专利名称：一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法
技术领域：
本发明涉及一种体视显微镜齐焦性检测技术，尤其是涉及一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法。
背景技术：
体视显微镜在世界当代工业领域中扮演着越来越重要、越来越有价值的角色。通过体视显微镜可以观察到对象的立体图像，从而实现立体测量、自动操作、三维重建等功能，尤其在立体微操作方面，利用高分辨率立体显微图像处理可以给机械手发出指令以实现精密控制。连续变倍体视显微镜能给用户提供始终清晰、不同倍率的图像，其需求同样越来越大。对显微镜而言，在某一倍率下，如果通过调节能够得到清晰的目标图像，则此时物镜所在位置称为合焦位置，如果不管怎么调节均得不到清晰的目标图像，则没有合焦位置。对连续变倍的镜片组而言，如果在高倍率下调整清晰，则连续变倍到低倍率的过程中也应·始终保持清晰，这就是齐焦性。然而，连续变倍的镜片组在运输过程中由于振动等原因会导致一片或多片透镜发生位移，引起齐焦性下降，也即在高倍率往低倍率变倍过程中，不能始终保持清晰，甚至在某些倍率下，有时需要调整焦距才能获取清晰的目标图像，严重时则不管怎么调节焦距，均无法获取清晰的目标图像，没有合焦位置。因此，有效检测连续变倍的镜片组的齐焦性可提高体视显微镜的生产效率与产品质量。连续变倍的镜片组的齐焦性检测主要解决三个问题一是清晰度判定，通过清晰度判定模型可获取在当前倍率下的相对最清晰位置；二是合焦判定，通过合焦判定模型可知在当前倍率下的相对最清晰位置是否是合焦位置；第三，根据所测得的离散倍率下的合焦位置，拟合出连续倍率下的合焦位置曲线。目前，连续变倍的镜片组的齐焦性检测都是采用人工观测方法，其首先将体视显微镜倍率调整到最大，将图像调整清晰；接着降低倍率，观察图像是否清晰，若不清晰，则对焦距进行微调，将图像调清晰，记录该清晰位置，就作为合焦位置；如此循环，测到一组不同倍率下的合焦位置；再通过离散倍率下的合焦位置，通过经验来估计连续倍率下的合焦位置，从而得到经验曲线。这种人工观测方法的效率较低，并且容易产生误判，从而影响产品质量；另一方面，如果当产品的产量加大，且对产品进行全检时，则需要大量的检测工人。因此，人工观测方法只能在初期产品试制阶段采用，产品大批量生产时，需要更高效的齐焦性检测方法。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测精度高、检测效率高，且鲁棒性强的连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于包括以下步骤①转动连续变倍体视显微镜的倍率旋钮，将倍率调到M倍率下；
②转动连续变倍体视显微镜的调焦旋钮,从基准位置开始顺时针或逆时针旋转，然后采集Q个不同调焦旋钮角度下各自对应的T帧图像，将在M倍率下采集到的调焦旋钮角度为Θ s度的T帧图像中的第k帧图像记为Zvv *其中，Q彡7，T彡3，顺时针旋转调焦旋钮时-5° ( Θ s ^ 0°，逆时针旋转调焦旋钮时0° ( Θ s ^ 5°，1彡s彡Q，1彡k彡T;③利用四个清晰度判定函数分别计算M倍率下Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像的清晰度值，然后获取利用每个清晰度判定函数计算得到的QXT个清晰度值中的最大清晰度值，再判断四个最大清晰度值中是否至少有三个最大清晰度值各自对应的调焦旋钮角度为同一个位置，如果是，则将这些最大清晰度值对应的同一个位置的调焦旋钮角度定义为M倍率下的相对最清晰位置，否则，将利用第一个清晰度判定函数计算得到的最大清晰度值对应的调焦旋钮角度定义为M倍率下的相对最清晰位置；④按照步骤①至步骤③的操作，获取P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置，然后利用合焦判定方法，判定P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置是否均为合焦位置，如果是，则确定齐焦性检测成功，并将该连续变倍体视显微镜判定为合格·产品，否则，确定齐焦性检测失败，并将该连续变倍体视显微镜判定为不合格产品，其中，P彡6。所述的调焦旋钮角度为调焦旋钮所处的位置与基准位置的相对角度；所述的从基准位置开始顺时针旋转调焦旋钮的方向为负方向，所述的从基准位置开始逆时针旋转调焦旋钮的方向为正方向。所述的步骤③中利用四个清晰度判定函数分别计算M倍率下Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像的清晰度值的具体过程为③-I、将四个清晰度判定函数分别定义为梯度平方函数、图像方差函数、离散傅立叶变换函数和Walsh-Hadamard变换函数,并分别表示为& ( K2 ( )、^ (好口' (③-2、将Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像中当前正在处理的第k’帧图像定义为当前帧图像，记作IMk,，其中，I彡k'彡QXT;③_3、利用梯度平方函数)计算当前帧图像的第一个清晰度值，记为
