一种基于PSF的显微镜高速自动对焦方法

本发明属于显微镜，具体涉及一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，人们对摄像机的要求越来越高。不但要求在光线充足的条件下能拍摄到清晰的图像，同时也要求在光线不足或无光线时拍摄到清晰的图像。以前的高速摄像机采用led红外灯模块，其在夜视照明中存在一定的局限性，如：照射距离短，亮度不够、寿命较短等方面，在很多领域已经不能满足安防监控工程对夜视红外的要求。

2、随着智能监控、高级人机接口、人体运动分析及基于内容的图像检索与储存等方面的迅猛发展，摄像机越来越多的应用于各个领域。特别是近年来对治安的重视，使得摄像机在安防领域有了用武之地；但是在这些场合，手动的取景及变焦显然不能使系统起到主动地监控作用。

3、利用相机采集显微镜下得图片时，需要调整物镜与物体之间得距离，获得清晰图片。现有的利用电机驱动载物台或者显微镜升降进行对焦，由于制造及配合精度问题，其在驱动载物台升降时其实际距离与设置的距离存在偏差，这导致现有的自动对焦方法对焦效果不理想；加上传统的采用电机控制的自动对焦方法，由于需要对比前后两张图片清晰度，才能判断下一步的运动方向，这样导致的电机启停会花费大量时间；现有的清晰度评价函数为了采集到清晰的图片，其评价窗口往往取得很大，而且计算较为复杂，造成清晰度值计算量增加，这些造成不必要的时间开销，造成对焦时间过长。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，包括：

2、s1：基础结构设计，通过基础结构采集图片并以时间序列进行图片命名；

3、s2：将采集到的图像序列，从第1张开始，按照图片命名序列间隔n，在计算机运行中采用基于psf的清晰度评价函数计算图片的清晰度，对比计算出的图片的清晰度，找到在以图片命名序列间隔n设定的采样区间中最清晰图片的序号p；

4、s3：以位置p为起点，按照搜寻步长n/2，利用基于psf的清晰度评价函数计算距离该搜寻步长的图片清晰度，与前一张图片清晰度比较，若距离该搜寻步长的图片清晰度大于或等于前一张图片清晰度，则保持步长和方向不变，继续搜寻；若距离该搜寻步长的图片清晰度小于前一张图片清晰度，则将搜索步长减半，并反向搜寻最大清晰度图片，重复搜索当搜寻步长等于0时则停止，得到最大清晰度的图片，并提取图片编号；

5、s4：按照相机采集帧率，计算从开始采集至采集到最大清晰度的图片的时间，并根据电机的时间加速度响应曲线，求得聚焦位置，控制载物台升降到聚焦位置，实现对焦。

6、优选的，基础结构设计，通过基础结构采集图片并以时间序列进行图片命名，包括：

7、所述基础结构包括：激光发射器，显微物镜，高速相机，带电机的载物台，利用激光发射器发射点光源到目标物体，载物台通过电机控制目标物体进行升降移动，在升降期间控制高速相机不间断的进行图片采集，显微物镜对采集到的图片进行放大并存入计算机中。

8、优选的，所述psf函数，包括：

9、

10、其中，h(m,n)表示散焦点扩散函数，r表示散焦光斑的半径，(m,n)表示以散焦光斑中心为原点的像素坐标。

11、优选的，基于psf的清晰度评价函数，包括：

12、

13、其中，f(x,y)表示基于psf的清晰度评价函数，(x,y)表示图像像素点，d表示在图像中激光点的扩散区域。

14、优选的，采用基于psf的清晰度评价函数计算图片的清晰度，包括：

15、

16、其中，d(f)表示图像清晰度计算结果，dwin表示所选择的评价窗口，(x′,y′)表示评价窗口处的像素点坐标，(x′,y′)∈(x,y)，(x,y)表示图像像素点。

17、优选的，按照相机采集帧率，计算从开始采集至采集到最大清晰度的图片的时间，包括：

18、t＝1/fps*index

19、其中，t表示采集到最大清晰度的图片的时间，fps表示采集帧率，index表示图片按照时间序列记录的编号。

20、本发明的有益效果：

21、本发明通过基础机械结构设计确定激光点在图像中的成像位置，从而确定评价窗口位置，还能避免电机的多次启停问题，节约了对焦时间，并且本发明提出的基于psf的清晰度评价函数，与现有技术相比它避免了评价函数窗口的选择问题，能将评价窗口选择得很小，从而避免了窗口过大而造化的多余计算时间的开销，且其抗干扰性比现有的基于梯度的清晰度评价函数更强。

技术特征：

1.一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，其特征在于，基础结构设计，通过基础结构采集图片并以时间序列进行图片命名，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，其特征在于，所述psf函数，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，其特征在于，基于psf的清晰度评价函数，包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，其特征在于，采用基于psf的清晰度评价函数计算图片的清晰度，包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于psf的显微镜高速自动对焦方法，其特征在于，按照相机采集帧率，计算从开始采集至采集到最大清晰度的图片的时间，包括：

技术总结
本发明属于显微镜技术领域，具体涉及一种基于PSF的显微镜高速自动对焦方法，包括：基础结构设计，控制载物台电机从前往后进行升降，在升降期间控制高速相机进行连续采集，再利用基于PSF的清晰度评价方法计算图片清晰度找到采集到的图片中最清晰的图片序号，根据电机时间位移响应曲线，找到聚焦位置，控制载物台升降到聚焦位置，实现对焦。本发明基础机械结构设计确定激光点在图像中的成像位置，从而确定评价窗口位置，还能避免电机的多次启停问题，节约了对焦时间，并且本发明提出的基于自动对焦的清晰度评价函数，抗干扰性更强。

技术研发人员：张恒,刘波,杭芹,吕雪,何云玲,钟凌鹏,程成,赵洪坪,黄农森,丁家松,郭家新,羊杨
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13