[发明专利]显微镜成像中的快速自动聚焦

说明书

技术领域

本发明涉及电子成像系统。

背景技术

许多成像和扫描应用都以自动方式获取图像。获得的图像应该被适当聚焦成有助于有意义的分析和解释。为了获取适当聚焦的图像，应该在获取图像之前正确确定焦距，例如，焦高或焦长。这可以通过例如使用不同焦距获取给定地点上的几个图像、然后选择最佳聚焦图像来完成。获取多个图像可能是耗时的，尤其在必须在短时间跨度内捕获大量图像的应用中。

成像对象或平面可能存在对于对象或平面上的不同地点需要不同焦距以获得可接受聚焦图像的局部变化。例如，玻璃显微镜载玻片或沉积在其上面的生物样本的表面可能不是完全平坦的，简单地确定焦平面来代表整个载玻片上的不同地点上的焦距未考虑这样的局部变化。在这样的情况下，为了获取轮廓分明的和清晰的聚焦图像，可能需要为载玻片上的多个地点的每一个确定焦距。通过，例如，进行全面聚焦搜索细调每个地点上的焦距是耗时的，在许多应用中可能是不可行的。

发明内容

使用自动和有效聚焦方法和系统可以大大加快捕获基片上的对象的图像的成像过程。采用本发明的系统和方法通常在沿着基片的多个地点上接二连三地获取聚焦良好图像。本发明至少部分基于如下发现：在要成像的每个新地点上可以可靠地根据以前成像的地点或对象的聚焦数据估计焦距，而不是在每个新地点上进行耗时的全面聚焦搜索。随着更多地点得到成像，通过以均化这样的误差的方式组合以前的估计值逐步减小相关估计误差。

在一个方面中，本公开的特征在于自动聚焦基片上的一个或多个对象的多个图像的方法。该方法包括由处理器根据基片上的已知地点上的一组焦距为基片上的第一地点获取代表性焦距。该方法还包括由图像获取设备获取第一地点的一组至少两个图像。每个图像使用与代表性焦距存在偏移量的不同焦距来获取。该方法进一步包括由处理器根据每个图像的聚焦质量的比较而估计与第一地点相对应的理想焦距，并且将估计的理想焦距和第一地点存储在已知地点上的该组焦距中。

在另一个方面中，本公开的特征在于包括图像获取设备和处理器的成像系统。该图像获取设备被配置成将与代表性焦距存在偏移量的不同焦距用于每个图像来获取基片上的第一地点的一组至少两个图像。该处理器与该图像获取设备连接，被配置成根据基片上的已知地点上的一组焦距为第一地点计算代表性焦距。该处理器还被配置成根据每个图像的聚焦质量的比较而估计与第一地点相对应的理想焦距，并且将估计的理想焦距和第一地点存储在已知地点上的该组焦距中。该处理器被进一步配置成向该图像获取设备提供计算的代表性焦距。

在另一个方面中，本公开的特征在于上面编码了计算机可读指令的计算机可读存储设备。该指令当被处理器执行时，使该处理器根据基片上的已知地点上的一组焦距为基片上的第一地点计算代表性焦距，以及根据每个图像的聚焦质量的比较来估计与第一地点相对应的理想焦距。该指令可以进一步使处理器将估计的理想焦距和第一地点存储在已知地点上的该组焦距中，以及向图像获取设备提供计算的代表性焦距。该图像获取设备被配置成将与代表性焦距存在偏移量的不同焦距用于每个图像来获取第一地点的一组至少两个图像。

这些实现可以包括如下的一种或多种：

该处理器可以检索已知地点上的该组焦距。该图像获取设备可以获取第二地点的另外一组至少两个图像，其中该另外组中的每个图像使用与根据已知地点上的该组已经焦距为第二地点计算的第二代表性焦距存在偏移量的不同焦距来获取。该处理器可以根据该另外组中的每个图像的聚焦质量的比较来估计与第二地点相对应的理想焦距。

该代表性焦距可以作为来自已知地点上的该组焦距的至少两个焦距的加权平均来估计，其中给定焦距的权重根据相应地点与第一地点的距离来计算。比较聚焦质量可以包括通过量化相邻像素之间的差异为每个图像计算聚焦得分。聚焦得分可以是布伦纳（Brenner）聚焦得分。估计理想焦距可以包括计算图像的聚焦得分的对数之间的差值，从计算的差值中估计偏移量，以及根据该偏移量估计理想焦距。

至少两个图像可以在基本相同色光照射下获取，照射颜色的例子包括绿色、黄色、蓝色和红色。该组图像可以在至少两种不同颜色照射下获取，在每种颜色照射下可以获取至少两个图像。估计与第一地点相对应的理想焦距可以包括为每种不同颜色计算焦距偏移量，根据为不同颜色计算的焦距偏移量确定平均焦距偏移量，以及根据平均焦距偏移量估计第一理想焦距。