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中，W和H分别表示当前帧图像的宽度和高度，N的值为不超过当前帧图像的宽度和高度且为2的整数次幂，IMk, (x, y)表示当前帧图像中坐标位置为(x，y)的像素的灰度值，Ilk, (x+l，y)表示当前帧图像中坐标位置为(x+l，y)的像素的灰度值，lMk, (χ, y+l)表示当前帧图像中坐标位置为(X，y+1)的像素的灰度值；③_4、利用图像方差函数K H十算当前帧图像的第二个清晰度值，
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记为^(Iw.)= 2 2 [(/,*.(af^)-7^i))T ·其中，
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③-5、利用离散傅立叶变换函数1^()计算当前帧图像的第三个清晰度值，记为V (f \ K/ ..hi；机V·) 其中，Fut,㈦力表示^ (x, y)的离散傅立叶变换，
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—、Ir Λ : I! Λ③-6、利用Walsh-Hadamard变换函数^《)计算当前巾贞图像的第四个清晰度值，记为 fr f \ ^rr ()二H V)，其中，Wwk / (U，V)表不 IMk' (χ，y)的·
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P=Iog2N, ur表示u的二进制形式的第r位，ux表示u的二进制形式的第χ位，Vr表示ν的二进制形式的第r位，Vy表示ν的二进制形式的第I位；③-7、令k" =k/ +l，k' =k"，将Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像中下一帧待处理的图像作为当前帧图像，然后返回步骤③-3继续执行，直至获得Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像各自对应的四个清晰度值为止，其中，k"的初始值为O。所述的步骤④中利用合焦判定方法判定P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置是否均为合焦位置的具体过程为④-I、转动另一台连续变倍体视显微镜的倍率旋钮，然后利用标定板拍下P个不同倍率中的每个倍率下的合焦后的清晰图像，由P幅清晰图像构成一组基准图像，将P个不同倍率中的第V个倍率Mp,下利用标定板拍下的一幅合焦后的清晰图像作为Mp,倍率下的基准图像，记为，其中，I彡P' ；④_2、利用梯度平方函数/ ()计算P个不同倍率的每个倍率下的基准图像的清晰度值，将P个不同倍率中的第P'个倍率Mp,下的基准图像/%的清晰度值记为&
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r和h'分别表示基准图像的宽度和高度，n'的值为不超过基准图像的宽度和高度且为2的整数次幂，4, ')表示P个不同倍率中的第p'个倍率Mp,下的基准图像Lv中坐标位置为(X' ,J1 )的像素的灰度值，4(,^+1^*>表示P个不同倍率中的第V个倍率Mp,下的基准图像/W;,中坐标位置为W +l,y')的像素的灰度值，4v(i'，7'+1)表示P个不同倍率中的第V个倍率Mp,下的基准图像中坐标位置为(X' ,y' +1)的像素的灰度值；④_3、将按照步骤①至步骤③的操作获取的P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置与P个不同倍率中的每个倍率下的基准图像的合焦位置进行一一对比，判定按照步骤①至步骤③的操作获取的P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置是否为合焦位置，对于按照步骤①至步骤③的操作获取的P个不同倍率中的第P'个倍率Mp下的相对最清晰位置，将其判定条件设定为
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介焦情况，其中，表示按照步骤①至步
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·骤③的操作获取的P个不同倍率中的Mp,倍率下的相对最清晰位置对应的调焦旋钮角度，>表示按照步骤①至步骤③的操作利用梯度平方函数1 ( μ十算得到的P个不同
