本發(fā)明涉及顯微成像，更具體的說是涉及一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，市面上的全自動顯微成像儀都可以對大面積的單一標(biāo)本任意區(qū)域或者單次對排列在載物臺上的不同的標(biāo)本進(jìn)行顯微成像，更有甚者可以一次性對384孔板的細(xì)胞樣本或者對幾百個(gè)病理組織整列(組織芯片)進(jìn)行成像，但由于儀器本身的載物臺水平度和標(biāo)本的載具厚博不一，標(biāo)本本身厚度的問題，都可能導(dǎo)致不同的標(biāo)本，不同的成像點(diǎn)位其z軸焦點(diǎn)高度不一樣，這就需要利用自動對焦技術(shù)解決，但是針對高通量的樣本，由于自動對焦需要通過算法完成，更有甚者需要借助額外的對焦元器件，不管對焦算法如何現(xiàn)先進(jìn)，如何優(yōu)化，不管對焦元器件如何靈敏，如果每個(gè)樣本都進(jìn)行完整的自動對焦，則需要花費(fèi)大量的時(shí)間。當(dāng)今社會，無論是科研還是臨床，都需要快速的對高通量的樣本進(jìn)行自動清晰成像，以便提高效率。

2、因此，如何節(jié)省對焦時(shí)間是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法及系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中存在的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一方面，提供一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，包括：

4、選擇容器類型，并將容器中四個(gè)頂點(diǎn)孔的中心位置作為定位點(diǎn)，在另外選擇至少兩個(gè)不共線的孔的中心點(diǎn)；

5、將容器放置在載物臺上，移動成像設(shè)備對容器的定位點(diǎn)和中心點(diǎn)的成像單元進(jìn)行自動對焦，并采集至少六個(gè)成像單元的焦點(diǎn)坐標(biāo)；

6、對采集的焦點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行誤差評估，得到誤差結(jié)果；

7、根據(jù)誤差結(jié)果選擇相應(yīng)焦點(diǎn)模型，對焦點(diǎn)模型進(jìn)行求解，得到相應(yīng)模型系數(shù)；

8、根據(jù)選擇的焦點(diǎn)模型及其系數(shù)，結(jié)合新位置的坐標(biāo)，得到新位置的焦點(diǎn)。

9、可選的，所述誤差評估具體為：

10、根據(jù)至少六個(gè)成像單元的焦點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算實(shí)際表面與理想平面或者曲面的誤差，根據(jù)計(jì)算得到的誤差結(jié)果和誤差閾值來選擇是使用平面焦點(diǎn)模型還是曲面焦點(diǎn)模型；

11、當(dāng)平面誤差小于誤差閾值時(shí)，選擇平面焦點(diǎn)模型；

12、當(dāng)誤差結(jié)果不小于誤差閾值時(shí)，判斷曲面誤差是否小于誤差閾值；

13、當(dāng)曲面誤差小于誤差閾值時(shí)，選擇曲面焦點(diǎn)模型；

14、當(dāng)曲面誤差結(jié)果不小于誤差閾值時(shí)，檢查修正設(shè)備各個(gè)安裝階段的安裝誤差，然后重新采集成像單元的焦點(diǎn)坐標(biāo)。

15、可選的，根據(jù)成像設(shè)備的倍數(shù)，來計(jì)算誤差閾值，公式：

16、

17、式中，λ為照明光的波長；n為光學(xué)介質(zhì)的折射率；na為物鏡的數(shù)值孔徑，表示光學(xué)系統(tǒng)的聚焦能力；nm為調(diào)整系數(shù)，是一個(gè)經(jīng)過測量后的經(jīng)驗(yàn)值，默認(rèn)為1；e為最小可分辨距離。

18、可選的，計(jì)算每個(gè)成像單元的實(shí)際z坐標(biāo)與預(yù)測z坐標(biāo)之間的差值，分別計(jì)算平面誤差和曲面誤差；然后求誤差集合標(biāo)準(zhǔn)誤差se，公式為：

19、

20、其中，s是樣本標(biāo)準(zhǔn)差，n是樣本數(shù)量。

21、可選的，所述平面焦點(diǎn)模型的方程為ax+by+cz+d＝0。

22、可選的，所述曲面焦點(diǎn)模型的方程為z＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f。

