專利名稱：一種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー個數(shù)字切片的聚焦系統(tǒng)及方法，特別涉及ー種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
在用顯微鏡進行數(shù)字切片的掃描中，視場的聚焦是ー個非常關(guān)鍵的指標，其聚焦效果直接影響圖像成像的清晰度，從而也直接影響數(shù)字切片的掃描質(zhì)量。傳統(tǒng)的顯微鏡自動聚焦采用在一個視場的不同Z軸位置(物鏡上下移動方向)抓取若干幅圖像，每幅圖像來源于不同的Z位置，再計算這些若干幅不同Z層面圖像的紋理清晰度，也叫聚焦因子。計算聚焦因子的常規(guī)方法是采用圖像邊緣檢測，邊緣變化越大，其圖像越銳化，因此聚焦因子越大。最大的聚焦因子對應(yīng)的那幅圖像的平面就是最佳聚焦面。這種方法簡單有效，能得到每個視場的最佳聚焦圖像。但缺點是速度慢，因為每個視場要按預(yù)定步長移動Z軸，每移動ー步要抓取一幅圖像，一般要抓取至少3幅圖像，有時甚至需抓取6 到10幅圖像或更多。這種對每個視場采集多層圖像計算最佳聚焦面的數(shù)字切片掃描方式在許多需要快速掃描得到數(shù)字切片的場合不被接受。為提高掃描速度，一種比較普遍的數(shù)字切片掃描方法是采用事先根據(jù)切片表面的組織凸凹建立切片表面聚焦數(shù)學模型，在掃描中根據(jù)聚焦模型進行Z軸聚焦面的補償，因此在每個視場只抓取一幅通過Z軸聚焦補償對應(yīng)的Z平面位置，而不再對每個視場進行多層圖像抓取，如此可以極大地提升掃描速度。但這種方法的不足之處在干，每個視場的聚焦面補償是根據(jù)事先建立的聚焦數(shù)學模型，如果切片表面復雜，或掃描中機械振動等各種因素導致硬件環(huán)境的稍許變化，都會影響該數(shù)學模型與實際情況的匹配誤差，導致估計的聚焦面出現(xiàn)誤差，從而影響聚焦效果和抓取圖像的清晰度，使掃描的數(shù)字切片質(zhì)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了ー種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)及其方法，可以實現(xiàn)快速獲取視場的最佳聚焦面。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供ー種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，包括光學顯微裝置，該光學顯微裝置包括載物臺、物鏡及主成像裝置，載物臺用于承載數(shù)字切片，物鏡用于放大數(shù)字切片，主成像裝置用于采集數(shù)字切片圖像，該自動聚焦系統(tǒng)還包括一光學分光裝置、一聚焦控制器、一位移控制器、第一副成像裝置以及第二副成像裝置；聚焦控制器調(diào)節(jié)主成像裝置、第一副成像裝置與第二副成像裝置使具有共同視場； 分光裝置對來自共同視場的光路切分成主光路、第一副光路和第二副光路；第一副成像裝置接收第一副光路并形成第一圖像，第二副成像裝置接收第二副光路并形成第二圖像，主成像裝置接收主光路并形成主圖像，聚焦控制器根據(jù)第一圖像、第二圖像及主圖像的聚焦因子進行對比分析；位移控制器與聚焦控制器電連接，該位移控制器根據(jù)聚焦控制器對上述當前視場的三個圖像分析結(jié)果并據(jù)以預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，同時控制載物臺或物鏡向下一個視場移動。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述三個成像裝置的焦面位于共同視場的景深范圍內(nèi)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第一副光路與第一副成像裝置垂直；所述第二副光路與第二副成像裝置垂直。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述主成像裝置的焦面在所述第一副成像裝置的焦面與所述第二副成像裝置的焦面之間，所述主成像裝置相對第一副成像裝置的焦面差與所述第 ニ副成像裝置相對主成像裝置的焦面差實質(zhì)相等。