倍率中的Mp,倍率下的相对最清晰位置对应的最大清晰度值，符号“I I”为取绝对值符号，αρ,表示在Mp,倍率下合焦情况的判定阈值。所述的步骤④-3中αρ,的取值由倍率决定，当倍率为6. 5时，αρ,的取值为O. 30% ;当倍率为5时，α ρ,的取值为O. 56% ;当倍率为4时，α ρ,的取值为O. 06% ;当倍率为2时，αρ,的取值为I. 40% ;当倍率为I时，αρ,的取值为O. 038% ;当倍率为O. 8时，α ρ,的取值为O. 10%。所述的步骤④中当连续变倍体视显微镜判定为合格产品后拟合连续变倍体视显微镜的齐焦曲线，即根据步骤④确定的P个不同倍率中的每个倍率下的合焦位置，利用最小二乘法拟合得到该连续变倍体视显微镜的齐焦曲线，以多项式形式表示为d (M) =%+&1Μ+&2Μ2+…其中，d表示合焦时连续变倍体视显微镜的物镜与载物台之间的距离，d(M)表示齐焦曲线，其由与步骤④确定的P个不同倍率中的每个倍率下的合焦位置对应的物镜与载物台之间的距离组成，M表示倍率，M2表示M的2次幂，M1表示M的L次幂，M e (M1, M2, ..., Mim, MpI，M1, M2, ..., Mp^1, Mp 表不 P 个不同倍率，a0, a” a2, . . . , aL 表不d(m=a0+a1M+a2M2+-+a])AL中的待定系数，L表示齐焦曲线的阶数。所述的步骤④中当连续变倍体视显微镜判定为合格产品后拟合连续变倍体视显微镜的齐焦曲线的具体过程为a、计算在步骤④中确定的P个不同倍率中的每个倍率下的合焦位置时连续变倍体视显微镜的物镜的高度，对于在P个不同倍率中的第V个倍率Mp,下的合焦位置财，将物镜的高度记为=do+0xl" xM，其中，d0表示调焦旋钮位于基准位置时物镜的
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高度，Ad表示调焦旋钮每旋转I度后物镜移动的距离，M = ^纟，dmax表示当调焦旋
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钮将物镜调节到最高位置时物镜的高度，dmin表示当调焦旋钮将物镜调节到最低位置时物镜的高度，η表示当调焦旋钮调节物镜从最低位置到最高位置过程中调焦旋钮所旋转的度数，η以度为单位；b、将P个不同倍率中的每个倍率与对应的物镜的高度组成离散点对，对于P个不同倍率中的第P,个倍率Mp,，将其与对应的物镜的高度Av组成的离散点对记为
(O,,,);
c、构建连续变倍体视显微镜的齐焦曲线，表示为d (M) =a0+aiM+a2M2+·· · +aLML,根据(1(Μ)=&(ι+&1Μ+&2Μ2+···+&#得到P个离散点对的误差平方和函数，记为T(a0, a” ...，aL)，
权利要求
1.一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于包括以下步骤 ①转动连续变倍体视显微镜的倍率旋钮，将倍率调到M倍率下； ②转动连续变倍体视显微镜的调焦旋钮，从基准位置开始顺时针或逆时针旋转，然后采集Q个不同调焦旋钮角度下各自对应的T帧图像，将在M倍率下采集到的调焦旋钮角度为e s度的T帧图像中的第k帧图像记为*其中，Q彡7，T彡3，顺时针旋转调焦旋钮时-5° ( 0 s ^ 0°，逆时针旋转调焦旋钮时0° ( 0 s ^ 5°，1彡s彡Q，1彡k彡T; ③利用四个清晰度判定函数分别计算M倍率下Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像的清晰度值，然后获取利用每个清晰度判定函数计算得到的QXT个清晰度值中的最大清晰度值，再判断四个最大清晰度值中是否至少有三个最大清晰度值各自对应的调焦旋钮角度为同一个位置，如果是，则将这些最大清晰度值对应的同一个位置的调焦旋钮角度定义为M倍率下的相对最清晰位置，否则，将利用第一个清晰度判定函数计算得到的最大清晰度值对应的调焦旋钮角度定义为M倍率下的相对最清晰位置； ④按照步骤①至步骤③的操作，获取P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置，然后利用合焦判定方法，判定P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置是否均为合焦位置，如果是，则确定齐焦性检测成功，并将该连续变倍体视显微镜判定为合格产品，否则，确定齐焦性检测失败，并将该连续变倍体视显微镜判定为不合格产品，其中，P≥6。
2.根据权利要求I所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的调焦旋钮角度为调焦旋钮所处的位置与基准位置的相对角度；所述的从基准位置开始顺时针旋转调焦旋钮的方向为负方向，所述的从基准位置开始逆时针旋转调焦旋钮的方向为正方向。
3.根据权利要求I或2所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的步骤③中利用四个清晰度判定函数分别计算M倍率下Q个不同调焦旋钮角度下采集至IJ的共QXT帧图像的清晰度值的具体过程为 ③-I、将四个清晰度判定函数分别定义为梯度平方函数、图像方差函数、离散傅立叶变换函数和Wdlsh-Hadamard变换函数，并分别表示为/^i ( )、/*；■ ( )、/>,()和); ③-2、将Q个不同调焦旋钮角度下采集到的共QXT帧图像中当前正在处理的第k'帧图像定义为当前帧图像，记作IMk,，其中，I ^QXT； ③-3、利用梯度平方函数)计算当前帧图像的第一个清晰度值，记为
