專利名稱：一種顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其是一種纖維橫截面圖像獲取方法，具體地說是一種經(jīng)過自動(dòng)對焦的顯微鏡下纖維橫截面切片全景數(shù)字圖象采集方法。
背景技術(shù)：
目前，麻、棉、羊毛、化纖等纖維混紡后難以用化學(xué)方法或機(jī)械方法檢測其纖維參數(shù)，現(xiàn)在比較普遍的一種檢測方法是顯微投影法，采用普通生物顯微鏡(放大倍數(shù)在200倍^250倍)或顯微投影儀觀察纖維。按照我國紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法準(zhǔn)備好載玻片放在普通生物顯微鏡或顯微投影儀載物臺(tái)上，通過目鏡觀察進(jìn)入視野的各類纖維，根據(jù)纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征鑒別其類型或者借助工具計(jì)算截面面積。檢測時(shí)要求纖維樣本達(dá)到一定數(shù)量，檢測人員必須在水平方向移動(dòng)載玻片，對于越過視野的視圖，完成識(shí)別、計(jì)數(shù)或測量通過目 鏡十字線中心的所有纖維。在越過視野每一個(gè)水平行程以后，將載玻片垂直移動(dòng)一段距離后再沿水平方向緩緩移動(dòng)越過視野，識(shí)別和計(jì)數(shù)纖維，重復(fù)這種操作程序，直至全部載玻片看完，標(biāo)準(zhǔn)要求纖維根數(shù)達(dá)到一個(gè)設(shè)定值。如此過程，存在一些可以改進(jìn)的地方，首先，水平面XY方向的移動(dòng)由人去控制誤差較大，可能會(huì)重復(fù)處理一些纖維；第二，對于橫截面，需要人手動(dòng)去定位纖維位置及顯微鏡的對焦；第三，受顯微鏡CCD相機(jī)限制，采集到計(jì)算機(jī)的圖像只是很小一片區(qū)域，邊界纖維截面無法看全。為了克服這些問題，需要一種獲取清晰纖維橫截面切片數(shù)字圖像的方法，在XYZ三向纖維鏡載物臺(tái)上，借助于灰度投影、兩步自動(dòng)對焦等方法得到覆蓋完整有效切片區(qū)域的數(shù)字圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種獲取清晰纖維切片數(shù)字圖像方法，方法采用灰度投影法確定切片纖維所在位置和梯度對焦算子完成顯微鏡的自動(dòng)對焦，減輕檢測人員負(fù)擔(dān)，為后續(xù)纖維參數(shù)圖像檢測工作提供數(shù)字圖像。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，所述方法采用設(shè)備包括帶有三向移動(dòng)載物臺(tái)的顯微鏡、安裝在顯微鏡上的攝像頭和計(jì)算機(jī)控制器，所述的計(jì)算機(jī)控制器與攝像頭、三向移動(dòng)載物臺(tái)(采用JTH-XX系列小型顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)JTH200XY-100)的對應(yīng)控制信號(hào)端相連，所述的圖像獲取方法具體包括以下步驟(I)采用三向移動(dòng)載物臺(tái)獲取初步全景圖首先，由計(jì)算機(jī)控制器記錄三向移動(dòng)載物臺(tái)水平面XY方向起始位置，將纖維橫截面切片放置在三向移動(dòng)載物臺(tái)上，移動(dòng)Z方向至先驗(yàn)對焦位置，采用計(jì)算機(jī)控制器設(shè)置三向移動(dòng)載物臺(tái)在XY方向的移動(dòng)軌跡和移動(dòng)步長，啟動(dòng)載物臺(tái)；三向移動(dòng)載物臺(tái)按照前述設(shè)置軌跡進(jìn)行工作，計(jì)算機(jī)控制器啟動(dòng)攝像頭對于顯微鏡下的圖像在三向移動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)步長停頓點(diǎn)處進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，結(jié)束后攝像頭將移動(dòng)過程中定點(diǎn)拍攝的圖像發(fā)送至計(jì)算機(jī)控制器，計(jì)算機(jī)控制器拼接成完整的纖維橫截面切片大圖，三向移動(dòng)載物臺(tái)移動(dòng)至起始位置；(2)對于初步全景圖即完整的纖維橫截面切片大圖，計(jì)算機(jī)控制器計(jì)算纖維橫截面切片大圖在X、Y方向的投影，得到纖維橫截面切片的中心位置；(3)將中心位置換算成載物臺(tái)XY方向移動(dòng)距離，計(jì)算機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)三向移動(dòng)載物臺(tái)將顯微鏡的鏡頭移至切片中心位置，采用基于先驗(yàn)對焦位置的兩階段搜索策略完成Z方向的自動(dòng)對焦，并重復(fù)步驟(1)，在XY平面再次掃描獲取最終對焦的纖維橫截面切片全景圖。本發(fā)明的步驟(I)中，所述的先驗(yàn)對焦位置是指計(jì)算機(jī)控制器記錄的三向移動(dòng)載物臺(tái)前次使用后產(chǎn)生的對焦位置。本發(fā)明的步驟(I)中，定點(diǎn)拍攝的移動(dòng)步長為相鄰兩幅圖像的重疊部分，占圖像寬度的 25-35%。本發(fā)明的步驟(2)中，計(jì)算X、Y方向的灰度投影，兩方向投影均為最小值時(shí)位置組合在一起即為纖維橫截面切片中心位置。本發(fā)明的步驟(2)中，通過XY方向投影計(jì)算纖維切片中心位置，投影公式如下