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第一副成像裝置與主成像裝置的焦面差為0. 5微米至5. 0微米之間，所述第二副成像裝置與主成像裝置的焦面差為0. 5微米至5. 0微米之間， 所述物鏡移動的步長為0. 25微米至2. 50微米之間。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述分光裝置包括第一分光鏡和第二分光鏡，主光路經(jīng)第一分光鏡反射出第一副光路，主光路經(jīng)第二分光鏡反射出第二副光路，第一分光鏡、第二分光鏡分別與主光路成45度角設(shè)置。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，還提供了ー種采用上述數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)的自動聚焦方法，該方法包括以下步驟，步驟10，初始系統(tǒng)，S卩，將數(shù)字切片放置于載物臺上，確定該數(shù)字切片需要進行掃描聚焦的區(qū)域；步驟20，調(diào)節(jié)系統(tǒng)，S卩，聚焦控制器調(diào)節(jié)主成像裝置、第一副成像裝置、第二副成像裝置以使該三個成像裝置具有共同視場；步驟30，光路成像，S卩，來自當前共同視場的光路經(jīng)分光裝置切分后，分別在主成像裝置形成主圖像，在第一副成像裝置形成第一圖像，在第二副成像裝置形成第二圖像；步驟40，對比分析，S卩，聚焦控制器對比分析主圖像、第一圖像及第二圖像的聚焦因子分析結(jié)果并據(jù)此預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，井根據(jù)該分析結(jié)果向位移控制器發(fā)送指令；步驟50，移動對焦，S卩，位移控制器根據(jù)聚焦控制器的指令，控制載物臺或物鏡向下一個視場移動，以實現(xiàn)主成像裝置在下一個視場處于最佳聚焦狀態(tài)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，上述方法進ー步包括以下步驟，步驟60，當前共同視場是否是數(shù)字切片在該當前視場所在行的最后ー個視場？如果不是，則進入步驟70，否則跳至步驟80 ；步驟70，行上平移，即，位移控制器控制載物臺或物鏡相對移動，使上述三個成像裝置向當前共同視場所在行的下ー個共同視場移動，并轉(zhuǎn)至步驟20 ；步驟80，當前共同視場是否是數(shù)字切片在該當前視場所在列的最后ー個視場？如果是，則結(jié)束掃描，否則進入步驟90 ；步驟90，列上平移，S卩，位移控制器控制載物臺或物鏡相對移動，使上述三個成像裝置向當前共同視場所在列的下一列共同視場移動，并轉(zhuǎn)至步驟20。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟40進ー步包括，步驟41，主圖像的聚焦因子F大于第一圖像的聚焦因子F1、且大于第二圖像的聚焦因子F2嗎？如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送不移動焦面的指令并結(jié)束，否則進入步驟42 ；步驟42，聚焦因子Fl大于聚焦因子F、且大于聚焦因子F2嗎？如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面往上移動的指令并結(jié)束，否則進入步驟43;步驟43，聚焦因子F2大于聚焦因子F、且大于聚焦因子Fl嗎？如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面往下移動的指令并結(jié)束，否則聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面不移動的指令并結(jié)束。本發(fā)明的技術(shù)方案相對于現(xiàn)有技木，取得的有益效果是(1)本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，基于傳統(tǒng)的光學顯微裝置(如顯微鏡)，并在該光學顯微鏡上配置光學分光裝置、聚焦控制器、位移控制器、第一副成像裝置以及第二副成像裝置，對傳統(tǒng)光學顯微裝置的兼容性好，不需要重復開發(fā)，從而節(jié)約成本；并且，還可實現(xiàn)快速獲取最佳聚焦面。 (2)通過聚焦控制器對主圖像、第一圖像及第ニ圖像的聚焦因子進行對比分析，其算法簡單，不需要進行復雜的運算，因此本發(fā)明所述的自動聚焦系統(tǒng)能快速確定最佳聚焦(3)三個成像裝置完成對當前視場的聚焦因子的分析計算后，井根據(jù)該分析結(jié)果以預(yù)估出下一個視場聚焦面所在的位置，可以快速獲取最佳聚焦面，而無需每次進入下一個視場時對三個成像裝置進行初始復位。(4)第一副光路與第一副成像裝置垂直，第二副光路與第二副成像裝置垂直，省去了由于傾斜角度的存在而對角度的復雜運算，進一步提高了最佳聚焦面的運算速度。(5)本發(fā)明所述的主成像裝置、第一副成像裝置、第二副成像裝置之間的焦面差值以物鏡的倍率進行預(yù)先設(shè)定，如20X物鏡，則相鄰兩個焦面的焦面距離則為1微米，并且物鏡移動的步長則為0. 5微米；上述焦面差、物鏡移動步長以相關(guān)聯(lián)的方式進行預(yù)先設(shè)定，可以簡化運算方式，進ー步提高運算速度。(6)本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦方法，是采用上述數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)進行操作，因此數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果，同樣適用于自動聚焦方法。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進ー步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1是本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦方法一流程圖；圖3是本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦方法另一流程圖；圖4A是本發(fā)明所述的三個成像裝置焦面位置的示意圖ー；圖4B是本發(fā)明所述的三個成像裝置焦面位置的示意圖ニ ；圖4C是本發(fā)明所述的三個成像裝置焦面位置的示意圖三；圖4D是本發(fā)明所述的三個成像裝置焦面位置的示意圖四；圖4E是本發(fā)明所述的三個成像裝置焦面位置的示意圖五；圖4F是本發(fā)明所述的三個成像裝置焦面位置的示意圖六。在圖4A-4F 中，“〇”表示主成像裝置焦面位置；“ ”表示第一副成像裝置焦面位置；“Δ”表示第二副成像裝置焦面位置；
AI \ 表示初始自動聚焦的聚焦面曲線示意圖； “ ！ \，，J表示當前視場沿Z軸向上移動；“ 一—··^，，表示當前視場沿Z軸平移；表示當前視場沿Z軸向下移動。 “ φ，，
具體實施例方式為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚、明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一歩詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用干限定本發(fā)明。為了能清楚說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對專業(yè)術(shù)語進行解釋視場指成像裝置能夠觀察到的最大范圍，通常以角度來表示；視場越大，觀測范圍越大。共同視場指多個成像裝置同時可以觀察到的視場范圍。景深指在成像裝置前沿著能夠取得清晰圖像的成像景深相機器軸線所測定的物體距離范圍；在聚焦完成后，在聚焦面前后的范圍內(nèi)都能形成清晰的像，這一前一后的距離范圍，便叫做景深。如圖1所示，本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，包括光學顯微裝置 10、光學分光裝置20、聚焦控制器30、位移控制器40、第一副成像裝置50以及第二副成像裝置60 ；其中，光學顯微裝置10包括載物臺13、物鏡14及主成像裝置15，載物臺13用于承載數(shù)字切片S，物鏡14用于放大數(shù)字切片S，主成像裝置15用于采集數(shù)字切片S圖像。