显微镜自动对焦方法、介质、设备、系统及装置

技术领域

本申请涉及显微镜控制技术领域，特别涉及一种显微镜自动对焦方法、介质、设备、系统及装置。

背景技术

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，主要用于放大微小物体以使得人的肉眼可以看到。为了提高工作效率，多采用自动对焦系统进行显微镜的自动对焦，以减少手动对焦所需的时间。

相关技术中，在对显微镜进行自动对焦时，往往是对图像的清晰度进行直接分析。也就是说，每移动一小段距离，就抓取图片，并对图片进行清晰度分析。而因为清晰度耗时较长，导致显微镜自动对焦的时间较长，自动对焦效率低下。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种显微镜自动对焦方法，能够有效提高显微镜自动对焦的效率，降低显微镜自动对焦所需时间。

第一方面，本发明提出了一种显微镜自动对焦方法，该方法包括以下步骤：控制载物台以第一预设速度远离显微镜，并在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片；计算所述第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断所述第一差值是否大于第一差值阈值；如果所述第一差值大于所述第一差值阈值，则控制所述载物台以预设步距接近所述显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片；计算所述第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据所述最佳对焦位置调整所述显微镜以完成自动对焦。

根据本发明实施例的显微镜自动对焦方法，首先，控制载物台以第一预设速度远离显微镜，并在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片；接着，计算所述第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断所述第一差值是否大于第一差值阈值；然后，如果所述第一差值大于所述第一差值阈值，则控制所述载物台以预设步距接近所述显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片；接着，计算所述第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据所述最佳对焦位置调整所述显微镜以完成自动对焦，从而实现有效提高显微镜自动对焦的效率，降低显微镜自动对焦所需时间。

在一些实施例中，在控制所述载物台以预设步距接近所述显微镜之前，还包括：控制所述载物台以第二预设速度接近所述显微镜，并在接近过程中，以第二预设频率获取第三载物图片；计算所述第三载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第二差值，并判断所述第二差值是否小于第二差值阈值；如果所述第二差值小于第二差值阈值，则停止所述显微镜与所述载物台之间的相对运动。

在一些实施例中，在计算所述第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值之前，还包括：判断所述第一载物图片的亮度值是否大于曝光过度亮度阈值；如果所述第一载物图片的亮度值大于所述曝光过度亮度阈值，则停止所述显微镜与所述载物台之间的相对运动，并调整曝光时间；在曝光时间调整过程中，以第三预设频率获取第四载物图片，并计算所述第四载物图片的亮度值；在所述第四载物图片的亮度值等于预设亮度阈值时，停止对曝光时间的调整，并将所述预设亮度阈值置为当前最大亮度值。

在一些实施例中，所述第二载物图片对应的清晰度采用Tenengrad梯度函数进行计算。

第二方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有显微镜自动对焦程序，该显微镜自动对焦程序被处理器执行时实现如上所述的显微镜自动对焦方法。

第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如上所述的显微镜自动对焦方法。

第四方面，本发明提出了一种显微镜自动对焦系统，包括：显微镜、控制器和移动载物台，其中，所述显微镜搭载有电子成像模块，所述控制器分别连接所述电子成像模块和所述移动载物台，所述控制器上加载有显微镜自动对焦程序，所述控制器基于所述显微镜自动对焦程序对所述电子成像模块和所述移动载物台进行控制，以实现如上所述的显微镜自动对焦方法。

第五方面，本发明提出了一种显微镜自动对焦装置，包括：控制模块，所述控制模块用于控制载物台以第一预设速度远离显微镜；第一获取模块，所述第一获取模块用于在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片；计算模块，所述计算模块用于计算所述第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断所述第一差值是否大于第一差值阈值；第二获取模块，所述第二获取模块用于在所述第一差值大于所述第一差值阈值时，控制所述载物台以预设步距接近所述显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片；对焦模块，所述对焦模块用于计算所述第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据所述最佳对焦位置调整所述显微镜以完成自动对焦。

在一些实施例中，所述控制模块还用于控制所述载物台以第二预设速度接近所述显微镜；还包括第三获取模块，所述第三获取模块用于在接近过程中，以第二预设频率获取第三载物图片；所述计算模块还用于计算所述第三载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第二差值，并判断所述第二差值是否小于第二差值阈值；所述控制模块还用于在所述第二差值小于第二差值阈值时，停止所述显微镜与所述载物台之间的相对运动。

在一些实施例中，所述第二载物图片对应的清晰度采用Tenengrad梯度函数进行计算。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明实施例的显微镜自动对焦方法的流程示意图；

图2为根据本发明另一实施例的显微镜自动对焦方法的流程示意图；

图3为根据本发明实施例的计算机设备的方框示意图；

图4为根据本发明实施例的显微镜自动对焦系统的方框示意图；

图5为根据本发明实施例的显微镜自动对焦装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的显微镜自动对焦方法。