權(quán)利要求
1.一種顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于所述方法采用設(shè)備包括帶有三向移動(dòng)載物臺(tái)的顯微鏡、安裝在顯微鏡上的攝像頭和計(jì)算機(jī)控制器，所述的計(jì)算機(jī)控制器與攝像頭、三向移動(dòng)載物臺(tái)的對應(yīng)控制信號(hào)端相連，所述的圖像獲取方法具體包括以下步驟(1)采用三向移動(dòng)載物臺(tái)獲取初步全景圖首先，由計(jì)算機(jī)控制器記錄三向移動(dòng)載物臺(tái)水平面XY方向起始位置，將纖維橫截面切片放置在三向移動(dòng)載物臺(tái)上，移動(dòng)Z方向至先驗(yàn)對焦位置，采用計(jì)算機(jī)控制器設(shè)置三向移動(dòng)載物臺(tái)在XY方向的移動(dòng)軌跡和移動(dòng)步長，啟動(dòng)載物臺(tái)；三向移動(dòng)載物臺(tái)按照前述設(shè)置軌跡進(jìn)行工作，計(jì)算機(jī)控制器啟動(dòng)攝像頭對于顯微鏡下的圖像在三向移動(dòng)載物臺(tái)的移動(dòng)步長停頓點(diǎn)處進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，結(jié)束后攝像頭將移動(dòng)過程中定點(diǎn)拍攝的圖像發(fā)送至計(jì)算機(jī)控制器，計(jì)算機(jī)控制器拼接成完整的纖維橫截面切片大圖，三向移動(dòng)載物臺(tái)移動(dòng)至起始位置；(2)對于初步全景圖即完整的纖維橫截面切片大圖，計(jì)算機(jī)控制器計(jì)算纖維橫截面切片大圖在X、Y方向的投影，得到纖維橫截面切片的中心位置；(3)將中心位置換算成載物臺(tái)XY方向移動(dòng)距離，計(jì)算機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)三向移動(dòng)載物臺(tái)將顯微鏡的鏡頭移至切片中心位置，采用基于先驗(yàn)對焦位置的兩階段搜索策略完成Z方向的自動(dòng)對焦，并重復(fù)步驟(1)，在XY平面再次掃描獲取最終對焦的纖維橫截面切片全景圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于步驟(I)中，所述的先驗(yàn)對焦位置是指計(jì)算機(jī)控制器記錄的三向移動(dòng)載物臺(tái)前次使用后產(chǎn)生的對焦位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于步驟(I)中，定點(diǎn)拍攝的移動(dòng)步長為相鄰兩幅圖像的重疊部分，占圖像寬度的25-35%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于，步驟(2)中，計(jì)算X、Y方向的灰度投影，兩方向投影均為最小值時(shí)位置組合在一起即為纖維橫截面切片中心位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于，步驟(2)中，通過XY方向投影計(jì)算纖維切片中心位置，投影公式如下
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于步驟(3)中，采用基于先驗(yàn)對焦位置的兩階段搜索策略完成Z方向的自動(dòng)對焦具體包括， 第一步搜索采用較大的載物臺(tái)Z方向步長，當(dāng)對焦算子大小發(fā)生轉(zhuǎn)變趨勢時(shí)采用較小步長搜索。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，其特征在于，步驟(3)中，找到纖維橫截面切片中心位置，移動(dòng)載物臺(tái)，使得顯微鏡的物鏡中心對準(zhǔn)切片中心位置，載物臺(tái)完成切片圖像自動(dòng)對焦，采用梯度算子C作為圖像對焦評(píng)價(jià)算子在Z方向一段范圍內(nèi)進(jìn)行對焦搜索，C取最大值時(shí)為最佳對焦位置，算子如下式
全文摘要
一種顯微鏡下纖維橫截面切片對焦數(shù)字圖像獲取方法，包括以下步驟(1)獲取初步全景圖，對于系統(tǒng)中涉及到的三向移動(dòng)載物臺(tái)，記錄下載物臺(tái)水平面XY方向起始位置，移動(dòng)Z方向至先驗(yàn)對焦位置，設(shè)置XY方向移動(dòng)軌跡和移動(dòng)步長后啟動(dòng)載物臺(tái)，結(jié)束后將移動(dòng)過程中定點(diǎn)拍攝的圖像拼接成完整纖維切片大圖，并移動(dòng)載物臺(tái)至起始位置；(2)對于初步全景圖，計(jì)算XY方向投影，投影最小值位置即為纖維橫截面切片中心位置；(3)將中心位置換算成載物臺(tái)XY方向移動(dòng)距離，移動(dòng)載物臺(tái)，鏡頭對準(zhǔn)切片中心位置，基于先驗(yàn)對焦位置的兩階段搜索策略完成自動(dòng)對焦。本發(fā)明使得人工得以節(jié)約，減少后續(xù)圖像處理的誤判。
文檔編號(hào)G02B21/36GK102998787SQ201210257990
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者徐鑫華, 董紹偉, 邰文峰, 薛衛(wèi), 王香香, 曹錫忠 申請人:中華人民共和國南京出入境檢驗(yàn)檢疫局, 江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局工業(yè)產(chǎn)品檢測中心