显微图像采集控制方法、控制系统及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及显微拍摄领域，尤其涉及一种快速精准聚焦的显微图像采集控制方法、控制系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.病理切片是将部分有病变的组织或脏器经过各种化学品和埋藏法的处理，使之固定硬化，在切片机上切成薄片，粘附在玻片上，染以各种颜色，供在显微镜下检查，以观察病理变化，作出病理诊断，为临床诊断和治疗提供帮助，随着科技的进步，人们将显微镜与扫描仪结合，病理切片的显微图像通过显示屏显示出来，方便医生的查看。
3.为了能够提高检测效率，目前大部分机构都已相继采用了自动化的图像采集方法对病理切片进行显微拍摄，自动化图像采集方法是将光、机、电技术与细胞学诊断技术相结合，通过对装载有病理切片的载玻片测定来判断细胞是否异常或癌变，从而做出病理诊断。虽然现有的自动化图像采集方法能够对图像进行采集，提高了检测的准确度和检测的效率，然而，在实际上的显微拍摄过程中，聚焦过程过于漫长、且还会经常性地出现聚焦不清晰的情况，因此，对于样本图像进行快速精准聚焦仍是需要不断改进的关键之处，聚焦的优劣直接影响到样本图像扫描的成败，而且还会对检测结果造成很大的干扰。
4.鉴于此，有必要提供一种快速精准聚焦的显微图像采集控制方法，以解决或至少缓解上述聚焦过程缓慢、以及聚焦不清晰的缺陷。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种快速精准聚焦的显微图像采集控制方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种快速精准聚焦的显微图像采集控制方法，包括步骤：
7.s1，从当前采集到的载玻片样本图像中获取一个参照点和至少两个预选点的平面坐标信息，所述平面坐标信息为所述参照点和所述至少两个预选点对应的x轴和y轴的信息；其中，所述参照点以及所述至少两个预选点在处于同一高度时至少位于两条不同的直线上，所述载玻片样本放置于显微设备的光源与物镜之间；
8.s2，控制所述物镜对所述载玻片样本上的所述参照点沿z轴方向进行全范围聚焦，得聚焦后的初始坐标信息，其中，所述初始坐标信息为所述参照点在全范围聚焦后对应的聚焦位置的x轴、y轴和z轴的信息；
9.s3，根据所述平面坐标信息和所述初始坐标信息中的z轴信息控制所述物镜对所述载玻片样本上的所述参照点和所述至少两个预选点沿z轴方向分别进行调节聚焦，得至少三个调节坐标信息，其中，所述调节坐标信息为所述参照点和所述至少两个预选点在调节聚焦后对应的x轴、y轴和z轴的信息；
10.s4，根据所述至少三个调节坐标信息构建所述载玻片样本的拟合平面，然后对所
述载玻片样本在所述拟合平面进行图像扫描。
11.进一步地，在所述步骤s1中，所述参照点和所述预选点的获取步骤包括：
12.s11，识别所述载波片样本图像中的多个凸包区；
13.s12，根据多个所述凸包区构建多个同心圆；
14.s13，根据每个所述同心圆贯穿的所述凸包区的数量、以及每个所述同心圆上的所述凸包区的分散程度从多个所述同心圆中选取出一个基准圆；
15.s14，在所述基准圆贯穿的多个所述凸包区上，或者距离所述基准圆最近的多个所述凸包上选取分散的至少三个凸包区作为选点区，然后从每个选点区内的样本图像上分别选取一个点作为基点，并将所述基点作为所述参照点或者所述预选点。
16.进一步地，所述步骤s2中的控制所述物镜对所述载玻片样本上的所述参照点沿z轴方向进行全范围聚焦的步骤，包括：
17.s21，获取所述载波片样本上的所述参照点与所述物镜在z轴方向上的预设距离范围；
18.s22，控制所述载波片样本上的所述参照点与所述物镜的相对距离在所述预设距离范围内变化，并根据变化过程中的实时清晰度值判断出所述参照点在全范围聚焦后对应的所述初始坐标信息。
19.进一步地，所述步骤s21还包括：获取所述载玻片样本的预设清晰度值；
20.在所述步骤s22中，所述根据变化过程中的实时清晰度值判断出所述参照点在全范围聚焦后对应的所述初始坐标信息包括：
21.当所述变化过程中对应的实时清晰度值小于所述预设清晰度值时，认定所述参照点与所述物镜之间的相对距离未达到全范围聚焦的标准；
22.当所述变化过程中对应的实时清晰度不小于所述预设清晰度值时，认定所述参照点与所述物镜之间的相对距离达到全范围聚焦的标准，获取全范围聚焦后对应的所述初始坐标信息。
23.进一步地，所述调节聚焦包括步骤：
24.s31，根据所述初始坐标信息的z轴信息和所述平面坐标信息控制所述物镜移至指定位置；
