专利名称：一种可自动聚焦的显微镜系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可自动聚焦的显微镜系统。
背景技术：
显微镜的自动聚焦技术广泛应用于生物学和医学研究中，它可以提高实验与分析的 速度，降低人为操作对显微成像质量的影响。常见显微镜的自动聚焦系统通常以计算机 为控制核心，采用步进电机作为运动控制部件，选用CCD或CMOS摄像头结合软件算 法来进行聚焦分析和运动控制。公开号为CN 1246929(申请号为9S802309.1)的中国专利 《自动聚焦显微镜系统用模拟电路》即为典型的一个实例。该专利ffl模拟电路测量CCD 视频信号的能量分布来确定聚焦程度，与其他聚焦的方式相比，有效的提高了自动聚焦
的实时性并降低了聚焦成本。但其自动聚焦控制模块同时也有不足(l)聚焦过程对使用
场合有限制，不能自适应的调整输入信号的大小，使参'j聚焦毎帧信。-都在问---可比范
围内，从而摆脱聚焦过程对使用场合(自然光，闩光，l::i炽灯光等)的影响；(2)频辨能量 所用的平方累积数值巨大，在电路的实际实施中，容易饱和溢出，产牛错误数据而导致 聚焦位置的误判；所述电路方案虽然以归--化，结合平均照明倍号的方式來弥补照明不 稳定对聚焦结果的影响，但效果并不理想，照明信号的影响仍然存在。(3)频谱能量作为 判据，理论上可以完全区分聚集位置，但实际应用中，尤其在高倍观察到聚焦中，由于 噪声影响会有多峰情况出现，不能获得理想的聚焦评价曲线。(如图3所示)此外，能量 平方的计算方式和段通滤波的方式，也对聚焦的实时性产生影响。在对聚焦速度要求较 高的场合，比如痰涂肺结核菌的检测中不能替代人工。
另外，专利号为申请号为98802309.1的中国专利中描述的带通滤波器的功能是依据 视频信号组成的频率分布进行滤波，将同步信号复合信号等其他的加载信号进行滤除， 其依据是一个视频信号可以傅立叶分解表示成一组直流分量勺系列不问频率的 正弦量的叠加，因此依据不同信号的频率可以将所需信号剥离。但也有缺点，同 一信号被分解成一次两次直至n次弦波，那是一个近似无穷的过程，因此采用滤 波的方式可以无限接近但是不能完全地滤除无关信号。
理想的聚焦评价函数应该具有无偏性、单峰性和足够的信噪比。申请号为 98802309.1以灰度平方累加的能量评价方式进行聚焦评价。该方式通过计算每帧视频信 号的能量值并参考平均照明强度得到相应的聚焦指数。将所有的信号进行平方累加，数 据量太过巨大，容易产生溢出，此外，该方式受光照环境的影响极大，且噪声影响明显，容易形成误判断。聚焦的准确性和稳定性不能保证。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供 -种能l'l适应的调整输 入信号的大小，摆脱聚焦过程对使用场合限制的可自动聚焦的显微镜系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为该可自动聚焦的显微镜系统， 包括有显微镜可升降自动载物平台、视频信号采集模块、向动聚使控制投块和fi动载物 台控制驱动模块，其中，视频信号采集模块的输出端将采集的视频信号输送给自动聚焦 控制模块的输入端，自动聚焦控制模块经过对视频信号的处理后将驱动控制信号发送给 自动载物台控制驱动模块的输入端，自动载物台控制驱动模块根据接收的驱动控制信号 将升降信号发送给显微镜可升降自动载物平台以驱动显微镜可升降A动载物平台的升 降，其特征在于所述自动聚焦控制模块包括有
一自动增益控制模块，与所述视频信号采集模块的输出端相连，用来调整输入的视 频信号能量，使输入的视频信号能量调整到一设定的范围值；
一核心微处理器，与所述自动增益控制模块相连，输出视频信号能戰范，1但L的控制 信号给自动增益控制模块，并接收自动增益控制模块发送过來的^过h动增M匸的视顿 信号。
作为改进，所述自动聚焦控制模块包括有—--行帧信号检测模块，与所述视频信号 采集模块的输出端相连，用来获得行帧同步信号供所述核心微处理器控制使用，该信号 输出给核心处理器以数字点时钟模式控制聚焦信号的选择。
