專利名稱：一種自動聚焦方法及應(yīng)用該方法的顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動聚焦方法及應(yīng)用該方法的顯微鏡。
背景技術(shù)：
顯微鏡的自動聚焦技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中，它可以提高實驗與分析的 速度，降低人為操作對顯微成像質(zhì)量的影響。常見顯微鏡的自動聚焦系統(tǒng)通常以計算機 為控制核心，采用步進電機作為運動控制部件，選用CCD或CMOS攝像頭結(jié)合軟件算 法來進行聚焦分析和運動控制。公開號為CN 1246929(申請?zhí)枮?8802309.1)的中國專利 《自動聚焦顯微鏡系統(tǒng)用模擬電路》即為典型的一個實例。該專利用模擬電路測量CCD 視頻信號的能量分布來確定聚焦程度，與其他聚焦的方式相比，有效的提高了自動聚焦 的實時性并降低了聚焦成本。但其自動聚焦控制模塊同時也有不足(l)聚焦過程對使用 場合有限制，不能自適應(yīng)的調(diào)整輸入信號的大小，使參與聚焦每幀信號都在同一可比范 圍內(nèi)，從而擺脫聚焦過程對使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的影響；(2)頻譜能量 所用的平方累積數(shù)值巨大，在電路的實際實施中，容易飽和溢出，產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)而導(dǎo)致 聚焦位置的誤判；所述電路方案雖然以歸一法，結(jié)合平均照明信號的方式來彌補照明不 穩(wěn)定對聚焦結(jié)果的影響，但效果并不理想，照明信號的影響仍然存在。(3)采用頻譜能量 作為判據(jù)，理論上可以完全區(qū)分聚集位置，但實際應(yīng)用中，尤其在高倍觀察到聚焦中， 由于噪聲影響會有多峰情況出現(xiàn)，不能獲得理想的聚焦評價曲線。此外，能量平方的計 算方式和段通濾波的方式，也對聚焦的實時性產(chǎn)生影響。在對聚焦速度要求較高的場合， 比如痰涂肺結(jié)核菌的檢測中不能替代人工。
另外，公開號為CN 1246929(申請?zhí)枮?8802309.1)的中國專利《自動聚焦顯微鏡系 統(tǒng)用模擬電路》的中國專利中描述的帶通濾波器的功能是依據(jù)視頻信號組成的頻率分布 進行濾波，從而將同步信號和其他復(fù)合信號等加載的與圖像信號無關(guān)的其他信號進行減 弱，雖然該方法可以減弱這些無關(guān)信號，但是不能做到完全濾除，并且該方法的依據(jù)是 將一個視頻信號用傅立葉分解表示成一組直流分量與一系列不同頻率的正弦量的 疊加，然后依據(jù)不同信號的頻率可以將所需的圖像信號與其他無關(guān)信號進行剝離， 但是由于同一信號被分解成一次、兩次直至n次弦波，那是一個近似無窮的過程， 因此采用濾波的方式可以無限接近但是不能完全地濾除這些與純圖像無關(guān)的同步 信號和其他復(fù)合信號。
理想的聚焦評價過程應(yīng)該具有無偏性、單峰性和足夠的信噪比，公開號為CN1246929(申請?zhí)枮?8802309.1)的中國專利《自動聚焦顯微鏡系統(tǒng)用模擬電路》以灰度平 方累加的能量評價方式進行聚焦評價。該方式通過計算每幀圖像信號的能量值并參考平 均照明強度得到相應(yīng)的聚焦指數(shù)。將所有的信號進行平方累加，數(shù)據(jù)量太過巨大，容易 產(chǎn)生溢出，此外，該方式受光照環(huán)境的影響極大，且噪聲影響明顯，容易形成誤判斷， 聚焦的準確性和穩(wěn)定性不能保證。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種聚焦評估時能完 全濾除與純圖像無關(guān)的同步信號和其他復(fù)合信號、并能擯除干擾信號影響、同時還 能自適應(yīng)的調(diào)整輸入信號的大小，擺脫聚焦過程對使用場合限制的自動聚焦方法。
本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用上述自動聚焦方法的顯微鏡。
