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显微镜常见问题

自动对焦显微镜对焦的方法有哪些?

来源:  发布时间:2018-12-06   点击量:459

一、显微镜的传统对焦技术

1.像偏移法

像偏移法利用三角测距原理,由被摄物体发出的光线,同时进入测距器的左、右两端,并成像在接收元件上,通过两组间的信号比较,求得合适的对焦位

2.PSD测距法

PSD测距系统是另一种基于三角测距原理的自动对焦技术31。红外发光管经准直透镜向被摄目标发射红外辐射,用接受透镜收集经物体漫反射后的辐射,并会聚在位置检测器件PSD上。通过对PSD输出电流比值的探测和运算得到被测物体的物距,从而通过镜头控制系统达到自动对焦的目的。

3.对比度法

当系统对焦时,图像对比度最强;系统离焦时,图像对比度下降,离焦量越大,对比度越低。因此,可以通过一维CCD作对比度检测,根据检测结果判别是否对焦,并对离焦情况进行对焦处理。

二、自动对焦显微镜基于数字图像处理的对焦方法

在数字成像系统中,可以通过数字图像处理的方式实现自动对焦。基于数字图像处理的对焦方法分为两大类:对焦深度法和离焦深度法331.对焦深度法

对焦深度法简称DFF(Depth from Focus),是一种建立在搜寻过程上的对焦方式。它通过一系列对焦逐渐准确的图像来确定物点至成像系统的距离。这个搜寻过程需要不同成像参数下的多幅图像,所用图像越多则对焦精度越高。理想的对焦评价函数要求是单峰值,单调的,在最佳对焦位置获得最大值。为了能够准确地探测峰值的位置,减少由于噪声产生的局部极大值己经边缘凸出效应的干扰,可以使用Fibonacci搜寻法以及高斯曲线拟合法34

2.离焦深度法

离焦深度法简称DFD(Depth from Defocus),与DFF不同的是,是一种从离焦图像中取得深度信息从而完成自动对焦的方法。这种方法只需要获得2-3幅的不同成像参数下的图像,就可以完成自动对焦过程35,36,37。这种方法要求事先用数学模型描述成像系统,然后根据少量的成像位置获取的图像来计算最佳对焦位置。因为计算所需要图像数少,大大减少了驱动电机等机械结构所需要时间,所以离焦深度法快,但是对焦精度不及DFF方法高。DFD方法主要有两类。其一是Sang Ku Kim等人提出的基于图像恢复的离焦深度法,根据图像中的某些有代表性的信息来计算出成像系统的点扩散函数,利用图像的退化模型,反演计算出模糊图像的原图38。这种方法的关键在于从图像中获取一定的有代表性的信息,因为它并不是基于任意目标物体的,有一定局限性。例如:Sang Ku Kim等人提出的方法就要求被恢复图像中有较明显的边缘信息。另一类是基于模糊程度(弥散斑的大小)分析的方法39,40根据几何光学的原理可以找到弥散斑大小与镜头成像参数之间的关系,从而计算出最佳成像位置。

三、视频信号分析法

前述的对焦方法一般用于传统的照相系统,随着新一代成像器件CCD的出现,自动对焦所需要的信息也越来越丰富。对于对焦准确的图像,画面清晰,轮廓清楚,图像高频成分的电平幅度大;离焦时,画面不清晰,轮廓不清楚,高频成分的电平幅度小.视频信号分析法采用图2-2所示的结构分析信号成分。

视频信号分析法通对CCD输出的视频信号的高、中、低频分量进行测试分析,根据不同离焦程度时各频率成分的变化来判断是否对焦,并驱动镜头或CCD实现对焦。视频信号分析法的特点是运算量小,实现简单,用单片机系统即可实现分析于控制30,32,在一些摄像系统中广泛应用。


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