數(shù)字切片S設(shè)置于載物臺13上，位于載物臺13下方的光源11經(jīng)過聚光棱鏡12的聚光作用， 在光學顯微裝置10上形成了光路S'。載物臺13可以沿X軸方向(紙面的橫向)與Y軸方向(垂直于紙面方向)移動，物鏡14可以沿Z軸方向移動(紙面的縱向)，而載物臺13 與物鏡14的移動受移動控制器40的控制。如圖1所示，聚焦控制器30調(diào)節(jié)主成像裝置15、第一副成像裝置50與第二副成像裝置60使其具有共同視場，并且上述三個成像裝置的焦面可以位于共同視場的景深范圍內(nèi)或接近景深范圍內(nèi)，上述每個成像裝置按一定的焦面差進行設(shè)置，移動每個視場吋，上述三個成像裝置同時對當前視場進行成像，因此可以得到同一視場但清晰度不同的紋理圖像。對于第一副成像裝置50與第二副成像裝置60，既可以是與主成像裝置15相同參數(shù)的成像裝置，也可以是不同參數(shù)的成像裝置；既可以是彩色成像裝置，也可以是單獨的灰度成像裝置；既可以是和主成像裝置15相同分辨率的成像裝置，也可以是不同分辨率的成像裝置(其分辨率通過空間校正得到對應(yīng)關(guān)系)。如圖1所示，分光裝置20對來自共同視場的光路切分成主光路S'、第一副光路 Sl和第二副光路S2 ；第一副成像裝置50接收第一副光路Sl并形成第一圖像，第二副成像裝置60接收第二副光路S2并形成第二圖像，主成像裝置15接收主光路S'并形成主圖像， 聚焦控制器30根據(jù)第一圖像、第二圖像及主圖像的聚焦因子進行對比分析，位移控制器40 與聚焦控制器50電連接，該位移控制器40根據(jù)聚焦控制器50對上述三個圖像的分析結(jié)果以預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，并且控制載物臺13或物鏡14向下一個視場移動。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所述的實時掃描自動聚焦系統(tǒng)對傳統(tǒng)光學顯微裝置的兼容性好，不需要重復開發(fā)，從而節(jié)約成本；并且，還可實現(xiàn)快速獲取最佳聚焦面。當三個成像裝置完成當前視場的聚焦后，并據(jù)以預(yù)估出下一個視場聚焦面所在位置，位移控制器40 將三個成像裝置平移至下一個視場，可以快速獲取最佳聚焦面的效果，而無需每次進入下一個視場時對三個成像裝置進行初始復位。如圖1所示，第一副光路Sl與第一副成像裝置50垂直，第二副光路S2與第二副成像裝置60垂直，也即是第一副光路Sl與第一副成像裝置50之間的夾角β為90度角， 第二副光路S2與第二副成像裝置60之間的夾角β為90度角。相對于其他的傾斜角度， 省去了由于傾斜角度的存在而對角度的復雜運算，進一步提高了獲取最佳聚焦面的運算速度。另外，第一副成像裝置50與第二副成像裝置60的焦面相對位于主成像裝置15的焦面兩側(cè)，作為優(yōu)選方案，第一副成像裝置50與主成像裝置15的焦面差為0. 5微米至5. 0微米之間，第二副成像裝置50與主成像裝置15的焦面差也為0. 5微米至5. 0微米之間，而物鏡 14移動的步長為0. 25微米至2. 50微米之間。作為另ー優(yōu)選方案，分光裝置20包括第一分光鏡21和第二分光鏡22，主光路S'經(jīng)第一分光鏡21反射出第一副光路Si，主光路S'經(jīng)第二分光鏡22反射出第二副光路S2，第一分光鏡21、第二分光鏡22分別與主光路S'成 45度角設(shè)置，也即是圖中所示的α角為45度。如圖2所示，本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，還提供了ー種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦方法，該方法包括以下步驟步驟10，對系統(tǒng)進行初始化。即，將數(shù)字切片S放置于載物臺13上，確定該數(shù)字切片S需要進行掃描聚焦的區(qū)域。在這ー過程中，需要對主成像裝置15、第一副成像裝置 50和第二副成像裝置60進行比例較正、空間校正、區(qū)域配準、相互之間的Z軸位置偏移較準等，從而確定需要進行掃描聚焦的區(qū)域。步驟20，對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。