显微镜自动对焦方法、系统和装置与流程

本发明涉及显微镜，尤其涉及一种显微镜自动对焦方法、系统和装置。

背景技术：

1、目前显微镜中的自动对焦是一种被动式自动对焦，是通过分析图像特征得出图像清晰度值fv(focus value)，然后驱动电机调节焦距到最佳位置实现的。

2、在实际情况下，计算得到的fv值会存在一定的波动，并非完美的正态分布，而需要根据计算得到的fv值来找出最优解。方法基本都是基于爬山法，该算法是一种贪心算法，当存在伪极值的情况下，如果该伪极值出现在最优极值之前，就会陷入局部最优解的陷阱中，因而无法找到全局最优解。

3、而且为了减少因为计算得到最优解的位置与电机停止时的位置之间的偏差，往往会将电机设定在一个相对较慢的速度上，影响对焦效率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是设计一种显微镜自动对焦方法、系统和装置，对fv值进行处理，增加了数据离散度判断来滤除数据小波动造成的误判，通过将动量加入到最优解搜索方法中来大大增加获得全局最优解的概率，在电机速度上进行变速控制，提高对焦效率，解决现有的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种显微镜自动对焦方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：获取图像清晰度值fv。

4、步骤s2：对fv值进行离散程度判断，当离散程度大于设定的阈值时进入步骤s3。

5、步骤s3：结合动量寻找全局最优解一侧的点。

6、步骤s4：降低调节焦距速度，反向再进行一次不结合动量的搜索，同时计算fv值，并且找到fv最大值，然后停止变焦，完成一次自动对焦。

7、进一步的，步骤s1中，获取图像清晰度评价的算法为使用不同算子(sobel索贝尔算子、laplacian拉普拉斯算子等)的灰度梯度法或方差算法或高频分量法。

8、进一步的，步骤s1中，图像清晰度值fv的计算方法为：

9、

10、fvn＝αhn+(1-α)*vn；

11、其中：fvn是计算得到的每个分块的fv值，α为常量，0.75≤α≤0.9，hn与vn分别为水平与垂直方向各个分块经过滤波器后的输出值，blocks为分块数量，weight为权重矩阵，weightn为权重矩阵中对应分块的权重。

12、进一步的，步骤s2中，采用平均差对数据进行离散程度计算：

13、

14、其中m为离散程度，x为当前fv数据，x′为计算离散量的数据集的平均数，n为数据个数。

15、进一步的，3≤n≤10。

16、进一步的，步骤s3中，相邻两个fv值的计算间隔δt不变，每次将前一次一部分梯度传递到下一次的梯度对比中：

17、w′n＝γw′n-1+(1-γ)wn；

18、wn＝fvn-fvn-1；

19、其中，w′n为本次得到的梯度与动量结合的结果，γ为传递比例，wn为本次fv值之差，0.5≤γ≤0.9，当w′n小于0时，则找到位于全局最优解一侧的点位。

20、进一步的，步骤s4中，反向查找的范围设为4个fv值的计算间隔δt的可调焦范围。

21、本发明还提供一种显微镜自动对焦系统，包括

22、图像清晰度获取模块：用于计算图像清晰度值fv；

23、离散程度判断模块：用于计算fv值离散程度并判断是否大于设定的阈值；

24、全局最优解搜索模块：用于结合动量来实现越过局部最优解，每次将前一次一部分梯度传递到下次一定的梯度对比中，直至出现负数；

25、全局最优解确定模块：用于根据全局最优解寻找模块找到的全局最优解一侧的点位，降低调节焦距速度，反向再进行一次不结合动量的搜索，同时计算fv值，并且找到fv最大值，即确定全局最优解的点位。

26、本发明还提供一种显微镜自动对焦装置，包括：

27、至少一个处理器；以及

28、至少一个与所述处理器通信连接的存储器；

29、其中，所述存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使显微镜自动对焦装置执行前述的显微镜自动对焦方法。

30、进一步的，还包括焦距调节单元，所述焦距调节单元包括驱动电机和变焦物镜，通过电机转动实现焦距调节。

31、本发明的有益效果：

32、本发明的显微镜自动对焦方法通过对图像清晰度值fv进行离散程度判断，有效滤除了数据波动干扰，同时通过将动量加入到最优解搜索方法中，从而有能力可以越过局部最优解继续寻找，大大增加获得全局最优解的概率，此外，为了每次尽可能快速在最优解找到合适的清晰点，在电机速度上进行变速控制，以提高对焦效率。与现有技术相比，本发明的方法对焦速度更快，出现对焦不够清晰的概率明显降低。

技术特征：

1.一种显微镜自动对焦方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于：步骤s1中，获取图像清晰度评价的算法为使用不同算子的灰度梯度法或方差算法或高频分量法。

3.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于：步骤s1中，图像清晰度值fv的计算方法为：

4.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于：步骤s2中，采用平均差对数据进行离散程度计算：

5.根据权利要求4所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于：3≤n≤10。

6.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于：步骤s3中，相邻两个fv值的计算间隔δt不变，每次将前一次一部分梯度传递到下一次的梯度对比中：

7.根据权利要求1所述的显微镜自动对焦方法，其特征在于：步骤s4中，反向查找的范围设为4个fv值的计算间隔δt的可调焦范围。

8.一种显微镜自动对焦系统，其特征在于：包括

9.一种显微镜自动对焦装置，其特征在于：包括：

10.根据权利要求8所述的显微镜自动对焦装置，其特征在于：还包括焦距调节单元，所述焦距调节单元包括驱动电机和变焦物镜，通过电机转动实现焦距调节。

技术总结本发明涉及显微镜自动对焦方法，包括：S1获取图像清晰度值FV；S2对FV值进行离散程度判断；S3结合动量寻找全局最优解一侧的点；S4降低调节焦距速度，反向再进行一次不结合动量的搜索，同时计算FV值，并且找到FV最大值，然后停止变焦，完成一次自动对焦。本发明的显微镜自动对焦方法通过对图像清晰度值FV进行离散程度判断，有效滤除了数据波动干扰，同时通过将动量加入到最优解搜索方法中，从而有能力可以越过局部最优解继续寻找，大大增加获得全局最优解的概率，此外，为了每次尽可能快速在最优解找到合适的清晰点，在电机速度上进行变速控制，以提高对焦效率。与现有技术相比，本发明的方法对焦速度更快，出现对焦不够清晰的概率明显降低。技术研发人员：陶波,季重阳,刘运辉,侯泽渭受保护的技术使用者：苏州西默医疗科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2