4.根据权利要求3所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的步骤④中利用合焦判定方法判定P个不同倍率中的每个倍率下的相对最清晰位置是否均为合焦位置的具体过程为 ④-I、转动另一台连续变倍体视显微镜的倍率旋钮，然后利用标定板拍下P个不同倍率中的每个倍率下的合焦后的清晰图像，由P幅清晰图像构成一组基准图像，将P个不同倍率中的第P'个倍率Mp,下利用标定板拍下的一幅合焦后的清晰图像作为Mp,倍率下的基准图像，记为，其中，I； ④_2、利用梯度平方函数/V1 ( >计算P个不同倍率的每个倍率下的基准图像的清晰度值，将P个不同倍率中的第P'个倍率Mp,下的基准图像Av的清晰度值记为樣4，
5.根据权利要求4所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的步骤④-3中a p,的取值由倍率决定，当倍率为6. 5时，a p,的取值为0. 30% ;当倍率为5时，a p,的取值为0. 56% ;当倍率为4时，a p,的取值为0. 06% ;当倍率为2时，a p,的取值为I.40% ;当倍率为I时，ap,的取值为0. 038% ;当倍率为0. 8时，a p,的取值为0. 10%。
6.根据权利要求4所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的步骤④中当连续变倍体视显微镜判定为合格产品后拟合连续变倍体视显微镜的齐焦曲线，即根据步骤④确定的P个不同倍率中的每个倍率下的合焦位置，利用最小二乘法拟合得到该连续变倍体视显微镜的齐焦曲线，以多项式形式表示为其中，d表示合焦时连续变倍体视显微镜的物镜与载物台之间的距离，d(M)表示齐焦曲线，其由与步骤④确定的P个不同倍率中的每个倍率下的合焦位置对应的物镜与载物台之间的距离组成，M表示倍率，M2表示M的2次幂，ML表示M的L次幂，M G (M1, M2,…，Mim, MpI，M1, M2,…，Mim, Mp 表示 P 个不同倍率,a0, a1； a2, . . . , aL 表示 d (M) =a0+a^A+a^i+''' +aLML 中的待定系数，L表示齐焦曲线的阶数。
7.根据权利要求6所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的步骤④中当连续变倍体视显微镜判定为合格产品后拟合连续变倍体视显微镜的齐焦曲线的具体过程为 a、计算在步骤④中确定的P个不同倍率中的每个倍率下的合焦位置时连续变倍体视显微镜的物镜的高度，对于在P个不同倍率中的第P,个倍率Mp,下的合焦位置时，将物镜的高度记为^dstp =do+0^' xM，其中，Cltl表示调焦旋钮位于基准位置时物镜的高度，A d表示调焦旋钮每旋转I度后物镜移动的距离，M = ^二,',=, d_表示当调焦旋钮将物 镜调节到最高位置时物镜的高度，Clmin表示当调焦旋钮将物镜调节到最低位置时物镜的高度，n表示当调焦旋钮调节物镜从最低位置到最高位置过程中调焦旋钮所旋转的度数，n以度为单位； b、将P个不同倍率中的每个倍率与对应的物镜的高度组成离散点对，对于P个不同倍率中的第P'个倍率Mp,，将其与对应的物镜的高度组成的离散点对记为(Mp' dMp); C、构建连续变倍体视显微镜的齐焦曲线，表示为根据d (M) =a0+aiM+a2M2+- +aLML得到P个离散点对的误差平方和函数，记为T (a0, a1；...,aL)，
8.根据权利要求7所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的物镜的高度为物镜的最下端到载物台的距离。
9.根据权利要求7所述的一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其特征在于所述的基准位置为在最大倍率下图像相对最清晰且调焦旋钮角度为0度时调焦旋钮所处的位置。
全文摘要
本发明公开了一种连续变倍体视显微镜齐焦性检测方法，其通过利用四个清晰度判定函数来联合获取多帧图像对应的四个最大清晰度值，然后利用四个最大清晰度值来确定相对最清晰位置，再通过比较相对最清晰位置下的清晰度值与合焦位置下的清晰度值，判定相对最清晰位置是否为合焦位置，接着通过调整倍率，获得有限个离散倍率下的合焦位置，最后通过拟合得到连续倍率下的齐焦曲线，本发明方法能够自动有效实现体视显微镜的齐焦性检测，且检测精度高，并可有效提高生产效率；此外，本发明方法无需使用者经常干预调整，具有较强的鲁棒性，对绝大多数体视显微镜的齐焦性检测都适用，如果跟自动化装置配合，可大幅度提高生产效率。
文档编号G01M11/02GK102788682SQ201210260520
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者彭宗举, 王一刚, 蒋刚毅, 邵枫, 郁梅 申请人:宁波大学