的计算，属于本领域比较熟知的技术，在此不再赘述。本实施例不对图像清晰度的计算方法作限定。

步骤14，根据连续预设数量的所述拍摄位置对应的所述重叠区域清晰度变化，确定所述图像采集组件在移动拍摄过程中的Z轴移动方向。

具体地，本实施例对预设扫描路径上的每两个相邻的拍摄位置，分别计算重叠区域在所对应的图像中的清晰度。

本实施例通过如下方式确定Z轴移动方向：

在清晰度变化满足清晰度减小条件的情况下，输出Z轴方向调节指令，以调整图像采集组件的Z轴移动方向。

在清晰度变化不满足清晰度减小条件的情况下，确定Z轴移动方向为保持当前移动方向不变，并继续执行步骤12。

可选地，本实施例判定清晰度变化是否满足清晰度减小确认条件的方式为：

在预定扫描段内，当前拍摄位置对应的清晰度大于预设阀值，并在所述当前拍摄位置以后的预设帧数内，对于连续预设数量的拍摄位置，任意相邻拍摄位置的重叠区域清晰度均为后一帧相对前一帧下降，则判定清晰度变化满足清晰度减小确认条件，反之，则不满足清晰度减小确认条件。

其中，预定扫描段指的是预设扫描路径上的一段扫描路径。

图4给出了本申请一个实施例提供的扫描路径上重叠区域清晰度变化的示意图，如图4所示，在每一个预定扫描段中，重叠区域清晰度均有一个峰值，达到峰值后，清晰度值会逐渐下降，在满足清晰度减小确认条件的情况下，通过调整Z轴的移动方向，使得清晰度再次上升，直到达到峰值后，再次下降，如此重复。

可选地，本实施例调整图像采集组件的Z轴移动方向，例如，图像采集组件在Z轴的当前移动方向为第一方向，在判定清晰度变化满足清晰度减小确认条件时，输出Z轴方向调整指令，以将图像采集组件在Z轴的移动方向由第一方向调整为第二方向，同时图像采集组件在X轴和Y轴的移动方向保持不变。

其中，第一方向与第二方向相反。例如，第一方向为Z轴的正向，则第二方向为Z轴的负向。或者，第一方向为Z轴的负向，第二方向为Z轴的正向。

可选地，本实施例中，对于预设扫描路径上的其中一段扫描路径，若清晰度达到峰值，且在达到峰值之后，连续预设数量的清晰度均相对峰值下降，则对于该连续预设数量的拍摄位置，记录清晰度峰值对应的拍摄位置处，图像采集组件的Z轴坐标为当前的一个对焦位置。

比如：第一次拍摄位置和第二次拍摄位置的重叠区域的清晰度分别记作A和B，第三次拍摄位置和第四次拍摄位置的重叠区域的清晰度分别记作C和D，第四次拍摄位置和第五次拍摄位置的重叠区域的清晰度分别记作E和F，第五次拍摄位置和第六次拍摄位置的重叠区域的清晰度分别记作G和H…。

如果AE>F>G>H，此时，第四次拍摄位置的清晰度达到峰值，则记录第四次拍摄位置时的Z轴位置为对焦位置。

步骤15，判断是否完成扫描，若否，则跳转至执行步骤12，若是，则执行步骤16。

具体地，完成扫描指的是扫描完扫描路径上的最后一个拍摄位置。

步骤16，移动对焦完成，得到扫描区域内的多个对焦位置。

可选地，当扫描区域包含多个互不连通的区域时，分别对不同的扫描区域进行步骤11-步骤16所述的数字切片扫描仪的移动对焦方法。

比如：如图5所示是本申请的一个实施例提供的数字切片的不同扫描区域的示意图，区域C是一整个样品切片，区域A和区域B包含多个互不连通的区域，则分别对区域A和区域B进行步骤11-步骤16所述的数字切片扫描仪的移动对焦方法。

图6是本申请的一个实施例提供的数字切片扫描仪的扫描方法的流程图。该方法至少包括步骤21-步骤22：

步骤21，采用数字切片扫描仪的移动对焦方法进行对焦，得到样品切片扫描区域内的多个对焦位置。

可选的，数字切片扫描仪的移动对焦方法为步骤11-步骤16所述的方法。

步骤22，基于多个对焦位置，确定样品切片待扫描区域内不同待扫描位置对应的最佳对焦位置，扫描样品切片，以获得全景数字切片图像。

具体的，根据步骤11-步骤16所述的数字切片扫描仪的移动对焦方法得到的多个对焦位置，选取以当前待扫描位置为中心的预设距离范围内的对焦位置的加权平均值作为最佳对焦位置。