请参阅图1，图1为根据本发明实施例的显微镜自动对焦方法的流程示意图，如图1所示，该显微镜自动对焦方法包括以下步骤：

S101，控制载物台以第一预设速度远离显微镜，并在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片。

也就是说，首先，控制显微镜与载物台相对远离，两者相对移动的速度为第一预设速度；同时，在两者相对移动的过程中，以第一预设频率获取第一载物图片。

其中，控制载物台以第一预设速度远离显微镜的方式可以有多种。

作为一种示例，将显微镜镜头设置为可移动，在控制过程中，控制显微镜镜头接近或者远离载物台，以实现控制显微镜与载物台相对远离。

作为另一种示例，设置可移动的载物台，进而，控制载物台相对显微镜进行移动，以实现控制显微镜与载物台相对远离。

S102，计算第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断第一差值是否大于第一差值阈值。

在一些实施例中，在使用过程中发现，当显微镜与载物台进行相对运动时，如果两者之间的相对位置处于焦点附近，很容易产生曝光，而图片过度曝光会降低图片的清晰度，影响显微镜自动对焦效果。因此，为了消除过度曝光而导致的图像清晰度降低影响，在计算第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值之前，该方法还包括：判断第一载物图片的亮度值是否大于曝光过度亮度阈值；如果第一载物图片的亮度值大于曝光过度亮度阈值，则停止显微镜与载物台之间的相对运动，并调整曝光时间；在曝光时间调整过程中，以第三预设频率获取第四载物图片，并计算第四载物图片的亮度值；在第四载物图片的亮度值等于预设亮度阈值时，停止对曝光时间的调整，并将预设亮度阈值置为当前最大亮度值。

也就是说，在载物台与显微镜相对远离过程中，实时判断第一载物图片是否过度曝光；如果是，则停止相对远离的动作，同时，对曝光时间进行调整，并在调整过程中获取第四载物图片，以监控曝光时间调整对于图片亮度的影响；当第四载物图片的亮度调整为预设亮度阈值时，停止曝光时间的调整，并将最大亮度值置为预设亮度阈值。

作为一种示例，首先，判断第一载物图片的亮度是否大于250；如果是，则载物台停止运动，以停止载物台与显微镜之间的相对远离；接着，调整曝光时间，同时获取第四载物图片；然后，计算第四载物图片的亮度值；然后，判断第四载物图片的亮度值是否小于等于150；如果是，则停止曝光时间的调整，并将最大亮度值置为150。如此，可以有效防止图像过度曝光而导致的清晰度降低。

S103，如果第一差值大于第一差值阈值，则控制载物台以预设步距接近显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片。

也就是说，对最大亮度值进行存储；例如，在不间断地获取第一载物图片时，如果第一载物图片的亮度值呈线性不断增加，则最大亮度值就不断地更新。接着，计算第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值；如果第一差值小于等于第一差值阈值，则继续控制载物台以第一预设速度远离显微镜；而如果第一差值大于第一差值阈值，则停止显微镜与载物台相对远离的动作，并控制载物台以预设步距接近显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片。

优选地，为了使得第一载物图片的亮度值呈线性地增加，可以首先将相机的曝光模式设置为固定曝光模式，也就是说，设置固定的曝光时间。如此，使用固定的曝光时间进行第一载物图片的获取，可以使得获取到的第一载物图片的亮度值呈线性增加(即言，显微镜与载物台之间的相对位置越接近最佳对焦位置，第一载物图片的亮度值越大)。

在一些实施例中，为了进一步提高显微镜自动对焦的效率，在控制显微镜以预设步距接近载物台之前，还包括：控制载物台以第二预设速度接近显微镜，并在接近过程中，以第二预设频率获取第三载物图片；计算第三载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第二差值，并判断第二差值是否小于第二差值阈值；如果第二差值小于第二差值阈值，则停止显微镜与载物台之间的相对运动。

S104，计算第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据最佳对焦位置调整显微镜以完成自动对焦。

在一些实施例中，第二载物图片对应的清晰度采用Tenengrad梯度函数进行计算。

作为一种示例，Tenengrad梯度函数采用Sobel算子分别提取水平和垂直方向的梯度值，基与Tenengrad梯度函数的图像清晰度定义如下：

D(f)＝∑

(G(x,y)>T)

