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体视显微镜聚焦一致性判定原理

作者:小编 日期:2020-10-22 19:49 点击数:

体视显微镜作为一种微测量仪器,被广泛应用于生物医疗、工业微操和材料科学等研究领域中。通过体视显微镜观察到对象的立体图像,利用高清晰立体图像实现精密微操作。为了获得清晰的图像和最大限度利用体视显微镜的视觉特性,在实施微观精细处理前,获取准确的聚焦体视显微镜图像极其重要

一般聚焦被定义为通过改变物距获取一系列图像中的最清晰图像。大多数聚焦方法选取一个最佳的清晰度评价函数,通过输入一系列不同位置的图片,函数值最大的图像为聚焦图像。

在同一深度下显微镜所拍摄图像在不同区域的清晰度不同,通过调节显微镜z轴位置,获取标定板的序列图像,使用连通区域分割方法对不同深度标定板图像进行分割,提取圆点中心,选取清晰度评价区域,然后在序列图像中通过聚焦判别函数获取每一个圆点区域所对应的最清晰位置,利用清晰度-深度关系曲线得到深度信息,深度信息结合平面信息重构出一副聚焦清晰的平面,该平面为全聚焦平面。流程图如图1所示。

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体视显微镜聚焦一致性判定原理

摄像机成像中,当物距u、像距v、焦距f之间满足公式(1)时,可以得到清晰像。

1/v+1/u=1/f(1)

如果公式(1)中任意一参数改变则清晰像点就会变成一圆斑从而形成模糊图像如图所示假设圆斑半径为r;透镜半径为r0;离焦平面到聚焦平面的距离为Δv。由相似三角形知识可知

微信截图_20201022195748微信截图_20201022195759

如图是体视显微镜成像原理图聚焦平面分别为Jl、Jr,成像平面分别为Pl、Pr。A、BJl标分别为(xAl,yAl)、(xBl,yBl),Pl坐标分别为(xl,y)、(l,y)。假设AB轴夹角为α轴夹角为βAB的纵截距为m。由公式(1)、(2)可知

l=ylxAlyAlxl=ylxBlyBl1yl=1f-1yAl1yl=1f-1yBl(3)

有图几何关系可知

tanβ=yl-ylxl-xl=ff+mtanα=Ktanα(4)

其中K=f/(f+m)为常数假设聚焦平面空间方程以及平面夹角公式为

z=ax+by+c(5)

Cosα=alar+blbr+clcra2l+b2l+c2l·a2r+b2r+c2r(6)

由体视显微镜成像原理可知双目成像平面的关系决定双目图像聚焦平面的关系由公式(4)可知根据左右成像平面的夹角β与聚焦平面的夹角α有定性关系因此左右聚焦平面的夹角α可作为体视显微镜聚焦一致性判定的一个指标同时可知根据成像平面的夹角β调整左右聚焦平面的夹角α使得左右聚焦平面尽可能的一致左右聚焦平面对应拟合点距离公式为

d=Mi=1(xl-xr)2+(yl-yr)2+(zl-zr)2M(i=1,2...)(7)

越大在景深范围中越难采集到双目都聚焦的图像体视显微镜的聚焦就一致性越差因此用为体视显微镜聚焦一致性判定的另一个指标

 




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