本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該自動聚焦方法，通過實時 采集被測量物體經(jīng)物鏡成像后的原始圖像視頻信號，并改變物鏡和被測量物體之間的距 離來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚焦，其特征在于所述自動聚焦方法通過以下步驟實現(xiàn)
步驟一、根據(jù)聚焦使用場合設(shè)定視頻信號可比能量范圍值，設(shè)定聚焦評估最大偏離 值M， M取值范圍為
;
步驟二、改變物鏡和被測量物體之間的距離；
步驟三、將實時采集的原始圖像視頻信號的能量調(diào)整到視頻信號可比能量范圍值內(nèi) 從而得到第一視頻信號；
步驟四、將第一視頻信號進行高通濾波，濾除第一視頻信號的低頻部分，保留第一
視頻信號的高頻部分，從而得到第二視頻信號；
步驟五、將第二視頻信號中其他復(fù)合同步信號進行剝離，僅保留含純圖像信號，從 而得到第三視頻信號；
步驟六、將第三視頻信號中干擾信號所形成的小波峰去除，將第三視頻信號中內(nèi)容
變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信號；
步驟七、將第四視頻信號中第N幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加，然后 再對第四視頻信號中第N+l幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加，其中N為自然 數(shù)；
步驟八、將兩個累加結(jié)果進行比較，如果第N+1幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié) 果與第N幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果之差大于設(shè)定評估最大偏離值，則給出第 一控制信號，改變物鏡和被測量物體之間的距離，并且使物鏡和被測量物體之間的距離 變化與步驟二保持一致；如果第N+l幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖 像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在[-M M]之間，則給出第二控制信號，使物鏡和 被測量物體之間的距離保持不變，此時，己經(jīng)實現(xiàn)被測量物體的聚焦；如果第N+1幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在小 于-M，則輸出第三控制信號，改變物鏡和被測量物體之間的距離，并且使物鏡和被測量 物體之間的距離變化與步驟二的變化相反。
本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該顯微鏡，包括有用于放置 被測量物體的顯微鏡可升降自動載物平臺，視頻信號采集模塊，自動聚焦控制模塊和自 動載物臺控制驅(qū)動模塊；其中，視頻信號采集模塊實時采集被測量物體的原始視頻圖像 信號并輸送給自動聚焦控制模塊，自動聚焦控制模塊經(jīng)過對原始視頻圖像信號的分析處 理后輸出控制信號發(fā)送給自動載物臺控制驅(qū)動模塊，自動載物臺控制驅(qū)動模塊根據(jù)接收 的控制信號將升降信號發(fā)送給顯微鏡可升降自動載物平臺以驅(qū)動顯微鏡可升降自動載 物平臺的升降，從而改變物鏡和被測量物體之間的距離來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚 焦，其特征在于所述自動聚焦控制模塊包括有
一自動增益控制模塊，與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟
一高通濾波模塊，與所述自動增益控制模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟四； 一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟五； 一有效峰值選擇模塊，與所述選通模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟六； 一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟七； 一核心微處理器，與所述自動增益控制模塊及峰值累加模塊相連，用來實現(xiàn)步驟一 和八，即輸出視頻信號可比能量范圍值給自動增益控制模i央，并接收自動增益控制模塊 發(fā)送過來的經(jīng)過自動增益后的視頻信號；同時將峰值累加模塊輸出的每幀圖像的有效波 峰的峰值累加結(jié)果進行比較，輸出第一控制信號或第二控制信號或第三控制信號給自動 載物臺控制驅(qū)動模塊以驅(qū)動可升降自動載物平臺的上升和下降，最終實現(xiàn)顯微鏡的自動 聚焦。