25.s32，控制所述物镜沿z轴方向向下移动一个预设距离，根据向下移动时清晰度的变化结果判断所述物镜的聚焦移动方向，并通过所述物镜在聚焦移动过程中产生的清晰度变化结果获得所述调节坐标信息。
26.进一步地，所述根据向下移动时清晰度的变化结果判断所述物镜的聚焦移动方向包括：
27.当所述向下移动时所述清晰度的变化结果为降低时，所述物镜的聚焦移动方向为向上移动，直至清晰度不再升高；
28.当所述向下移动时所述清晰度的变化结果为升高时，所述物镜的聚焦移动方向为向下移动，直至清晰度不再升高。
29.进一步地，在所述步骤s4中，所述根据所述至少三个调节坐标信息构建所述载玻片样本的拟合平面包括：对所述至少三个调节坐标信息进行二次多项式曲面拟合，得所述拟合平面。
30.进一步地，在所述全范围聚焦和所述调节聚焦的过程中，通过控制所述物镜在x轴、y轴、z轴方向上的移动进行坐标的切换；
31.所述全范围聚焦的最小物镜移动单元大于所述调节聚焦的最小物镜移动单元，其中，所述最小物镜移动单元为聚焦过程中所述物镜沿z轴方向移动的最小距离。
32.本发明还提供一种显微设备的控制系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序、以及接收所述处理器指令的控制器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述图像采集方法的步骤。
33.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述图像采集方法的步骤
34.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
35.本发明提供了一种快速精准聚焦的显微图像采集控制方法，能够对样本图样进行快速精准地聚焦。通过获取一个所述参照点，对在所述参照点的位置进行全范围聚焦，可以获得初始坐标信息，为后续精准的调节聚焦提供基准和参照；通过获取至少两个所述预选点，在搭配所述参照点、并结合所述初始坐标信息的情况下，可以对所述参照点以及至少两个所述预选点进行调节聚焦，从而获得所述参照点和所述预选点位置处的精确焦点，并得到至少三个所述调节坐标信息；通过获取所述调节坐标信息，并以所述调节坐标信息对所述载玻片样本进行平面拟合，可以获得精准的图象扫描平面。
36.另外，在获取所述参照点和所述预选点的过程中，通过引入所述凸包区、所述同心圆，并识别所述基准圆和所述选点区，可以保证最终拟合的平面能够最大程度的反映所述载玻片样本图像所处的平面，使得后续能够扫描得到更加清晰图像；在所述调节聚焦的过程中，通过根据向下移动时清晰度的变化结果判断所述物镜的聚焦移动方向，并通过所述物镜在聚焦移动过程中产生的清晰度变化结果可以快速精准地获得所述调节坐标信息；通过采用所述二次多项式曲面拟合，借助所述调节坐标信息，能够获得更加准确的所述拟合平面。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
38.图1为本发明一个实施例中显微图像采集控制方法的流程示意图；
39.图2为本发明一个实施例中步骤s1中的流程示意图；
40.图3为本发明一个实施例中步骤s2中的流程示意图；
41.图4为本发明一个实施例中步骤s3中的流程示意图；
42.图5为本发明一个实施例中参照点和预选点的选点示意图。
43.附图标号说明：载玻片样本图像1、凸包区2、同心圆3、基准圆4、选点区5、基点6。
44.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
46.需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
47.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
48.并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
49.参见图1-图5，为了能够提高扫描的效率和精准度，本发明提供一种快速精准聚焦的显微图像采集控制方法，包括步骤：
50.s1，从当前采集到的载玻片样本图像1中获取一个参照点和至少两个预选点的平面坐标信息，所述平面坐标信息为所述参照点和所述至少两个预选点对应的x轴和y轴的信息；其中，所述参照点以及所述至少两个预选点在处于同一高度时至少位于两条不同的直线上，所述载玻片样本放置于显微设备的光源与物镜之间。需注意的是，所述载玻片样本图像是指采集到的所述载玻片上的样本的图像，所述预选点的个数必须不少于两个，当然，为了更好的反应整个所述载波片样本图像1的平面，也可以为不少于5个、不少于6个、不少于10个等等，具体可以根据实际情况进行设定。