其中，G(x,y)的形式如下：

其中：T是给定的边缘检测阈值，Gx和Gy分别是像素点(x,y)处Sobel水平和垂直方向边缘检测算子的卷积，建议使用以下的Sobel算子模板来检测边缘：

作为本发明的一个具体实施例，如图2所示，该显微镜自动对焦方法包括以下步骤：

S201，控制载物台以第一预设速度远离显微镜。

S202，在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片。

S203，判断第一载物图片的亮度值是否大于曝光过度亮度阈值；如果是，则执行步骤S204；如果否，则执行步骤S207。

S204，停止显微镜与载物台之间的相对运动，并调整曝光时间。

S205，在曝光时间调整过程中，以第三预设频率获取第四载物图片，并计算第四载物图片的亮度值。

S206，在第四载物图片的亮度值等于预设亮度阈值时，停止对曝光时间的调整，并将预设亮度阈值置为当前最大亮度值；返回步骤S201。

S207，计算第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值。

S208，判断第一差值是否大于第一差值阈值；如果否，则返回步骤S202；如果是，则执行步骤S209。

S209，停止载物台与显微镜之间的相对运动。

S210，控制载物台以第二预设速度接近显微镜，以及在接近过程中，以第二预设频率获取第三载物图片。

S211，计算第三载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第二差值。

S212，判断第二差值是否小于第二差值阈值；如果否，则返回步骤S210；如果是，则执行步骤S213。

S213，停止载物台与显微镜之间的相对运动。

S214，控制载物台以预设步距接近显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片。

S215，计算第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置。

S216，根据最佳对焦位置调整显微镜以完成自动对焦。

作为一种示例，在确定第二差值小于第二差值阈值之后，停止载物台与显微镜之间的相对运动，接着，控制载物台以微小步距向显微镜步进30次；并在每一次步进后获取相应的第二载物图片；然后，对比第二载物图片的清晰度，以确定最清晰位置；接着，将显微镜与载物台之间的相对位置根据最清晰位置进行调整，以完成自动对焦。

另外，需要说明的是，相关技术中，由于大多是直接进行清晰度的分析；而通过这种方式，在对粉末类等样本进行自动对焦时；由于清晰度算法难以监测到峰值，进而导致显微镜与载物台之间会一直进行相对移动，较厚的样本容易顶撞到显微镜镜头，导致镜头损伤。而通过本发明的显微镜自动对焦方法，先通过亮度进行调节，能够有效防止显微镜镜头与样本的碰撞。

综上所述，根据本发明实施例的显微镜自动对焦方法，首先，控制载物台以第一预设速度远离显微镜，并在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片；接着，计算所述第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断所述第一差值是否大于第一差值阈值；然后，如果所述第一差值大于所述第一差值阈值，则控制所述载物台以预设步距接近所述显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片；接着，计算所述第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据所述最佳对焦位置调整所述显微镜以完成自动对焦，从而实现有效提高显微镜自动对焦的效率，降低显微镜自动对焦所需时间。

为了实现上述实施例，本发明实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有显微镜自动对焦程序，该显微镜自动对焦程序被处理器执行时实现如上所述的显微镜自动对焦方法。

为了实现上述实施例，本发明实施例提出了一种计算机设备，如图3所示，该计算机设备包括存储器301、处理器302及存储在存储器301上并可在处理器302上运行的计算机程序，所述处理器302执行所述程序时，实现如上所述的显微镜自动对焦方法。

为了实现上述实施例，本发明实施例提出了一种显微镜自动对焦系统，如图4所示，该显微镜自动对焦系统包括：显微镜401、控制器402和移动载物台403。其中，显微镜401搭载有电子成像模块，控制器402分别连接电子成像模块和移动载物台403，控制器402上加载有显微镜自动对焦程序，控制器402基于显微镜自动对焦程序对电子成像模块和移动载物台403进行控制，以实现如上所述的显微镜自动对焦方法。

为了实现上述实施例，本发明实施例提出了一种显微镜自动对焦装置，如图5所示，该显微镜自动对焦装置包括：控制模块10、第一获取模块20、计算模块30、第二获取模块40和对焦模块50。

其中，控制模块10用于控制载物台以第一预设速度远离显微镜；

第一获取模块20用于在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片；

计算模块30用于计算第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断第一差值是否大于第一差值阈值；

第二获取模块40用于在第一差值大于第一差值阈值时，控制显微镜以预设步距接近载物台，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片；

对焦模块50用于计算第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据最佳对焦位置调整显微镜以完成自动对焦。

在一些实施例中，控制模块10还用于控制载物台以第二预设速度接近显微镜；该装置还包括第三获取模块(图中未示出)，第三获取模块用于在接近过程中，以第二预设频率获取第三载物图片；计算模块30还用于计算第三载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第二差值，并判断第二差值是否小于第二差值阈值；控制模块还用于在第二差值小于第二差值阈值时，停止显微镜与载物台之间的相对运动。

在一些实施例中，第二载物图片对应的清晰度采用Tenengrad梯度函数进行计算。

需要说明的是，上述关于显微镜自动对焦方法的描述同样适用于该显微镜自动对焦装置，在此不做赘述。

综上所述，根据本发明实施例的显微镜自动对焦装置，通过设置控制模块用于控制载物台以第一预设速度远离显微镜；第一获取模块用于在远离过程中，以第一预设频率获取第一载物图片；计算模块用于计算所述第一载物图片的亮度值与最大亮度值之间的第一差值，并判断所述第一差值是否大于第一差值阈值；第二获取模块用于在所述第一差值大于所述第一差值阈值时，控制所述载物台以预设步距接近所述显微镜，并在每一次移动后，获取相应的第二载物图片；对焦模块用于计算所述第二载物图片对应的清晰度，并根据所有第二载物图片对应的清晰度确定最佳对焦位置，以及根据所述最佳对焦位置调整所述显微镜以完成自动对焦；能够有效提高显微镜自动对焦的效率，降低显微镜自动对焦所需时间。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。