作為改進，本發(fā)明顯微鏡的自動聚焦控制模塊還包括有 一行幀信號檢測模塊，該 行幀信號檢測模塊與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用來獲得原始視頻圖像信號 的行同步信號和幀同步信號供所述核心微處理器控制使用，所述核心微處理器對測得的 原始視頻圖像信號中的行同步信號和幀同步信號進行分析，并當原始視頻圖像信號中出 現(xiàn)幀同步信號后給出一個幀控制觸發(fā)信號，同時根據(jù)行同步信號當原始視頻圖像信號的 每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號時給出一個行控制觸發(fā)信號。
將選通模塊與所述核心微處理器相連，這樣選通模塊就可以由核心微處理器輸出的 行控制觸發(fā)信號觸發(fā)對視頻信號中其他復(fù)合同步信號進行剝離。而峰值累加模塊則可以 由核心微處理器輸出的幀控制觸發(fā)信號觸發(fā)截取第五視頻信號中的第N幀圖像信號和 第N+1幀圖像信號。
所述自動載物臺控制驅(qū)動模塊包括有一全自動操作控制臺和一步進電機，所述自動載物臺控制驅(qū)動模塊的輸入端與所述核心微處理器相連，所述全自動操作控制臺的輸出 端與所述步進電機的輸入端相連，所述步進電機的輸出端與所述顯微鏡可升降自動載物 平臺相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1) 、針對顯微鏡聚焦過程中照明不穩(wěn)定的情況，增加步驟四，使得參與聚焦的每幀 圖像信號都在同一可比范圍內(nèi)，從而擺脫聚焦過程對使用場合(自然光，日光，白熾燈 光等)的限制；
(2) 、通過設(shè)置步驟六，使參與聚焦的視頻圖像信號完全剔除了復(fù)合同步信號，僅僅 保留了純圖像信號，減少了后續(xù)步驟的計算量，加快了計算速度，避免了計算結(jié)果的溢 出。
(3) 、通過設(shè)置步驟七、使參與聚焦的視頻圖像信號中的背景等干擾信號所形成的小 波峰去除，將內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，同樣減少了后續(xù)步驟 的計算量，加快了計算速度，避免了計算結(jié)果的溢出，控制過程更加穩(wěn)定。
(4) 、通過設(shè)置步驟八、采用有效波峰峰值累加的方法對參與聚焦的視頻信號的每幀 圖像進行比較，可以很好的判斷每幀圖像的質(zhì)量，以便更好更快實現(xiàn)顯微鏡的自動聚焦。
圖1為本發(fā)明實施例中自動聚焦方法實施例的流程圖2為本發(fā)明實施例中顯微鏡的模塊框圖3為本發(fā)明實施例中顯微鏡自動聚焦流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
本發(fā)明首先提供了一種自動聚焦方法，參見圖1所示，這種自動聚焦方法可以用于 顯微鏡、照相機、攝像機等需要調(diào)焦的各種產(chǎn)品中，其通過實時釆集被測量物體經(jīng)顯微 鏡或照相機或攝像機的物鏡成像后的原始圖像視頻信號，并改變物鏡和被測量物體之間 的距離來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚焦，其包括以下步驟
步驟一、根據(jù)聚焦使用場合設(shè)定視頻信號可比能量范圍值，設(shè)定聚焦評估最大偏離
值M, M取值范圍為
，本實施例中M取值0.3;
步驟二、改變物鏡和被測量物體之間的距離，使得物鏡遠離被測量物體； 當然，實際使用過程中，也可以使物鏡靠近被測量物體；
步驟三、將實時采集的原始圖像視頻信號的能量調(diào)整到視頻信號可比能量范圍值內(nèi) 從而得到第一視頻信號；
步驟四、將第一視頻信號進行高通濾波，濾除第一視頻信號的低頻部分，保留第一視頻信號的高頻部分，從而得到第二視頻信號；
步驟五、將第二視頻信號中其他復(fù)合同步信號進行剝離，僅保留含純圖像信號，從 而得到第三視頻信號；
