显微镜的快速自动对焦算法

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1、!"#·$!第18卷第1期2007年1月JournalofOptoelectronicsLaserVol.18No.1Jan.2007显微镜的快速a动对焦算法苗立刚!轩波!彭思龙(中国科学院自动化研究所9国家专用集成电路设计工程设计研究中心9北京100080)摘要C针对平面样品的大规模显微图像采集9提出了一种基于预测的快速自动对焦算法首先9利用相邻图像的对焦位置估计当前图像的对焦位置9并在其附近做微小调整即可得到最佳对焦位置9从而避免对焦评价曲线的多峰干扰其次9利用阈值分割方法选择对焦窗口以消除背景干扰9使对焦评价函数满足无偏性该算法大大减少了自动对焦所需要采集的图像

2、数量9对焦速度~精度以及鲁棒性均有明显的提高关键词C自动对焦对焦函数;线性预测;对焦窗口中图分类号!T~742文献标识码!A文章编号!1005-0086(2007)01-0009-04FastAutofocusingAlgorithminMicroscopy9XUANBo9PENGSi-longMIAOLi-gang(NationalASICDesignEngineeringCenter9InstituteofAutomation9ChineseAcademyofSci-ences9Beiing1000809China)AbstractCAfastautofocusi

3、ngalgorithmbasedonpredictionisproposedforthelarge-scalemicroscopicim-agesacCuisitionofflatpreparations.Firstly9themethodusesthein-focuspositionsofadacentimagestoestimatethatofcurrentimages9andthenmakestinyadustmentattheestimatedpositiontogetaccuratein-focusposition9thus9avoidsthelocalma

4、ximaproblemoffocusingcurves.Secondly9theglobalthresholdmethodisusedtoselectfocusingWindoWadaptively9anditcaneliminatethebackgroundinterferenceandensuretheaccuracyoffocusingcurves.Thisalgorithmdecreasesgreatlythenumberofimagesthatareac-Cuiredforautofocusing9andincreasesthespeed9accuracya

5、ndrobustnessofthemicroscopicautofocusingsystem.KeywordsCautofocusing;focusfunction;automaticmicroscope;linearprediction;focusingWindoW曲线的局限极值19394]9但是大部分都不具有普遍意义在1引言某些情况下9无论采用哪种对焦评价函数9都可能导致自动对焦的失败9因而消除多峰和背景干扰对构建稳定的显微自动对焦是现代光学成像系统的一项重要技术传统镜自动对焦系统具有重要的意义的主动对焦技术主要采用测距原理9根据所测距离驱动电机调节镜头至聚焦位置

6、9由于需要额外的测距设备9其适用针对平面样品的大规模显微图像采集9本文提出了一种基于预测的显微镜自动对焦方法在平面样品的连续采范围相对较小被动对焦技术利用获取的图像信息分析对集过程中9相邻几幅图像的最佳对焦位置相差很小9根据前焦方向9并调整焦距到最佳位置9目前在许多成像设备中取一幅或几幅图像的对焦位置估计当前图像的对焦位置9然得了广泛的应用被动对焦方式包括对焦深度(DFF)法和离焦深度(DFD)法1]9DFD法从离焦图像中取得深度信后在估计位置附近做微小的调整9即可得到最佳焦平面位置这种方法既可以避免多峰干扰9又大大减少了采集图息9只需要获得2~3幅的图像即可完成自动

7、对焦过程9速度像的数量和搜索的步骤此外9为了使对焦函数满足无偏快9但对焦精度低DFF法通过搜寻对焦评价曲线的峰值性9本文利用阈值分割的方法自适应地选择对焦区域9可以实现自动对焦9精度高9因而显微镜的自动对焦系统多采用有效地消除背景干扰DFF法理想的对焦评价函数应该满足单峰性和无偏性2]在2自动对焦的原理和方法实际的图像采集中9成像主体与背景的关系千变万化9对焦评价函数经常产生多个局部极值9而且最大峰值经常偏离2.1自动对焦的原理成像主体最清晰的位置目前已提出了各种方法消除对焦目前的数字图像对焦算法是以傅里叶光学理论作为理论基础透镜成像的原理如图1所示