一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法与流程

本发明涉及一种光学显微镜的快速对焦方法，尤其是涉及种一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法。

背景技术：

1、生物数字切片是以数字图像技术为基础的阅片方法，为医生诊断病例提供了便利。制作生物数字切片主要包括生物切片制作、扫描区域识别、自动对焦、点位拟合、图像采集和图像拼接共六个步骤。在正确识别扫描区域后，选择不同的自动对焦和样本拟合策略将影响采图质量。特别是在高清数字切片的用户需求下，将使用20倍或更高的物镜逐一地采集每个视野的图像，而这类物镜的景深通常仅有1μm甚至更小，结合考虑生物样本的高低起伏差异，如何设计自动对焦和点位拟合的采图策略，是一个值得关注的问题。

2、王磊等提出一种在生物切片上手动预选对焦点的方式[1]，根据对焦结果计算拟合平面，控制相机逐一采集图像序列。随着自动化水平的提高，手动预选对焦点势必降低自动化水平，且平面拟合方式无法适应不同样本、小景深条件下的采图点位的焦面精度要求。陈木旺等也就显微标本的对焦问题，提出了一种基于盖玻片上特定图案的对焦方法[2]。然而，实际生产作业中，无法要求所有实验使用指定规格的玻片耗材，因此方案的通用性受到了限制。

3、在明场显微镜下，面对物镜景深小、生物样本差异性(分布区域不同和高低起伏差异)、采图效率的问题，自动对焦和点位拟合策略对获得一幅高清的生物数字切片十分重要。

4、王磊,严斯能,刘洪英,等.生物荧光样本的聚焦拍摄实现方法、显微镜和存储介质:202010241402.6[p].2020-03-31.

5、陈木旺,贾守礼.一种带有盖玻片的显微标本的对焦方法:202010272006.x[p].2020-04-09.

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种快速、准确的面向多区域切片扫描的快速对焦方法，实现高清采图。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，含以下步骤：

3、步骤(1)：使用低倍物镜采集样本所有位置的图像，得到生物切片样本的全景图，再采用机器视觉技术对每张低倍物镜图像做切分与分类处理，标记出样本区域，将标记后的低倍物镜图像记为图img，所述的图img为灰度图，所述的图img由多个像素点组成，将每个像素点对应的生物切片样本的局部区域的识别结果记为一个点位，其中，将灰度值为0的样本区域记为无效样本区域，将灰度值非0的样本区域记为有效样本区域的；

4、步骤(2)：找出图img中所有有效样本区域的轮廓，将每个轮廓视为一个独立区域，将图img中独立区域的数量记为ncontour；

5、步骤(3)：将所有独立区域视为整体有效样本区域，在图img中记录整体有效样本区域的端点，找到每个独立区域的几何中心，如果寻找到的端点和几何中心在图img处的灰度值非0，则将这些端点和几何中心视为粗对焦点，并记录该粗对焦点对应的水平面位置；

6、步骤(4)：遍历每个独立区域，根据对焦点密度策略，动态地寻找细对焦点，并记录细对焦点的水平面位置；

7、步骤(5)：将低倍物镜切换为高倍物镜，对所有的粗对焦点做自动对焦，获取粗对焦点的空间坐标；

8、步骤(6)：根据粗对焦点的空间坐标做平面拟合，获取基准斜平面；

9、步骤(7)：在基准斜平面上对所有的细对焦点做自动对焦，获取细对焦点的空间坐标；

10、步骤(8)：根据细对焦点的空间坐标，对各个独立区域分别用薄板样条插值法做曲面拟合；

11、步骤(9)：分区域计算所有采图点位的精准焦面；

12、步骤(10)：使用高倍物镜根据每个采图点位的精准焦面进行对焦并采集图片。

13、与现有技术相比，本发明的优点在于先在低倍物镜的全景采图下寻找粗对焦点，而后在高倍物镜下获取粗对焦点的初步空间坐标，并拟合出一个基准斜平面，以该斜平面为基础，缩小焦面的搜索范围，再通过细对焦和薄板样条插值法精准计算出切片各采图点位的最佳焦面。实验结果表明，相比平面拟合法，本发明方法有效地缩短了对焦过程的搜索范围，对焦效率提升约10倍；本发明方法的采图焦面精度为0.438μm，焦面精度提升57.3％，且充分发挥了高倍物镜的成像分辨能力。此外，本发明方法无需定制特定的丝印载玻片，具备采图高清、对焦快速、自动化程度高的特点，可适用于主流的无丝印样本，简便通用。

技术特征：

1.一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(2)中通过调用opencv的findcontours函数寻找图img中有效样本区域的轮廓。

3.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(3)具体如下：

4.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(4)具体如下：

5.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(5)具体如下：

6.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(6)的基准斜平面拟合方法如下：

7.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(7)具体如下：

8.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(8)的薄板样条插值法如下：

9.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的步骤(9)具体如下：

10.如权利要求1所述的一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，其特征在于所述的低倍物镜是指4倍率或更低倍率的物镜，所述的高倍物镜是指10倍率或更高倍率的物镜。

技术总结
本发明公开了一种面向多区域切片扫描的快速对焦方法，先在低倍物镜的全景采图下寻找粗对焦点，而后在高倍物镜下获取粗对焦点的初步空间坐标，并拟合出一个基准斜平面，以该斜平面为基础，缩小焦面的搜索范围，再通过细对焦和薄板样条插值法精准计算出切片各采图点位的最佳焦面，优点是相比平面拟合法，有效地缩短了对焦过程的搜索范围，对焦效率提升约10倍，采图焦面精度为0.438μm，焦面精度提升57.3％，且充分发挥了高倍物镜的成像分辨能力。

技术研发人员：王益平,郑驰,毛昊阳,张琦,沈开远
受保护的技术使用者：宁波永新光学股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15