一种显微镜的自动调焦方法

技术领域

本发明涉及显微镜技术领域，特别是涉及一种显微镜的自动调焦方法。

背景技术

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的光学仪器。传统光学显微镜需要手动调焦，手动调焦的速度和精度很差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显微镜的自动调焦方法，能够自动调焦，提高调节速度和精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种显微镜的自动调焦方法，所述显微镜包括用以搭载玻片的载物台、设于载物台上方的镜筒以及用以驱动镜筒在垂直于载物台的方向上移动的电机，所述镜筒中设有摄像头，所述自动调焦方法包括：

S1：控制电机驱动镜筒到达调焦起始位置，并将预设初始步长作为当前步长；

S2：控制电机驱动镜筒以当前步长向下步进移动，在每次移动后控制摄像头捕捉图像并计算图像清晰度，直至镜筒到达极限调焦位置为止，其中，所述极限调焦位置在调焦起始位置下方；

S3：选取图像清晰度最大时镜筒所在位置作为基准位置；

S4：判断当前步长是否小于预设阈值，在小于预设阈值时，进行步骤S5，在不小于预设阈值时，进行步骤S6；

S5：控制电机驱动镜筒到达基准位置，并结束调焦；

S6：控制电机驱动镜筒到达基准位置上方距离基准位置当前步长的位置；

S7：将当前步长除以预设数值的结果代替当前步长；

S8：控制电机驱动镜筒以当前步长向下步进移动；

S9：在镜筒移动后控制摄像头捕捉图像并计算图像清晰度；

S10：判断图像清晰度是否大于镜筒上一次位置的图像清晰度，如果不大于镜筒上一次位置的图像清晰度，则将镜筒的上一次位置作为基准位置，并再次进行步骤S4，如果大于镜筒上一次位置的图像清晰度，则再次进行步骤S8。

优选的，所述电机为步进电机。

优选的，所述预设数值为2的整数倍。

优选的，所述预设初始步长与预设阈值的比值为2的整数倍。

优选的，所述图像清晰度通过边缘检测Laplacian算子或Roberts梯度函数计算得到。

优选的，在所述步骤S1之前，所述自动调焦方法还包括：

S01：控制电机驱动镜筒到达玻片更换位置，其中，所述玻片更换位置在调焦起始位置上方。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：通过在调焦起始位置和极限调焦位置之间选取图像清晰度最大时镜筒所在位置作为基准位置，完成第一轮调焦(粗调)，然后在基准位置附近寻找最优的图像清晰度，完成第二轮调焦(精调)，从而能够自动调焦，提高调节速度和精度。

附图说明

图1是本发明实施例的显微镜的结构示意图。

图2是本发明实施例的显微镜的自动调焦方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，是本发明实施例的显微镜的结构示意图。显微镜包括用以搭载玻片的载物台、设于载物台上方的镜筒以及用以驱动镜筒在垂直于载物台的方向上移动的电机，镜筒中设有摄像头。

参阅图2，是本发明实施例的显微镜的自动调焦方法的流程示意图。自动调焦方法包括：

S1：控制电机驱动镜筒到达调焦起始位置，并将预设初始步长作为当前步长。

其中，调焦起始位置是镜筒行程中的一个位置。

S2：控制电机驱动镜筒以当前步长向下步进移动，在每次移动后控制摄像头捕捉图像并计算图像清晰度，直至镜筒到达极限调焦位置为止，其中，所述极限调焦位置在调焦起始位置下方。

在本实施例中，电机为步进电机，步进电机做步进转动，则会驱动镜筒步进移动。极限调焦位置为镜筒行程的最下方的位置。镜筒每次向下步进移动当前步长后，摄像头捕捉图像，并计算图像的清晰度，在本实施例中，图像清晰度通过边缘检测Laplacian算子或Roberts梯度函数计算得到。

S3：选取图像清晰度最大时镜筒所在位置作为基准位置。

其中，镜筒移动过程中，将镜筒每次向下步进移动的步数和图像清晰度记录下来(I

步骤S1到S3是在调焦起始位置和极限调焦位置之间选取图像清晰度最大时镜筒所在位置作为基准位置，完成第一轮调焦(粗调)。

S4：判断当前步长是否小于预设阈值，在小于预设阈值时，进行步骤S5，在不小于预设阈值时，进行步骤S6。

其中，预设初始步长和预设阈值可以根据实际需要来设定，在本实施例中，所述预设初始步长与预设阈值的比值为2的整数倍，例如为32。

S5：控制电机驱动镜筒到达基准位置，并结束调焦。

其中，如果当前步长小于预设阈值，表示镜筒的步进距离已经达到最小，不能再减小步进距离，因此控制电机驱动镜筒到达基准位置，并需要结束调焦，此时基准位置为实际最大图像清晰度对应的镜筒位置。

S6：控制电机驱动镜筒到达基准位置上方距离基准位置当前步长的位置。

其中，基准位置确定后，镜筒会回退到基准位置上方距离基准位置当前步长的位置。

S7：将当前步长除以预设数值的结果代替当前步长。

其中，预设数值可以根据实际需要来设定，在本实施例中，预设数值为2的整数倍。经过步骤S7后，当前步长变小了。

S8：控制电机驱动镜筒以当前步长向下步进移动。

S9：在镜筒移动后控制摄像头捕捉图像并计算图像清晰度；

S10：判断图像清晰度是否大于镜筒上一次位置的图像清晰度，如果不大于镜筒上一次位置的图像清晰度，则将镜筒的上一次位置作为基准位置，并再次进行步骤S4，如果大于镜筒上一次位置的图像清晰度，则再次进行步骤S8。