步驟六、將第三視頻信號中干擾信號所形成的小波峰去除，將第三視頻信號中內(nèi)容 變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信號；
步驟七、將第四視頻信號中第N幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加得到i^，
然后再對第四視頻信號中第N+l幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加得到，其 中N為自然數(shù)；
步驟八、將兩個累加結(jié)果FN+，和FN進行比較，如果i^+,-Fw>0.3，則給出第一控
制信號，改變物鏡和被測量物體之間的距離，使物鏡和被測量物體之間的距離變化與步 驟二保持一致，即使物鏡遠離被測量物體；如果-0.3^7^+1-;^《0.3，則給出第二控
制信號，使物鏡和被測量物體之間的距離保持不變，此時，已經(jīng)實現(xiàn)被測量物體的聚焦； 如果尸^+1-/^<-0.3，則輸出第三控制信號，改變物鏡和被測量物體之間的距離，并且
使物鏡和被測量物體之間的距離變化與步驟二的變化相反，即使物鏡靠近被測量物體。 由于本發(fā)明在聚焦評估過程中，使參與聚焦的每幀圖像信號都調(diào)整在同一可比范圍
內(nèi)，從而擺脫聚焦過程對使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的限制；并且完全剔除 了復(fù)合同步信號，僅僅保留了純圖像信號，去除了背景等干擾信號所形成的小波峰，將 內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來進行峰值累加，減少了計算量，加快 了計算速度，避免了計算結(jié)果的溢出，控制過程更加穩(wěn)定可靠，特別適用于對聚焦速度 要求較高的場合，例如高倍率的顯微鏡聚焦。
本發(fā)明另一方面提供了一種應(yīng)用上述自動聚焦方法的顯微鏡，如圖2所示，包括有 用于放置被測量物體的顯微鏡可升降自動載物平臺、視頻信號采集模塊、自動聚焦控制 模塊和自動載物臺控制驅(qū)動模塊。
本實施例中，視頻信號采集模塊提供聚焦用的視頻信號源，實時采集被測量物體的 原始視頻圖像信號，視頻信號采集模塊采用內(nèi)嵌于顯微鏡鏡體內(nèi)CMOS攝像頭，直接 采集物鏡成像，由此確保了聚焦信號與人眼或屏幕觀察操作時的同步同視場以及齊焦。 由于CMOS攝像頭采集的視頻信號，是彩色全電視信號，由亮度信號，已調(diào)色差信號、 復(fù)合消隱信號、復(fù)合同步信號、色同步信號組成，其中，亮度信號和已調(diào)色差信號構(gòu)成 彩色圖像信號，代表被攝圖像的亮度和色度信息，用以在接收端重現(xiàn)彩色圖像，由于人 眼對彩色細節(jié)的分辨能力遠弱于對黑白細節(jié)的分辨能力，因此，亮度信號(亮度細節(jié))是 決定圖像是否清晰的關(guān)鍵,而圖像的細節(jié)，在頻域的表現(xiàn)為高頻分量，所以圖像的聚焦與否(清晰與否)由圖像的高頻分量決定。
自動聚焦控制模塊經(jīng)過對原始視頻圖像信號的分析處理后輸出控制信號發(fā)送給自 動載物臺控制驅(qū)動模塊，本實施例中，自動聚焦控制模塊包括有-
一自動增益控制模塊，與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟
一高通濾波模塊，與所述自動增益控制模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟四； 一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟五； 一有效峰值選擇模塊，與所述選通模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟六； 一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟七； 一核心微處理器，與所述自動增益控制模塊及峰值累加模塊相連，用來實現(xiàn)步驟一 和八，即輸出視頻信號可比能量范圍值給自動增益控制模塊，并接收自動增益控制模塊 發(fā)送過來的經(jīng)過自動增益后的視頻信號；同時將峰值累加模塊輸出的每幀圖像的有效波 峰的峰值累加結(jié)果進行比較，輸出第一控制信號或第二控制信號或第三控制信號給自動 載物臺控制驅(qū)動模塊以驅(qū)動可升降自動載物平臺的上升和下降，最終實現(xiàn)顯微鏡的自動 聚焦；