再改进，所述自动聚焦控制模块包括有
一高通滤波模块，与所述自动增益控制模块的输出端相连，用来滤除视频信号的低 频部分；
一选通模块，与所述高通滤波模块的输出端相连，由核心处理器的行帧同歩信号触 发，将所需的视频信号与其他复合同歩信号进行剥离；
一有效峰值选择模块，对参与聚焦的视频信号进行选择，去除噪声和其他千扰的信 号所形成的小波峰，将具代表性的边缘视频信号选择出来；
一峰值累加模块，与所述有效峰值选择模块的输出端相连，在所述核心微处理器输 出的帧控制信号的触发下将有效峰值选择模块选择出来的视频信号的峰值进行累加，并 将累加结果发送给所述核心微处理器。
这样，本实用新型采用峰值累加的方式计算聚焦指数，该方式计算简单速度快，避 免了计算结果的溢出。并且，本实用新型要求一个有效峰值选择模块，参与聚焦的视频 信号经过峰值检波模块的选择，剔除了芝麻噪声所带来的小波峰，只对代表清晰度的细 节信号进行了累加；减少计算量，加快了计算速度，避免了计算结果的溢出。所述自动载物台控制驱动模块包括有-全自动操作控制台和-氺进电机，所述U动 载物台控制驱动模块的输入端与所述核心微处理器相连，所述全自动操作控制台的输出 端与所述步进电机的输入端相连，所述步进电机的输出端与所述显微镜可升降自动载物 平台相连。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于
(1) 、针对显微镜聚焦过程中照明不稳定的情况，增加自动增益控制模块，该模块能 自适应的调整输入信号的大小，使参与聚焦每帧信号都在同--可比范围内，从而摆脱聚
焦过程对使用场合(自然光，日光，白炽灯光等)的限制；
(2) 、信号通过行帧信号检测模块分离出行帧同歩信号，通过核心处理器，形成时间 上的一维视频截取窗口，与专利98802309.1所述的基于频率的滤波不同，本方案能完整 有效的去除同步信号端部的影响；
(3) 、在计算聚焦评价函数值时，本文采用峰值累加模式，参与聚焦的视频信号经过 峰值检波模块的选择，剔除了芝麻噪声所带来的小波峰，只对代表清晰度的细节信号进 行了累加；减少计算量，加快了计算速度，避免了计算结果的溢出；并R.，山T进行了 选择性的积分，所以所得的聚焦评价函数具有更好的中.峰f化.。
图l为本实用新型实施例中可自动聚焦的显微镜系统的模块框!冬l。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一歩详细描述。
如图l所示的可自动聚焦的显微镜系统，由视频信号采集模块、显微镜可升降白动 载物平台、自动聚焦控制模块以及自动载物台控制驱动模块四个部分组成。视频信号采 集模块提供聚焦用的视频信号源，视频信号采集模块采用内嵌于显微镜镜体内CMOS 摄像头，直接采集物镜成像，由此确保了聚焦信号与人眼或屏幕观察操作时的同歩同视 场以及齐焦。
CMOS摄像头采集的视频信号，是彩色全电视信号，山亮度信号，已调色差信号、 复合消隐信号、复合同步信号、色同歩信号组成，其中，亮度信号和已调色差信号构成 彩色图像信号，代表被摄图像的亮度和色度信息，用以在接收端歪现彩色图像，由f人 眼对彩色细节的分辨能力远弱于对黑白细节的分辨能力，因此，亮度信号(亮度细节)是 决定图像是否清晰的关键,而图像的细节，在频域的表现为高频分量，所以图像的聚焦与 否(清晰与否)由图像的高频分量决定。
自动聚焦控制模块由行帧信号检测模块、核心微处理器、自动增益控制模块、高通 滤波模块、选通模块、有效峰值选择模块、峰值累加模块组成，
5视频信号经过CMOS摄像头采集后进入O动聚焦控制模块。在该模块，信号被分成 两部分， 一部分由行帧信号检测模块用来行帧信号检测以获得行帧同歩信号供核心处理器 控制使用；而另一部分则作为计算聚焦评价函数值的源输入而输送给t]动增益控制模块。 动增益模块调整输入信号的能量，将照明昏暗的影像进行增强，而对照明强度过 大的信号则进行削减，即将所有参与聚焦的信号调整到一个问等的nj比的范,内， 从而消除显微镜工作光照环境不稳定所带来的影响。
