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          光學(xué)顯微鏡光電自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)

          作者: 時(shí)間:2012-08-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          調(diào)焦主要應(yīng)用于高檔實(shí)驗(yàn)室和研究型(或特殊類型)中。調(diào)焦的實(shí)質(zhì)是子學(xué)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、控制與傳動(dòng)技術(shù)的集成,也是智能化、自動(dòng)化要求的結(jié)果,它具有快速響應(yīng),準(zhǔn)確無誤的優(yōu)點(diǎn);能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地提高顯微鏡圖像的清晰度,為信息儲(chǔ)存和處理創(chuàng)造有利的前提,伴隨著自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)的發(fā)展與普及,將促進(jìn)光學(xué)顯微鏡的產(chǎn)品質(zhì)量與水平。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/167608.htm

          1.自動(dòng)調(diào)焦原理

          自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)包括軸向定位(調(diào)焦)和伺服運(yùn)動(dòng)兩大部分,而軸向定位是核心。離焦的實(shí)質(zhì)是顯微鏡物距沒有找正或在活體觀測時(shí)因活體被觀測面的抖動(dòng)產(chǎn)生物距的變化。要實(shí)施自動(dòng)調(diào)焦,先要利用離焦檢測,快速、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行離焦識別,通過離焦信號控制伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)快速響應(yīng),自動(dòng)補(bǔ)償其離焦量?,F(xiàn)代光學(xué)儀器實(shí)現(xiàn)離焦常用檢測方法有二:一是用計(jì)算機(jī)處理視頻圖像,獲取離焦信息;二是用光電法測量物距,提取離焦信號。執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用壓電陶瓷或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)然還出現(xiàn)了不少特殊類型的自動(dòng)調(diào)焦方式,正所謂“八仙過海,各顯其能”。

          2.有限筒長顯微鏡的自動(dòng)調(diào)焦

          顯微圖像邊緣信號計(jì)算機(jī)檢測自動(dòng)調(diào)焦方式(“CCD+PC”)。本裝置利用視頻信號,根據(jù)圖像灰度梯度變化判別其離焦,離焦信號反饋到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路上,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使顯微鏡本體連同CCD移動(dòng)(也可驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦。

          該裝置如圖1所示,它源于“手動(dòng)粗調(diào)+CCD、計(jì)算機(jī)自動(dòng)微調(diào)”的思路。本裝置有意識地使顯微圖像沒有完全充滿CCD光靶,這樣就可以把整個(gè)圖像邊緣的清晰程度按離焦判別函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。它的特點(diǎn)是直接從圖像信`患判斷離焦信號,而采用邊緣像檢測的信息處理量較少,因而調(diào)焦迅速,且自動(dòng)調(diào)焦范圍較小。

          QQ截圖20120824140413.jpg

          圖1 顯微圖像邊緣信號計(jì)算機(jī)檢測自動(dòng)調(diào)焦

          為了達(dá)到快速聚焦的目的,選用判斷函數(shù)為:

          式中,Xi,j是M行N列像素陣列中第i列第j列所對應(yīng)的光強(qiáng)度,列入平方項(xiàng)的作用是提高信噪比并使判別函數(shù)具有非負(fù)性。顯然,離焦判別函數(shù)反映了相鄰像素的反差。f(X)與離焦量AZ的關(guān)系如圖2所示,依據(jù)f(X)有兩個(gè)方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦:

          ①求斜率為0處(由于干擾,難以得到斜率為0);

          ②極值判別找出f(X)最大值,鎖定電動(dòng)機(jī)。該裝置選用后一種辦法。

          QQ截圖20120824140543.jpg

          圖2 離焦曲線

          離焦判別的重點(diǎn)是對圖像邊緣的檢測,因?yàn)殡x焦時(shí)邊緣灰度梯度變化較大,比其他部分有更大的權(quán)重,邊緣檢測是提取那些周圍像素灰度有階變化或?qū)禹敔钭兓袼氐募希幱谶吘墐蓚?cè)的點(diǎn)圖像灰度值將發(fā)生急劇的變化。對于階躍狀邊緣數(shù)字圖像{g(x,y)}的每個(gè)像素,取它關(guān)于X軸方向和y軸方向的階差之和:

          這種算法適用于圓孔邊緣圖像離焦檢測。按此判別函數(shù)編寫的自動(dòng)調(diào)焦控制程序,自動(dòng)跟蹤調(diào)焦精度≤±2μm。



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