一行幀信號檢測模塊，該行幀信號檢測模塊與視頻信號采集模塊的輸出端相連，用 來獲得原始視頻圖像信號的行同步信號和幀同步信號供核心微處理器控制使用，核心微 處理器對測得的原始視頻圖像信號中的行同步信號和幀同步信號進行分析，并當原始視 頻圖像信號中出現(xiàn)幀同步信號后給出一個幀控制觸發(fā)信號，同時根據(jù)行同步信號當原始 視頻圖像信號的每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號時給出一個行控制觸發(fā)信號。
本發(fā)明選通模塊所用的信號提取方式是截取，而不是過濾，其依據(jù)是信號在時間上 的特性，是一個嚴格規(guī)律的周期信號，在一個周期內(nèi)屬于亮度信號的起始單位時間脈沖 是固定的，因此在固定的時間單位內(nèi)讓該信號通過可以確保信號的完整和純粹。
自動載物臺控制驅(qū)動模塊包括有一全自動操作控制臺和一步進電機，所述自動載物 臺控制驅(qū)動模塊的輸入端與所述核心微處理器相連，所述全自動操作控制臺的輸出端與 所述步進電機的輸入端相連，所述步進電機的輸出端與所述顯微鏡可升降自動載物平臺 相連，全自動操作控制臺根據(jù)接收的控制信號將升降信號發(fā)送給顯微鏡可升降自動載物 平臺以驅(qū)動顯微鏡可升降自動載物平臺的升降，從而改變物鏡和被測量物體之間的距離 來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚焦。
因此，應(yīng)用上述自動聚焦方法的顯微鏡通的自動聚焦過程為參見圖3所示
步驟一、根據(jù)顯微鏡聚焦使用場合設(shè)定視頻信號可比能量范圍值，設(shè)定可升降自動 載物平臺的調(diào)整步長，設(shè)定評估最大偏離值M， M取值范圍為
，本實施例中M 取值為0.1;
步驟二、顯微鏡物鏡不動，自動載物臺控制驅(qū)動模塊輸出上升的控制信號給可升降自動載物平臺；
當然，根據(jù)實際使用情況，自動載物臺控制驅(qū)動模塊也可以輸出下降的控制信號給 可升降自動載物平臺；
步驟三、視頻信號采集模塊采集可升降自動載物平臺上待測圖像的原始視頻圖像信 號，并將原始視頻圖像信號輸送給自動增益控制模塊和行幀信號檢測模塊；
步驟四、自動增益控制模塊將所有輸入的原始視頻圖像信號的能量調(diào)整到視頻信號 可比能量范圍值內(nèi)從而得到第一視頻信號，行幀信號檢測模塊獲得行同步信號和幀同步 信號供核心處理器控制使用，核心微處理器對測得的視頻信號中的行同步信號和幀同步 信號進行分析，并當視頻信號中出現(xiàn)幀同步信號后給出一個幀控制觸發(fā)信號，同時根據(jù) 行同步信號當視頻信號的每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號時給出一個行控制觸發(fā)信 號；
步驟五、高通濾波模塊將第一視頻信號進行高通濾波，濾除第一視頻信號的低頻部 分，保留第一視頻信號的高頻部分，從而得到第二視頻信號；
步驟六、選通模塊由核心微處理器輸出的行控制信號觸發(fā)對第二視頻信號中其他復(fù) 合同步信號進行剝離，僅保留含純圖像信號，從而得到第三視頻信號；
步驟七、有效峰值選擇模塊將第三視頻信號中干擾信號所形成的小波峰去除，將第 四視頻信號中內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信 號；
步驟八、峰值累加模塊由核心微處理器輸出的幀控制信號觸發(fā)將第四視頻信號中第 N幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加得到i^，然后再對第四視頻信號中第N+l
幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加得到Fj^ ,并將累加結(jié)果輸送給核心微處理
器，其中N為自然數(shù)；
步驟九、核心微處理器將兩個累加結(jié)果F糾和FN進行比較，如果Fw+,-&〉0.1，
則核心微處理器輸出與步驟二中相同的控制信號給自動載物臺控制驅(qū)動模塊，自動載物 臺控制驅(qū)動模塊輸出與步驟二中相同的控制信號給可升降自動載物平臺，即讓可升降自
動載物平臺繼續(xù)上升；如果-0.1SFW+1-Fw《0.1，則核心微處理器輸出停止控制信號