23、可選的，所述成像設(shè)備采用的是4x鏡頭，計(jì)算出的誤差閾值為0.015mm。

24、可選的，所述模型系數(shù)的計(jì)算過程為：

25、根據(jù)所選平面或者曲面焦點(diǎn)模型，采用對應(yīng)的擬合平面方程公式或者二次曲面方程公式；擬合平面方程公式ax+by+cz+d＝0中，c默認(rèn)為-1；二次曲面方程公式z＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f，根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出對應(yīng)的平面系數(shù)(a,b,d)或者曲面系數(shù)(a,b,c,d,e,f)。

26、另一方面，提供一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦系統(tǒng)，包括：

27、選點(diǎn)模塊，選擇容器類型，并將容器中四個(gè)頂點(diǎn)孔的中心位置作為定位點(diǎn)，在另外選擇至少兩個(gè)不共線的孔的中心點(diǎn)；

28、對焦模塊，將容器放置在載物臺上，移動成像設(shè)備對容器的定位點(diǎn)和中心點(diǎn)的成像單元進(jìn)行自動對焦，并采集至少六個(gè)成像單元的焦點(diǎn)坐標(biāo)；

29、誤差評估模塊，對采集的焦點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行誤差評估，得到誤差結(jié)果；

30、模型選擇模塊，根據(jù)誤差結(jié)果選擇相應(yīng)焦點(diǎn)模型，對焦點(diǎn)模型進(jìn)行求解，得到相應(yīng)模型系數(shù)；

31、焦點(diǎn)輸出模塊，根據(jù)選擇的焦點(diǎn)模型及其系數(shù)，結(jié)合新位置的坐標(biāo)，得到新位置的焦點(diǎn)。

32、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法及系統(tǒng)，通過系統(tǒng)化地選擇多個(gè)定位點(diǎn)并進(jìn)行自動對焦，結(jié)合誤差評估與模型求解，能夠快速而精準(zhǔn)地確定高通量樣本顯微成像的新位置焦點(diǎn)，從而顯著提高成像效率和圖像質(zhì)量，降低人工干預(yù)的需求，使得高通量實(shí)驗(yàn)的操作更加高效和可靠。并且本發(fā)明針對的樣本通量越高，其節(jié)約的時(shí)間越多，達(dá)到了快速自動對焦的目的。

技術(shù)特征：

1.一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，所述誤差評估具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，根據(jù)成像設(shè)備的倍數(shù)，來計(jì)算誤差閾值，公式：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，計(jì)算每個(gè)成像單元的實(shí)際z坐標(biāo)與預(yù)測z坐標(biāo)之間的差值，分別計(jì)算平面誤差和曲面誤差；然后求誤差集合標(biāo)準(zhǔn)誤差se，公式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，所述平面焦點(diǎn)模型的方程為ax+by+cz+d＝0。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，所述曲面焦點(diǎn)模型的方程為z＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，所述成像設(shè)備采用的是4x鏡頭，計(jì)算出的誤差閾值為0.015mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，其特征在于，所述模型系數(shù)的計(jì)算過程為：

9.一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1-8任一所述的一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種針對高通量樣本全自動顯微成像的快速對焦方法及系統(tǒng)，涉及顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，選擇容器類型，并選取定位點(diǎn)和至少兩個(gè)不共線的孔的中心點(diǎn)；將容器放置在載物臺上，移動成像設(shè)備對容器的定位點(diǎn)和中心點(diǎn)的成像單元進(jìn)行自動對焦，并采集至少六個(gè)成像單元的焦點(diǎn)坐標(biāo)；對采集的焦點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行誤差評估，得到誤差結(jié)果；根據(jù)誤差結(jié)果選擇相應(yīng)焦點(diǎn)模型并求解，得到模型系數(shù)；根據(jù)焦點(diǎn)模型及其系數(shù)，結(jié)合新位置的坐標(biāo)，得到新位置的焦點(diǎn)。通過系統(tǒng)化地選擇多個(gè)定位點(diǎn)并進(jìn)行自動對焦，結(jié)合誤差評估與模型求解，能夠快速而精準(zhǔn)地確定高通量樣本顯微成像的新位置焦點(diǎn)，從而顯著提高成像效率和圖像質(zhì)量，使得高通量實(shí)驗(yàn)的操作更加高效和可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：杜家玉,吳永剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶聯(lián)慶瑞奇科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2