S卩，聚焦控制器30調(diào)節(jié)主成像裝置15、第一副成像裝置50、第二副成像裝置60以使該三個成像裝置具有共同視場，并且該三個成像裝置的焦面可以位于共同視場的景深范圍內(nèi)或接近景深范圍內(nèi)，從而使主成像裝置15、第一副成像裝置50、第二副成像裝置60可以對同一視場進行成像。步驟30，光路形成圖像。S卩，來自當前共同視場的光路經(jīng)分光裝置20切分后，分別在主成像裝置15形成主圖像，在第一副成像裝置50形成第一圖像，在第二副成像裝置60 形成第二圖像。步驟40，對比分析。即，聚焦控制器30對比分析主圖像、第一圖像及第ニ圖像的聚焦因子以預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，井根據(jù)該分析結(jié)果向位移控制器40發(fā)送指令。步驟50，移動對焦。即，位移控制器40根據(jù)聚焦控制器30的指令，控制載物臺13 或物鏡14向相應(yīng)的方向移動，以實現(xiàn)主成像裝置15在下一個視場處于最佳聚焦狀態(tài)。經(jīng)步驟10至步驟50，完成了對ー個共同視場下的數(shù)字切片S的掃描。如圖4Α至圖4F所示，對于步驟40還可以進ー步包括以下步驟步驟41，主圖像的聚焦因子F大于第一圖像的聚焦因子F1、且大于第二圖像的聚焦因子F2嗎？如果是，聚焦控制器30向位移控制器40發(fā)送不移動焦面的指令并結(jié)束；否則進入步驟42 ；
如圖4C所示，第一副成像裝置50的焦面在聚焦面的上面，主成像裝置15的焦面在聚焦面的下面，但計算得到的主成像裝置15的聚焦因子最大，即大于第一副成像裝置50 的聚焦因子，也大于第二副成像裝置60的聚焦因子。因此此時主成像裝置15的Z軸位置優(yōu)于第一副成像裝置50、第二副成像裝置60的Z軸位置。因此，載物臺13或目鏡14向下一個視場移動時，上述三個成像裝置則不需要移動位置，位移控制器40發(fā)送不移動焦面的指令。如圖4D所示，第一副成像裝置50的焦面和主成像裝置15的焦面都在聚焦面的上面，第二副成像裝置60在聚焦面的下面，但這時還主成像裝置15的聚焦因子最大，即大于第一副成像裝置50的聚焦因子，也大于第二副成像裝置60的聚焦因子。因此，此時的主成像裝置15的ζ軸位置優(yōu)于第一副成像裝置50、第二副成像裝置60的ζ軸位置。因此，載物臺13或目鏡14向下一個視場移動時，上述三個成像裝置則不需要移動位置，位移控制器 40發(fā)送不移動焦面的指令。步驟42，聚焦因子Fl大于聚焦因子F、且大于聚焦因子F2嗎？如圖4A、圖4B所示，如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面往上移動的指令并結(jié)束；否則進入步驟43 ；如圖4A所示，上述三個成像裝置的焦面都在聚焦面的下面，第一副成像裝置50的聚焦因子最大，大于主成像裝置15的聚焦因子，也大于第二副成像裝置60的聚焦因子。因此，載物臺13或目鏡14向下一個視場移動時，需要將三個成像裝置的焦面往上移動，聚焦控制器30向位移控制器40發(fā)送焦面往上移動的指令。如圖4B所示，第一副成像裝置50的焦面在聚焦面的上面，主成像裝置15在聚焦面的下面，但由于這時第一副成像裝置50的聚焦因子最大，大于主成像裝置15的聚焦因子，也大于第二副成像裝置60的聚焦因子，因此，載物臺13或目鏡14向下ー個視場移動吋，需要將三個成像裝置的焦面往上移動，聚焦控制器30向位移控制器40發(fā)送焦面往上移動的指令。步驟43，聚焦因子F2大于聚焦因子F、且大于聚焦因子Fl嗎？如果是，聚焦控制器30向位移控制器40發(fā)送焦面往下移動的指令并結(jié)束，否則聚焦控制器30向位移控制器 40發(fā)送焦面不移動的指令并結(jié)束。如圖4E所示，第一副成像裝置50的焦面在聚焦面的上面，主成像裝置15的焦面也在聚焦面的上面，第二副成像裝置60的焦面在聚焦面的下面；但由于這時第二副成像裝置60的聚焦因子最大，因此，載物臺13或目鏡14向下一個視場移動時，需要將三個成像裝置的焦面往下移動，聚焦控制器30向位移控制器40發(fā)送焦面往下移動的指令。如圖4F所示，三個成像設(shè)備的焦面都在聚焦面的上面，第二副成像裝置60的聚焦因子最大，因此，載物臺13或目鏡14向下一個視場移動時，需要將三個成像裝置的焦面往下移動，聚焦控制器30向位移控制器40發(fā)送焦面往下移動的指令。