基于環(huán)境感知的顯微鏡自動(dòng)聚焦方法.pdf

1、自動(dòng)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(dòng)，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(dòng)閱片技術(shù)開始出現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)首先通過計(jì)算機(jī)控制顯微鏡移動(dòng)平臺(tái)采集連續(xù)的大量樣本照片，然后通過圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析識(shí)別異常的細(xì)胞和病變組織。這一技術(shù)有效的降低了醫(yī)生的工作強(qiáng)度，提高醫(yī)生的診斷精度?，F(xiàn)

2、有自動(dòng)閱片技術(shù)的工作流程是，首先移動(dòng)到指定位置，然后自動(dòng)聚焦，采集照片，再移動(dòng)到下一個(gè)位置，直到采集照片的數(shù)量達(dá)到要求。由于樣本玻片與顯微鏡攝像頭不是絕對(duì)垂直的關(guān)系且平臺(tái)和樣本平面本身存在起伏，平臺(tái)在移動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)圖像模糊的情況，所以移動(dòng)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(jī)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(jì)算效率極低，嚴(yán)重影響掃片速度。然而，實(shí)際的掃片過程中，不是所有的鏡下

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

4、搜索方面改進(jìn)了目前的變步爬山法。其特點(diǎn)在于利用圖像灰度的特性，結(jié)合兩種清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，根據(jù)焦點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近，采用三種變化的步長搜索焦點(diǎn)。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(shí)間，以及更大的可聚焦范圍。
　　2.提出了基于圖像清晰度識(shí)別的快速聚焦方法。該方法首先在每次自動(dòng)聚焦之前采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)清晰度進(jìn)行識(shí)別，判定圖像是否清晰，然后決定是否進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)聚焦，

5、提高整體掃片的效率。
　　3.提出了基于多點(diǎn)聚焦的快速掃片方法。該方法選擇少數(shù)的幾個(gè)位置聚焦，通過平面擬合的方法確定各個(gè)位置的焦點(diǎn)。然后直接將平臺(tái)移動(dòng)到當(dāng)前視野焦點(diǎn)所在的位置，完成圖片的采集。這種方法通過少數(shù)焦點(diǎn)計(jì)算臨近位置的焦點(diǎn)，無需移動(dòng)平臺(tái)搜索焦點(diǎn)，很大程度的提升了掃片的效率。
　　實(shí)驗(yàn)表明，本文所提出的一種新的自動(dòng)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