給自動載物臺控制驅(qū)動模塊，自動載物臺控制驅(qū)動模塊也輸出停止控制信號給可升降自 動載物平臺，即讓可升降自動載物平臺停止運動，已經(jīng)實現(xiàn)自動聚焦；如果
^v+1 -尸w <_0.1 ，則核心微處理器輸出與步驟二中相反的控制信號給自動載物臺控制-驅(qū)
動模塊，自動載物臺控制驅(qū)動模塊也輸出與步驟二中相反的控制信號給可升降自動載物 平臺，即讓可升降自動載物平臺下降，
10步驟十、減小可升降自動載物平臺的調(diào)整步長，重復(fù)步驟三到九，直至 -0.1^+1-i^0.1，實現(xiàn)自動聚焦。
一般，顯微鏡生產(chǎn)廠家在顯微鏡的出廠設(shè)置中，將可升降自動載物平臺固定在顯微 鏡物鏡焦點的上面或下面，這時，顯微鏡的自動聚焦方法與上述步驟不同的是
步驟二為當可升降自動載物平臺在顯微鏡焦點的上面，自動載物臺控制驅(qū)動模塊 輸出下降控制信號給可升降自動載物平臺；當可升降自動載物平臺在顯微鏡焦點的下 面，自動載物臺控制驅(qū)動模塊輸出上升控制信號給可升降自動載物平臺；
步驟九為核心微處理器將將第四視頻信號中每一幀圖像信號的所有有效波峰的峰 值累加結(jié)果進行比較，當峰值累加結(jié)果出現(xiàn)最大值時，自動聚焦控制模塊輸出停止控制 信號給自動載物臺控制驅(qū)動模塊，自動載物臺控制驅(qū)動模塊輸出停止控制信號給可升降 自動載物平臺，使可升降自動載物平臺停止運動。
權(quán)利要求
1、一種自動聚焦方法，通過實時采集被測量物體經(jīng)物鏡成像后的原始圖像視頻信號，并改變物鏡和被測量物體之間的距離來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚焦，其特征在于所述自動聚焦方法通過以下步驟實現(xiàn)步驟一、根據(jù)聚焦使用場合設(shè)定視頻信號可比能量范圍值，設(shè)定聚焦評估最大偏離值M，M取值范圍為
；步驟二、改變物鏡和被測量物體之間的距離；步驟三、將實時采集的原始圖像視頻信號的能量調(diào)整到視頻信號可比能量范圍值內(nèi)從而得到第一視頻信號；步驟四、將第一視頻信號進行高通濾波，濾除第一視頻信號的低頻部分，保留第一視頻信號的高頻部分，從而得到第二視頻信號；步驟五、將第二視頻信號中其他復(fù)合同步信號進行剝離，僅保留含純圖像信號，從而得到第三視頻信號；步驟六、將第三視頻信號中干擾信號所形成的小波峰去除，將第三視頻信號中內(nèi)容變化明顯的代表圖像特征的有效波峰選擇出來，從而得到第四視頻信號；步驟七、將第四視頻信號中第N幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加，然后再對第四視頻信號中第N+1幀圖像信號的所有有效波峰峰值進行累加，其中N為自然數(shù)；步驟八、將兩個累加結(jié)果進行比較，如果第N+1幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果之差大于設(shè)定評估最大偏離值，則給出第一控制信號，改變物鏡和被測量物體之間的距離，并且使物鏡和被測量物體之間的距離變化與步驟二保持一致；如果第N+1幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在[-M～M]之間，則給出第二控制信號，使物鏡和被測量物體之間的距離保持不變，此時，已經(jīng)實現(xiàn)被測量物體的聚焦；如果第N+1幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果與第N幀圖像信號的有效波峰峰值累加結(jié)果之差在小于-M，則輸出第三控制信號，改變物鏡和被測量物體之間的距離，并且使物鏡和被測量物體之間的距離變化與步驟二的變化相反。
