基于環(huán)境感知的顯微鏡自動聚焦方法.pdf

1、自動顯微鏡在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生使用它查看病人的組織切片，根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像診斷病情。這種傳統(tǒng)的人工閱片方法，不僅給醫(yī)生帶來了繁重的勞動，而且由于醫(yī)生的視覺疲勞，診斷的結(jié)果容易出現(xiàn)誤診。隨著圖像處理、人工智能的發(fā)展，自動閱片技術(shù)開始出現(xiàn)，這項技術(shù)首先通過計算機控制顯微鏡移動平臺采集連續(xù)的大量樣本照片，然后通過圖像處理和機器學(xué)習(xí)算法分析識別異常的細胞和病變組織。這一技術(shù)有效的降低了醫(yī)生的工作強度，提高醫(yī)生的診斷精度?，F(xiàn)

2、有自動閱片技術(shù)的工作流程是，首先移動到指定位置，然后自動聚焦，采集照片，再移動到下一個位置，直到采集照片的數(shù)量達到要求。由于樣本玻片與顯微鏡攝像頭不是絕對垂直的關(guān)系且平臺和樣本平面本身存在起伏，平臺在移動過程中會出現(xiàn)圖像模糊的情況，所以移動之后聚焦的目的是為了保證鏡下的視野是清晰的。近幾年相機發(fā)展迅速，圖像的分辨率超過2048×2048，傳統(tǒng)的聚焦方法在高清晰圖像上的計算效率極低，嚴重影響掃片速度。然而，實際的掃片過程中，不是所有的鏡下

3、視野都是模糊的。對清晰的視野聚焦不僅毫無意義，而且浪費整體掃片的時間。另一方面隨著電動平臺的平整程度不斷提高，相鄰焦點位置很可能處于一個平面，傳統(tǒng)的掃片方法對已知平面再進行聚焦的過程有些降低了整體掃描的效率。
　　為了提升自動閱片的效率，本文從聚焦、掃描和建立樣本平面三個方面提升掃片速度。具體工作包括以下幾點:
　　1.提出了一個高效的自動聚焦方法。該方法在清晰度評價函數(shù)方面提出了灰度非零值統(tǒng)計函數(shù)和低灰度值統(tǒng)計函數(shù)，在焦點

4、搜索方面改進了目前的變步爬山法。其特點在于利用圖像灰度的特性，結(jié)合兩種清晰度評價函數(shù)，根據(jù)焦點距離的遠近，采用三種變化的步長搜索焦點。與現(xiàn)有方法相比，該方法具有更高的精確度，更少的聚焦時間，以及更大的可聚焦范圍。
　　2.提出了基于圖像清晰度識別的快速聚焦方法。該方法首先在每次自動聚焦之前采用機器學(xué)習(xí)算法對清晰度進行識別，判定圖像是否清晰，然后決定是否進行自動聚焦。這種方法解決了搜索算法的盲目性，可以有效的跳過清晰照片的自動聚焦，

5、提高整體掃片的效率。
　　3.提出了基于多點聚焦的快速掃片方法。該方法選擇少數(shù)的幾個位置聚焦，通過平面擬合的方法確定各個位置的焦點。然后直接將平臺移動到當(dāng)前視野焦點所在的位置，完成圖片的采集。這種方法通過少數(shù)焦點計算臨近位置的焦點，無需移動平臺搜索焦點，很大程度的提升了掃片的效率。
　　實驗表明，本文所提出的一種新的自動聚焦方法與現(xiàn)有的聚焦函數(shù)相比，在清晰度聚焦函數(shù)上更具有陡峭性，在聚焦速度上有極大的提升。本文提出的基于圖像