綜上所述，當數(shù)字切片S較為均勻且平整地放置在載物臺13上時，對下一視場的聚焦面位置實質(zhì)上已在其前一個視場得到了準確預(yù)測，并且可以直接套用上ー個視場的聚焦因子。也即是，在聚焦過程中，出現(xiàn)如圖4C與圖4D所示的情況，直接平移目鏡14或載物臺13的情況居多，從而大大提高了實時掃描自動聚焦的效率。如圖3所示，由于數(shù)字切片S上可以有多行多列的視場，由于在完成對某ー視場的掃描后，需要對下ー個視場進行掃描。因此，本發(fā)明所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦方法
9在完成步驟10至步驟50后，進ー步包括以下步驟步驟60，當前共同視場是否是數(shù)字切片S在該當前視場所在行的最后ー個視場？ 如果不是，則進入步驟70，否則跳至步驟80 ；步驟70，行上平移，S卩，位移控制器40控制載物臺13或物鏡14相對移動，使上述三個成像裝置向當前共同視場所在行的下ー個共同視場移動，并轉(zhuǎn)至步驟20 ；步驟80，當前共同視場是否是數(shù)字切片S在該當前視場所在列的最后ー個視場？ 如果是，則結(jié)束掃描，否則進入步驟90 ；步驟90，列上平移，S卩，位移控制器40控制載物臺13或物鏡14相對移動，使上述三個成像裝置向當前共同視場所在列的下一列共同視場移動，并轉(zhuǎn)至步驟20。上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應(yīng)當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，包括光學顯微裝置，該光學顯微裝置包括載物臺、物鏡及主成像裝置，載物臺用于承載數(shù)字切片，物鏡用于放大數(shù)字切片，主成像裝置用于采集數(shù)字切片圖像，其特征在于，該自動聚焦系統(tǒng)還包括一光學分光裝置、一聚焦控制器、一位移控制器、第一副成像裝置以及第二副成像裝置；聚焦控制器調(diào)節(jié)主成像裝置、第一副成像裝置與第二副成像裝置使具有共同視場；分光裝置對來自共同視場的光路切分成主光路、第一副光路和第二副光路；第一副成像裝置接收第一副光路并形成第一圖像，第二副成像裝置接收第二副光路并形成第二圖像，主成像裝置接收主光路并形成主圖像，聚焦控制器根據(jù)第一圖像、第二圖像及主圖像的聚焦因子進行對比分析；位移控制器與聚焦控制器電連接，該位移控制器根據(jù)聚焦控制器對上述當前視場的三個圖像的聚焦因子分析結(jié)果并據(jù)以預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，同時控制載物臺或物鏡向下一個視場移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，其特征在干，所述三個成像裝置的焦面位于共同視場的景深范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，其特征在干，所述第一副光路與第一副成像裝置垂直；所述第二副光路與第二副成像裝置垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，其特征在干，所述第一副成像裝置與第二副成像裝置的焦面相對位于主成像裝置的焦面兩側(cè)；所述主成像裝置相對第一副成像裝置的焦面差與所述第二副成像裝置相對主成像裝置的焦面差實質(zhì)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，其特征在干，所述第一副成像裝置與主成像裝置的焦面差為0. 5微米至5. 0微米之間，所述第二副成像裝置與主成像裝置的焦面差為0. 5微米至5. 0微米之間；所述物鏡移動的步長為0. 25微米至2. 50微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)，其特征在干，所述分光裝置包括第一分光鏡和第二分光鏡，主光路經(jīng)第一分光鏡反射出第一副光路，主光路經(jīng)第二分光鏡反射出第二副光路，第一分光鏡、第二分光鏡分別與主光路成45度角設(shè)置。