调整过的信号，通过高通滤波模块，滤除信号的低频部分。选通模块由核心微处理器 的行信号触发，将所需的视频信号与其他复合同歩信号进行剥离。采用核心微处理器进 行行信号触发，能有效控制所选择信号的范围。本实用新型所用的信号提取方式是截取， 而不是过滤，其依据是电视信号在时间上的特性，是一个严格规律的周期信号，在一个 周期内属于亮度信号的起始单位时间脉冲是固定的。因此在固定的时间单位内让该信号 通过可以确保信号的完整和纯粹。
本实用新型仅对有效的信号峰值进行累加，在累加之前对参与聚焦的信号进行选
择，去除噪声和其他干扰的信号所形成的小波峰，将史g代表fl:的边缘f P)进，r累加， 不仅大大减少了计算量且保证了聚焦评价值的无偏'H:和单峰性，核心微处理器i'T以仅仅 通过选择最大值即可判断出聚焦位置。
权利要求1、一种可自动聚焦的显微镜系统，包括有显微镜可升降自动载物平台、视频信号采集模块、自动聚焦控制模块和自动载物台控制驱动模块，其中，视频信号采集模块的输出端将采集的视频信号输送给自动聚焦控制模块的输入端，自动聚焦控制模块经过对视频信号的处理后将驱动控制信号发送给自动载物台控制驱动模块的输入端，自动载物台控制驱动模块根据接收的驱动控制信号将升降信号发送给显微镜可升降自动载物平台以驱动显微镜可升降自动载物平台的升降，其特征在于所述自动聚焦控制模块包括有一自动增益控制模块，与所述视频信号采集模块的输出端相连，用来调整输入的视频信号能量，使输入的视频信号能量调整到一设定的范围值；一核心微处理器，与所述自动增益控制模块相连，输出视频信号能量范围值的控制信号给自动增益控制模块，并接收自动增益控制模块发送过来的经过自动增益后的视频信号。
2、 根据权利要求1所述的可自动聚焦的显微镜系统，其特征在-f:所述0动聚焦 控制模块包括有 一行帧信号检测模块，与所述视频信号采集模块的输出端相连，用来 获得行帧同步信号供所述核心微处理器控制使用。
3、 根据权利要求2所述的可自动聚焦的显微镜系统，其特征在f:所述自动聚焦 控制模块包括有一高通滤波模块，与所述自动增益控制模块的输出端相连，用来滤除视频信号的低频部分；一选通模块，与所述高通滤波模块的输出端相连，由核心处理器的行帧同歩信号触 发，将所需的视频信号与其他复合同歩信号进行剥离；一有效峰值选择模块，对参与聚焦的视频信号进行选择，去除噪声和其他干扰的信 号所形成的小波峰，将具代表性的边缘视频信号选择出来；一峰值累加模块，与所述有效峰值选择模块的输出端相连，在所述核心微处理器输 出的帧控制信号的触发下将有效峰值选择模块选择出来的视频信号的峰值进行累加，并 将累加结果发送给所述核心微处理器。
4、 根据权利要求1 3任一项权利要求所述的可自动聚焦的显微镜系统，其特征在 于自动载物台控制驱动模块包括有一全自动操作控制台和一歩进电机，所述自动载物 台控制驱动模块的输入端与所述核心微处理器相连，所述全Q动操作控制台的输出端与 所述步进电机的输入端相连，所述歩进电机的输出端与所述显微镜可升降自动载物平台 相连。
专利摘要本实用新型涉及一种可自动聚焦的显微镜系统，包括有显微镜可升降自动载物平台、视频信号采集模块、自动聚焦控制模块和自动载物台控制驱动模块，其特征在于所述自动聚焦控制模块包括有一与视频信号采集模块的输出端相连、并调整输入的视频信号能量的自动增益控制模块；一核心微处理器，与自动增益控制模块相连，输出视频信号能量范围值的控制信号给自动增益控制模块，并接收自动增益控制模块发送过来的经过自动增益后的视频信号。与现有技术相比，本实用新型的优点在于能自适应的调整输入信号的大小，使参与聚焦每帧信号都在同一可比范围内，从而摆脱聚焦过程对使用场合(自然光，日光，白炽灯光等)的限制。
文档编号G02B21/24GK201340477SQ200820169109
公开日2009年11月4日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者丁海波, 鸣 杨, 邱元芳 申请人:宁波永新光学股份有限公司