其中，步骤S4到S10是在基准位置附近寻找最大的图像清晰度，完成第二轮调焦(精调)。通过两轮调焦，可以找到最大的图像清晰度，即镜筒处于最佳位置。

为了方便更换玻片，在本实施例中，在步骤S1之前，自动调焦方法还包括：

S01：控制电机驱动镜筒到达玻片更换位置，其中，玻片更换位置在调焦起始位置上方。

下面将通过一个具体实例来说明本实施例的自动调焦方法的调焦过程。在该具体实例中，预设初始步长为0.64mm，预设数值为2，预设阈值为0.02mm，假设镜筒行程的最上方的位置的坐标为0mm，玻片更换位置为10mm，调焦起始位置为50mm，极限调焦位置为60mm，假设实际最大图像清晰度对应的镜筒位置为55.00mm。

进行步骤S01，镜筒到达玻片更换位置；

进行步骤S1，镜筒到达调焦起始位置；

进行步骤S2，镜筒到达极限调焦位置；

进行步骤S3，图像清晰度最大时镜筒所在位置为55.12mm，即基准位置为55.12mm。

进行步骤S4，当前步长0.64mm大于0.02mm；

进行步骤S6，镜筒到达基准位置上方距离基准位置0.64mm的位置，即55.12mm-0.64mm＝54.48mm处；

进行步骤S7，当前步长变为0.32mm；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.80mm；

进行步骤S9，计算54.80mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.80mm处的图像清晰度大于54.48mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.12mm；

进行步骤S9，计算55.12mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.12mm处的图像清晰度大于54.80mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.44mm；

进行步骤S9，计算55.44mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.44mm处的图像清晰度不大于55.12mm处的图像清晰度，将55.12mm作为基准位置，并再次进行步骤S4；

进行步骤S4，当前步长0.32mm大于0.02mm；

进行步骤S6，镜筒到达基准位置上方距离基准位置0.32mm的位置，即55.12mm-0.32mm＝54.80mm处；

进行步骤S7，当前步长变为0.16mm；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.96mm；

进行步骤S9，计算54.96mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.96mm处的图像清晰度大于54.80mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.12mm；

进行步骤S9，计算55.12mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.12mm处的图像清晰度不大于54.96mm处的图像清晰度，将54.96mm作为基准位置，并再次进行步骤S4；

进行步骤S4，当前步长0.16mm大于0.02mm；

进行步骤S6，镜筒到达基准位置上方距离基准位置0.16mm的位置，即54.96mm-0.16mm＝54.80mm处；

进行步骤S7，当前步长变为0.08mm；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.88mm；

进行步骤S9，计算54.88mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.88mm处的图像清晰度大于54.80mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.96mm；

进行步骤S9，计算54.96mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.96mm处的图像清晰度大于54.88mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.04mm；

进行步骤S9，计算55.04mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.04mm处的图像清晰度不大于54.96mm处的图像清晰度，将54.96mm作为基准位置，并再次进行步骤S4；

进行步骤S4，当前步长0.08mm大于0.02mm；

进行步骤S6，镜筒到达基准位置上方距离基准位置0.08mm的位置，即54.96mm-0.08mm＝54.88mm处；

进行步骤S7，当前步长变为0.04mm；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.92mm；

进行步骤S9，计算54.92mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.92mm处的图像清晰度大于54.88mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.96mm；

进行步骤S9，计算54.96mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.96mm处的图像清晰度大于54.92mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.00mm；

进行步骤S9，计算55.00mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.00mm处的图像清晰度大于54.96mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.04mm；

进行步骤S9，计算55.04mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.04mm处的图像清晰度不大于55.00mm处的图像清晰度，将55.00mm作为基准位置，并再次进行步骤S4；

进行步骤S4，当前步长0.04mm大于0.02mm；

进行步骤S6，镜筒到达基准位置上方距离基准位置0.04mm的位置，即55.00mm-0.04mm＝54.96mm处；

进行步骤S7，当前步长变为0.02mm；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置54.98mm；

进行步骤S9，计算54.98mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，54.98mm处的图像清晰度大于54.96mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.00mm；

进行步骤S9，计算55.00mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.00mm处的图像清晰度大于54.98mm处的图像清晰度，再次进行步骤S8；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.02mm；

进行步骤S9，计算55.02mm处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.02mm处的图像清晰度不大于55.00mm处的图像清晰度，将55.00mm作为基准位置，并再次进行步骤S4；

进行步骤S4，当前步长0.02mm等于(不小于)0.02mm；

进行步骤S7，当前步长变为0.01mm；

进行步骤S8，镜筒向下移动到达位置55.01mm；

进行步骤S9，计算55.01处的图像清晰度；

进行步骤S10，55.01mm处的图像清晰度不大于55.00mm处的图像清晰度，将55.00mm作为基准位置，并再次进行步骤S4；

进行步骤S4，当前步长0.01mm小于0.02mm；

进行步骤S5，结束调焦，镜筒刚好位于55mm处。

通过上述方式，本发明实施例的显微镜的自动调焦方法通过在调焦起始位置和极限调焦位置之间选取图像清晰度最大时镜筒所在位置作为基准位置，完成第一轮调焦(粗调)，然后在基准位置附近寻找最优的图像清晰度，完成第二轮调焦(精调)，从而能够自动调焦，提高调节速度和精度。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。