7.一種采用如權(quán)利要求1至6中任一所述的數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)的自動聚焦方法，其特征在干，包括以下步驟，步驟10，初始系統(tǒng)，即，將數(shù)字切片放置于載物臺上，確定該數(shù)字切片需要進行掃描聚焦的區(qū)域；步驟20，調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即，聚焦控制器調(diào)節(jié)主成像裝置、第一副成像裝置、第二副成像裝置以使該三個成像裝置具有共同視場；步驟30，光路成像，即，來自當前共同視場的光路經(jīng)分光裝置切分后，分別在主成像裝置形成主圖像，在第一副成像裝置形成第一圖像，在第二副成像裝置形成第二圖像；步驟40，對比分析，S卩，聚焦控制器對比分析主圖像、第一圖像及第ニ圖像的聚焦因子分析結(jié)果并據(jù)此預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，井根據(jù)該分析結(jié)果向位移控制器發(fā)送指令；步驟50，移動對焦，S卩，位移控制器根據(jù)聚焦控制器的指令，控制載物臺或物鏡向下一個視場移動，以實現(xiàn)主成像裝置在下一個視場處于最佳聚焦狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字切片實時掃描的自動聚焦方法，其特征在干， 進ー步包括以下步驟，步驟60，當前共同視場是否是數(shù)字切片在該當前視場所在行的最后ー個視場？如果不是，則進入步驟70，否則跳至步驟80 ；步驟70，行上平移，S卩，位移控制器控制載物臺或物鏡相對移動，使上述三個成像裝置向下ー個視場移動，并轉(zhuǎn)至步驟20 ；步驟80，當前共同視場是否是數(shù)字切片在該當前視場所在列的最后ー個視場？如果是，則結(jié)束掃描，否則進入步驟90 ；步驟90，列上平移，S卩，位移控制器控制載物臺或物鏡相對移動，使上述三個成像裝向下ー個視場移動，并轉(zhuǎn)至步驟20。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字切片實時掃描的自動聚焦方法，其特征在干， 所述步驟40進ー步包括，步驟41，主圖像的聚焦因子F大于第一圖像的聚焦因子F1、且大于第二圖像的聚焦因子F2嗎？如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送不移動焦面的指令并結(jié)束，否則進入步驟 42 ；步驟42，聚焦因子Fl大于聚焦因子F、且大于聚焦因子F2嗎？如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面往上移動的指令并結(jié)束，否則進入步驟43 ；步驟43，聚焦因子F2大于聚焦因子F、且大于聚焦因子Fl嗎？如果是，聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面往下移動的指令并結(jié)束，否則聚焦控制器向位移控制器發(fā)送焦面不移動的指令并結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字切片實時掃描自動聚焦系統(tǒng)及方法，聚焦系統(tǒng)包括光學顯微裝置、光學分光裝置、聚焦控制器、位移控制器、第一副成像裝置以及第二副成像裝置，聚焦控制器調(diào)節(jié)主成像裝置、第一副成像裝置與第二副成像裝置使具有共同視場；分光裝置對來自共同視場的光路切分成主光路、第一副光路和第二副光路；聚焦控制器根據(jù)第一圖像、第二圖像及主圖像的聚焦因子進行對比分析；該位移控制器根據(jù)聚焦控制器對上述當前視場的三個圖像分析結(jié)果并據(jù)以預(yù)估下一個視場的聚焦面位置，同時控制載物臺或物鏡向下一個視場移動。采用上述方案，對傳統(tǒng)光學顯微裝置的兼容性好，不需要重復開發(fā)；并且，還可實現(xiàn)快速獲取最佳聚焦面，所獲得的聚焦面精確度高。
文檔編號G02B21/18GK102566023SQ20121000844
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者吳丹媛, 康軍, 賈守禮, 陳進 申請人:麥克奧迪實業(yè)集團有限公司