51.其中，为了使所选点位最大范围的将所述载波片样本图像1覆盖，且最大程度的体现所述载波片样本图像1所在的整体平面，所述参照点和所述预选点的获取步骤可以包括：
52.s11，识别所述载波片样本图像1中的多个凸包区2；
53.s12，根据多个所述凸包区2构建多个同心圆3；
54.s13，根据每个所述同心圆3贯穿的所述凸包区2的数量、以及每个所述同心圆上的所述凸包区2的分散程度从多个所述同心圆3中选取出一个基准圆4；
55.s14，在所述基准圆4贯穿的多个所述凸包区2上，或者距离所述基准圆4最近的多个所述凸包上选取分散的至少三个凸包区2作为选点区5，然后从每个选点区5内的样本图像上分别选取一个点作为基点6，并将所述基点6作为所述参照点或者所述预选点。
56.需知道的是，所述凸包区2是指所述载波片样本图像1中的平面凸包所辐射的区域，所述平面凸包为所述载波片样本图像1的外轮廓上的凸起，以所述凸包区2为参照构建所述同心圆3，能最大范围的将所述样本图像囊括，从而使得后续平面拟合的时候，最大程度的反应所述载波样本的整体平面。其中，在构建所述同心圆3时，优选地，可以以所述载玻片样本图像1的中间点为圆心，由于所述载玻片样本图像1是不规则的，当确切的中间点无法确定时，也可以在所述载玻片样本图像1的中部区域选取一个点作为圆心。
57.但是，由于所述载波片样本图像1通常是不规则的，且在平面上形成的凸起的位置
也是无序的，因此，虽然最外围的所述同心圆3覆盖范围最广，但是其穿过的大部分区域有可能是空白载玻片上的图像，因此，不能直接以最外围的所述同心圆3作为所述基准圆4，而是应该根据所述步骤s13进行针对性的选取。在多个所述同心圆3中，当其中一个所述同心圆3贯穿的所述凸包区2的数量最多，且该同心圆上的每个所述凸包区2的分散程度较高时，便可以将其作为所述基准圆4。所述分散程度是参照性的概念，如：当某一个所述同心圆3贯穿的所述凸包区2最多时，便需要对该同心圆上的每个所述凸包区2的分散程度进行识别，如果发现该同心圆上的每个所述凸包区2挤压在一堆，则需要在剔除该同心圆3后，重新进行判别。而且，当同时有几个所述同心圆3贯穿的所述凸包区2的数量一致时，则需要从中选取所述凸包区2分散程度最高的所述同心圆3作为所述基准圆4。需注意的是，在极端情况下，当两个所述同心圆3贯穿的所述凸包区2的数量一致，且两个所述同心圆上的每个所述凸包区2的分散程度也接近时，可以选取外侧的所述同心圆作为基准圆4。当确定所述基准圆4后，便可以以所述基准圆4为参照进行选点，可以在所述基准圆4贯穿的所述凸包区2内进行选点，为了提高所选点位的分散程度，也可以参照所述基准圆4就近选点，或参照所述基准圆4在就近的所述凸包区2内选点，几种方式也可以相互结合。需明确的是，在具体选点时，所选的所述参照点和所述预选点均需落在所述样本图像上。
58.所述参照点的作用主要是为全范围提供聚焦的平面位点，即在所述参照点的位置处进行粗聚焦，当然，在后需的调节聚焦过程中，还可以继续将所述参照点作为调节聚焦的其中一个平面位点；所述预选点主要是为调节聚焦提供聚焦的平面位点。另外，由于所述参照点和所述预选点主要为聚焦的平面位点，因此，在选取所述参照点和所述预选点时，只需考虑其平面坐标信息；而且，由于需要在后续对平面进行拟合，因为，在选取所述参照点和所述预选点时，需在使所述参照点以及所述至少两个预选点在处于同一高度时至少位于两条不同的直线上，具体可以设置一个虚拟的高度，并以同样高度的基准获取一个所述参照点和至少两个所述预选点的平面坐标信息。
59.另外，本领域技术人员应当知道的是，在具体的应用场景当中，所述载玻片样本放置于显微设备的光源与物镜之间是常规选择，并且，在本发明中，在后续的聚焦过程中，可以将承载有载玻片样本的载物台固定，通过控制物镜的移动实现坐标的切换。
60.s2，控制所述物镜对所述载玻片样本上的所述参照点沿z轴方向进行全范围聚焦，得聚焦后的初始坐标信息，其中，所述初始坐标信息为所述参照点在全范围聚焦后对应的聚焦位置的x轴、y轴和z轴的信息。
61.应当知道的是，在所述全范围聚焦的过程中，需要将所述物镜调整至所述参照点的上方，并且沿z轴方向控制所述物镜与所述载玻片样本之间的距离，从而得到全范围聚焦后的z轴信息，并结合x轴与y轴信息，即可获得所述初始坐标信息，并将所述初始坐标信息作为后续聚焦过程中的参照。另外，由于载物台可以固定设置，z轴信息可以主要用于指代所述物镜与所述载玻片样本之间沿z轴方向的相对距离。
62.具体地，所述步骤s2中的控制所述物镜对所述载玻片样本上的所述参照点沿z轴方向进行全范围聚焦的步骤，可以包括：
63.s21，获取所述载波片样本上的所述参照点与所述物镜在z轴方向上的预设距离范围；