2、 一種應(yīng)用權(quán)利要求l所述自動聚焦方法的顯微鏡，包括有用于放置被測量物體 的顯微鏡可升降自動載物平臺，視頻信號采集模塊，自動聚焦控制模塊和自動載物臺控 制驅(qū)動模塊；其中，視頻信號采集模塊實時采集被測量物體的原始視頻圖像信號并輸送 給自動聚焦控制模塊，自動聚焦控制模塊經(jīng)過對原始視頻圖像信號的分析處理后輸出控 制信號發(fā)送給自動載物臺控制驅(qū)動模塊，自動載物臺控制驅(qū)動模塊根據(jù)接收的控制信號將升降信號發(fā)送給顯微鏡可升降自動載物平臺以驅(qū)動顯微鏡可升降自動載物平臺的升 降，從而改變物鏡和被測量物體之間的距離來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚焦，其特征在 于所述自動聚焦控制模塊包括有-一自動增益控制模塊，與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟一高通濾波模塊，與所述自動增益控制模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟四； 一選通模塊，與所述高通濾波模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟五； 一有效峰值選擇模塊，與所述選通模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟六； 一峰值累加模塊，與所述有效峰值選擇模塊的輸出端相連，用來實現(xiàn)所述步驟七； 一核心微處理器，與所述自動增益控制模塊及峰值累加模塊相連，用來實現(xiàn)步驟一 和八，即輸出視頻信號可比能量范圍值給自動增益控制模塊，并接收自動增益控制模塊 發(fā)送過來的經(jīng)過自動增益后的視頻信號；同時將峰值累加模塊輸出的每幀圖像的有效波 峰的峰值累加結(jié)果進行比較，輸出第一控制信號或第二控制信號或第三控制信號給自動 載物臺控制驅(qū)動模塊以驅(qū)動可升降自動載物平臺的上升和下降，最終實現(xiàn)顯微鏡的自動 聚焦。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡，其特征在于所述自動聚焦控制模塊還包括有 一行幀信號檢測模塊，該行幀信號檢測模塊與所述視頻信號采集模塊的輸出端相連，用 來獲得原始視頻圖像信號的行同步信號和幀同步信號供所述核心微處理器控制使用，所 述核心微處理器對測得的原始視頻圖像信號中的行同步信號和幀同步信號進行分析，并 當原始視頻圖像信號中出現(xiàn)幀同步信號后給出一個幀控制觸發(fā)信號，同時根據(jù)行同步信 號當原始視頻圖像信號的每一幀圖像中出現(xiàn)一行純圖像信號時給出一個行控制觸發(fā)信 號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡，其特征在于所述選通模塊與所述核心微處理 器相連，并且所述選通模塊由所述核心微處理器輸出的行控制觸發(fā)信號觸發(fā)對視頻信號 中其他復(fù)合同步信號進行剝離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡，其特征在于所述峰值累加模塊由所述核心微 處理器輸出的幀控制觸發(fā)信號觸發(fā)截取第五視頻信號中的第N幀圖像信號和第N+l幀 圖像信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項權(quán)利要求所述的顯微鏡，其特征在于所述自動載物臺控制驅(qū)動模塊包括有一全自動操作控制臺和一步進電機，所述自動載物臺控制驅(qū)動模 塊的輸入端與所述核心微處理器相連，所述全自動操作控制臺的輸出端與所述步進電機 的輸入端相連，所述步進電機的輸出端與所述顯微鏡可升降自動載物平臺相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動聚焦方法，通過實時采集被測量物體經(jīng)物鏡成像后的原始圖像視頻信號，并改變物鏡和被測量物體之間的距離來實現(xiàn)對被測量物體的自動聚焦，其特征在于包括以下步驟一、設(shè)定視頻信號可比能量范圍值、評估最大偏離值M；二、改變物鏡和被測量物體之間的距離；三、將實時采集的原始圖像視頻信號的能量調(diào)整到視頻信號可比能量范圍值內(nèi)；四、濾除視頻信號的低頻部分，保留視頻信號的高頻部分；五、將視頻信號中其他復(fù)合同步信號進行剝；六、去除干擾信號所形成的小波峰、七、將每幀圖像的所有有效波峰峰值進行累加后比較；本發(fā)明的優(yōu)點擺脫聚焦過程對使用場合(自然光，日光，白熾燈光等)的限制，聚焦精度高、速度快。
文檔編號G02B21/36GK101509998SQ20091009704
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者丁海波, 鳴 楊, 邱元芳 申請人:寧波永新光學(xué)股份有限公司