根据不同的待扫描位置选取不同的最佳对焦位置，对样品切片进行扫描，得到不同待扫描位置对应的数字切片图像，最终组成全景数字切片图像。

综上所述，本申请实施例提供的移动对焦方法，通过计算预设扫描路径上相邻拍摄位置重叠区域的清晰度，并根据连续预设数量拍摄位置对应图像中，重叠区域的清晰度变化，确定Z轴运动方向，然后根据确定的Z轴运动方向，再次执行位置调整步骤，直到扫描结束，得到多个对焦位置。本申请由于根据重叠区域清晰度的变化来确定Z轴运动方向，可以减少不必要的Z轴移动，提升扫描效率，同时也能获得较高清晰度的图像，解决现有技术中图像清晰度和扫描效率无法兼顾的问题。

本申请实施例提供的扫描方法，在对焦时，通过移动对焦的方式，根据相邻拍摄位置重叠区域清晰度的变化，确定Z轴的运动方向，避免Z轴不必要的移动，可以提升扫描效率，同时，可以准确确定对焦位置。

图7是本申请的一个实施例提供的数字切片扫描仪的移动对焦装置框图。如图7所示，该装置至少包括以下几个模块：扫描触发模块701、位置调整模块702、清晰度计算模块703和对焦模块704。

扫描触发模块701，用于响应用户的扫描触发操作，输出对焦控制指令，使图像采集组件根据预设扫描路径对样品切片进行移动拍摄；所述的预设扫描路径上包括多个拍摄位置，且相邻两个所述拍摄位置之间设置有重叠区域，所述拍摄位置为样品切片上扫描区域内的待拍摄位置；

位置调整模块702，用于执行位置调整步骤，所述位置调整步骤包括随所述拍摄位置的变化，输出位置调整指令，以调整所述图像采集组件在X轴、Y轴和Z轴方向的位置；

清晰度计算模块703，用于依次获取所述图像采集组件采集的每个所述拍摄位置的图像，并分别确定每相邻两个拍摄位置的所述重叠区域在对应图像中的清晰度；

对焦位置确定模块704，用于对于连续预设数量的所述拍摄位置，根据所述重叠区域清晰度变化，确定所述图像采集组件在移动拍摄过程中的Z轴移动方向，并跳转至所述执行位置调整步骤，直到扫描结束，得到所述扫描区域内的多个对焦位置。

相关细节参考上述移动对焦方法实施例。

图8是本申请的一个实施例提供的数字切片扫描仪的扫描装置框图。该装置至少包括以下几个模块：对焦模块801、对焦位置模块802和图像获取模块803。

对焦模块801，用于采用权利要求1-5任一项所述的方法进行移动对焦，得到样品切片扫描区域内的多个对焦位置；

最佳对焦位置确定模块802，用于基于各所述多个对焦位置，确定样品切片待扫描区域内不同待扫描位置对应的对焦位置；

图像获取模块803，用于基于所述最佳对焦位置扫描样品切片，以获得全景数字切片图像。

相关细节参考上述扫描方法实施例。

需要说明的是：上述实施例提供的数字切片扫描仪的移动对焦装置和扫描装置，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成。即将数字切片扫描仪的移动对焦装置和扫描装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

本发明实施例还提供一种电子设备，该设备具有数字切片扫描仪的移动对焦功能和/或扫描功能。图9是本申请的一个实施例提供的一种电子设备框图，如图8所示，该设备包括处理器901和存储器902。

处理器901可以包括一个或多个处理核心，比如：4核心处理器、6核心处理器等。处理器可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable LogicArray，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。

存储器902可以包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、内存器件、或其他易失性固态存储器件。

本实施例的存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序可在所述处理器上运行，所述处理器执行所述计算机程序时，可以实现本发明的数字切片扫描仪的移动对焦方法和/或扫描方法相关实施例中的所有或部分实施步骤，和/或文本中描述的其他内容。

本领域技术人员可以理解，图9仅仅是本申请实施例控制组件的一种可能的实现方式，其他实施方式中，还可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同部件，本实施例对此不作限定。

可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述数字切片扫描仪的移动对焦方法和/或扫描方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。