64.s22，控制所述载波片样本上的所述参照点与所述物镜的相对距离在所述预设距
离范围内变化，并根据变化过程中的实时清晰度值判断出所述参照点在全范围聚焦后对应的所述初始坐标信息。
65.作为对所述步骤s21的进一步说明，所述步骤s21还包括：获取所述载玻片样本的预设清晰度值；
66.作为对所述步骤s22的细化，在所述步骤s22中，所述根据变化过程中的实时清晰度值判断出所述参照点在全范围聚焦后对应的所述初始坐标信息包括：
67.当所述变化过程中对应的实时清晰度值小于所述预设清晰度值时，认定所述参照点与所述物镜之间的相对距离未达到全范围聚焦的标准；
68.当所述变化过程中对应的实时清晰度不小于所述预设清晰度值时，认定所述参照点与所述物镜之间的相对距离达到全范围聚焦的标准，获取全范围聚焦后对应的所述初始坐标信息。
69.另外，为了便于对所述全范围聚焦的标准作进一步地理解，所述步骤s22还可以包括：
70.控制所述参照点与所述物镜之间的相对距离依次由小变大，当所述相对距离依次由小变大的过程中产生第一个大于预设清晰度值的实时清晰度值时，认定所述参照点与所述物镜之间的相对距离达到全范围聚焦的标准。
71.s3，根据所述平面坐标信息和所述初始坐标信息中的z轴信息控制所述物镜对所述载玻片样本上的所述参照点和所述至少两个预选点沿z轴方向分别进行调节聚焦，得至少三个调节坐标信息，其中，所述调节坐标信息为所述参照点和所述至少两个预选点在调节聚焦后对应的x轴、y轴和z轴的信息。
72.需知道的是，当得到所述初始坐标信息后，可以以所述初始坐标信息的z轴信息、以及所述参照点和所述预选点的平面坐标信息为基准，通过控制物镜的移动，对所述载玻片样本上的所述参照点和所述预选点进行精确聚焦，以用于拟合所要扫描的平面。
73.为了能够快速准确地获得所述调节坐标信息，所述调节聚焦可以包括步骤：
74.s31，根据所述初始坐标信息的z轴信息和所述平面坐标信息控制所述物镜移至指定位置；其中，所述指定位置可以包括所述初始坐标信息所指代的位置、以及从所述初始坐标信息的位置处平移至所预选点后的位置；
75.s32，控制所述物镜沿z轴方向向下移动一个预设距离，根据向下移动时清晰度的变化结果判断所述物镜的聚焦移动方向，并通过所述物镜在聚焦移动过程中产生的清晰度变化结果获得所述调节坐标信息，即达到预设条件的清晰度时所对应的坐标信息即为所述调节坐标信息。
76.具体地，所述根据向下移动时清晰度的变化结果判断所述物镜的聚焦移动方向可以包括：
77.当所述向下移动时所述清晰度的变化结果为降低时，所述物镜的聚焦移动方向为向上移动，直至清晰度不再升高，此时对应的坐标信息即为所述调节坐标信息；
78.当所述向下移动时所述清晰度的变化结果为升高时，所述物镜的聚焦移动方向为向下移动，直至清晰度不再升高，此时对应的坐标信息即为所述调节坐标信息。
79.s4，根据所述至少三个调节坐标信息构建所述载玻片样本的拟合平面，然后对所述载玻片样本在所述拟合平面进行图像扫描。需知道的是，所述拟合平面的构建过程可以
采用本领域常规的拟合方法，优选的，所述根据所述至少三个调节坐标信息构建所述载玻片样本的拟合平面也可以包括：对所述至少三个调节坐标信息进行二次多项式曲面拟合，得所述拟合平面。
80.所述二次多项式曲面拟合采用的二次多项式曲面公式为：
81.f(x,y)＝a
20
x2 a
02
y2 a
11
xy a
10
x a
01
y a
00
82.其中，上式中共有a
20
、a
02
、a
11
、a
10
、a
01
、a
00
等6个系数。另外，f(x,y)可以表示为z轴对应的数值，x可以表示为x轴对应的数值，y可以表示为y轴对应的数值。
83.作为对上述各实施方式的说明，在所述全范围聚焦和所述调节聚焦的过程中，可以通过控制所述物镜在x轴、y轴、z轴方向上的移动进行坐标的切换。
84.另外，所述全范围聚焦的最小物镜移动单元大于所述调节聚焦的最小物镜移动单元，其中，所述最小物镜移动单元为聚焦过程中所述物镜沿z轴方向移动的最小距离。
85.本发明还提供了一种显微设备的控制系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序、以及接收所述处理器指令的控制器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施方式所述图像采集方法的步骤。
86.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施方式所述图像采集方法的步骤。
87.本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。