一種自適應(yīng)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的制作方法
【專利摘要】提供了一種自適應(yīng)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，該方法先計(jì)算實(shí)時(shí)采集圖像的四個(gè)方向上的灰度共生矩陣，然后將這四個(gè)灰度共生矩陣的對(duì)比度值加以比較并獲得被測目標(biāo)的紋理方向信息，再由獲得的紋理方向特征信息設(shè)計(jì)最優(yōu)的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。該自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)不依賴光學(xué)系統(tǒng)和被測目標(biāo)，對(duì)不同目標(biāo)都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
【專利說明】一種自適應(yīng)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯微視覺中的自動(dòng)調(diào)焦領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用于自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)的函數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)是自動(dòng)視頻顯微鏡觀察、測量以及深度信息重建的關(guān)鍵部件，有關(guān)顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的研究一直是顯微鏡研究的熱點(diǎn)，尤其是對(duì)大數(shù)值孔徑、高放大倍率和小景深的自動(dòng)視頻顯微鏡。
[0003]目前提出的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)主要有基于外部輔助測量設(shè)備的主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)和基于圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)?；谕獠枯o助測量設(shè)備的主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)根據(jù)外部測量設(shè)備測量的光學(xué)成像系統(tǒng)與被成像目標(biāo)距離來調(diào)節(jié)二者的距離而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦，但這種方法安裝調(diào)試復(fù)雜，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，因此較少使用。目前應(yīng)用較多的是基于圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，通過使用自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)所采集圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)來搜索焦點(diǎn)位置。被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單，使用方便，但其應(yīng)用的關(guān)鍵是自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)比較選取，因?yàn)樽詣?dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的性能嚴(yán)重依賴成像系統(tǒng)和被觀察或測量目標(biāo)，不同的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)由于應(yīng)用的不同而表現(xiàn)出非常大的性能差異，針對(duì)某一具體應(yīng)用，必須分析比較或設(shè)計(jì)優(yōu)化的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。
[0004]針對(duì)以上問題，本文擬設(shè)計(jì)一種不依賴顯微成像系統(tǒng)和被觀察或測量目標(biāo)的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。顯微鏡的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)在執(zhí)行過程中根據(jù)所采集圖像的特征分析自動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，主動(dòng)避免自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)成像系統(tǒng)和目標(biāo)的依賴性，從而從根本上提高顯微鏡的設(shè)計(jì)和開發(fā)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:設(shè)計(jì)一種根據(jù)所采集圖像的特征分析自動(dòng)選用設(shè)計(jì)優(yōu)化的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，避免自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)成像系統(tǒng)和目標(biāo)的依賴性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:首先計(jì)算實(shí)時(shí)采集圖像的四個(gè)方向上的灰度共生矩陣，然后將這四個(gè)灰度共生矩陣的對(duì)比度值加以比較并獲得被測目標(biāo)的紋理方向信息，再由獲得的紋理方向特征信息設(shè)計(jì)最優(yōu)的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中:
[0008]圖1是本發(fā)明的算法流程圖。
[0009]圖2是四種方向的紋理圖像和其在0°、45°、90°和135°方向上的灰度共生矩陣對(duì)比度柱狀圖。
[0010]表I是本發(fā)明中紋理方向矢量的可能結(jié)果。[0011]表2是不同紋理方向矢量及其對(duì)應(yīng)的最佳聚焦評(píng)價(jià)算子。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，本發(fā)明的方法過程是，首先計(jì)算實(shí)時(shí)采集圖像的四個(gè)方向上的灰度共生矩陣，然后將這四個(gè)灰度共生矩陣的對(duì)比度值加以比較并獲得被測目標(biāo)的紋理方向信息，再由獲得的紋理方向特征信息設(shè)計(jì)最優(yōu)的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。
[0013]首先介紹一下灰度共生矩陣，由于紋理是由灰度分布在空間位置上反復(fù)出現(xiàn)而形成的，因而在圖像空間中相隔某距離的兩象素之間會(huì)存在一定的灰度關(guān)系，即圖像中灰度的空間相關(guān)特性。灰度共生矩陣就是一種通過研究灰度的空間相關(guān)特性來描述紋理的常用方法。
[0014]設(shè)圖像為MXN階矩陣，并將每個(gè)像元出現(xiàn)的灰度值量化Ng層。SLx ={1,2,..., M}為水平空間域，Ly = {I, 2, N...,為}垂直空間域，G= {1,2,..., Ng}為量化灰度層級(jí)。集LxXLy為行列編序的圖像像元集，則圖像函數(shù)f可表示為一個(gè)函數(shù):指定每一個(gè)像元既有Ng個(gè)灰度層中的一個(gè)值G，即f:LxXLy —G?；叶裙采仃嚩x為在圖像域LxXLy范圍內(nèi)，兩個(gè)相距為d，方向?yàn)?的像元在圖像中出現(xiàn)的概率，即:
[0015]P (i, j I d, 0 ) = # {[ (k, I), (m, n) ] G (LxX Ly) X (LxX Ly) | d, 0 , f (k, I)=i, f (m, n) = j} (I)
[0016]其中:#{x}表示大括號(hào)中成立的像元對(duì)數(shù)。
[0017]在本發(fā)明中我們對(duì)一幅圖像分別計(jì)算了 0° ,45° ,90° ,135°四個(gè)方向上的灰度共生矩陣。
[0018]灰度共生矩陣的對(duì)比度特征參數(shù)可以在某種程度上反映該圖像的紋理方向，其計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，其特征在于:方法先計(jì)算實(shí)時(shí)采集圖像的0°、45°、90°和135°四個(gè)方向上的灰度共生矩陣，然后將這四個(gè)灰度共生矩陣的對(duì)比度值加以比較并獲得被測目標(biāo)的紋理方向信息，再由獲得的紋理方向特征信息設(shè)計(jì)最優(yōu)的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，其特征在于:為了細(xì)化獲取到的紋理方向，設(shè)定義紋理方向矢量D= [D1,D2, D3, D4]，其中D1、D2、D3、D4分別對(duì)應(yīng)紋理方向的0°、45°、90°和135°。元素為I時(shí)就認(rèn)為具有對(duì)應(yīng)方向的紋理，0時(shí)認(rèn)為沒有。設(shè)C=[C1，C2，C3，C4]為四個(gè)方向0°、45°、90°、135°灰度共生矩陣對(duì)比度矢量，并定義閾值T:
r = C-0.7x[C-min(C)] 其中5為集合C的平均值，min(C)為集合C的最小值。當(dāng)矢量C中的任一元素小于T時(shí)，矢量D中對(duì)應(yīng)元素賦值為1，即認(rèn)為存在該方向的紋理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)，其特征在于:根據(jù)所判斷出的紋理方向設(shè)計(jì)最佳的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。當(dāng)紋理方向?yàn)樗?、垂直，或水平和垂直時(shí)，我們選用Brenner算子和轉(zhuǎn)置后的Brenner算子；當(dāng)紋理方向?yàn)閷?duì)角方向或包含對(duì)角方向時(shí)，我們選用對(duì)角方向的sobel算子。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103500260SQ201310495984
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】屈玉福, 楊海娟, 毛建森, 馬詩潔 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)