一种基于机器视觉的自动对焦、自动对中方法及系统

技术特征：
1.一种基于机器视觉的自动对焦方法，其特征在于，所述自动对焦方法包括：控制载物台在电子显微镜的成像距离区间内移动，改变所述载物台和电子显微镜之间的物距；在所述载物台和电子显微镜之间的物距发生改变时，获取电子显微镜扫描到的载物台图像，得到若干张载物台图像；针对任一张载物台图像，根据所述载物台图像中各像素的灰度值，计算所述载物台图像的图像清晰度；将若干张载物台图像中图像清晰度最大的载物台图像对应的成像位置作为目标成像位置，控制所述载物台移动到所述目标成像位置。2.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，所述根据所述载物台图像中各像素的灰度值，计算所述载物台图像的图像清晰度，具体包括：利用拉普拉斯算子对所述载物台图像进行模板卷积，得到所述载物台图像的高频分量；根据图像清晰度评价函数和所述载物台图像的高频分量，计算得到所述载物台图像的图像清晰度值。3.根据权利要求2所述的自动对焦方法，其特征在于，所述拉普拉斯算子如下式所示：z(x,y)＝g(x-1,y) g(x 1,y) g(x,y-1) g(x,y 1)-4g(x,y)x∈[1,m-1],y∈[1,n-1]其中，g(x,y)为所述载物台图像中像素点(x,y)处的灰度值，m为所述载物台图像的像素列数，n为所述载物台图像的像素行数，z(x,y)为所述载物台图像的高频分量中像素点(x,y)处的灰度值。4.根据权利要求2所述的自动对焦方法，其特征在于，所述图像清晰度评价函数如下式所示：其中，f为所述载物台图像的图像清晰度值，m为所述载物台图像的像素列数，n为所述载物台图像的像素行数，z(x,y)为所述载物台图像的高频分量中像素点(x,y)处的灰度值。5.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，所述根据所述载物台图像中各像素的灰度值，计算所述载物台图像的图像清晰度，具体包括：针对所述载物台图像中的任一像素点，将所述像素点的灰度值和与所述像素点相邻的多个像素点的灰度值做差分运算，得到所述像素点的灰度变化量；根据所述载物台图像中各像素点的灰度变化量，确定所述载物台图像的图像清晰度值。6.根据权利要求5所述的自动对焦方法，其特征在于，根据下式计算所述载物台图像中任一像素点的灰度变化量：g(x,y)＝|g(x,y)-g(x 1,y)| |g(x,y)-g(x,y 1)|其中，g(x,y)为所述载物台图像中像素点(x,y)处的灰度变化量，g(x,y)为所述载物台图像中像素点(x,y)处的灰度值。
7.一种基于机器视觉的自动对中方法，其特征在于，所述自动对中方法包括：执行如权利要求1～6任一项所述的自动对焦方法；控制所述电子显微镜扫描获取所述载物台图像；所述载物台图像中包括压头和与所述压头相对设置的样品，且所述压头的行进方向垂直于所述样品的固定面，所述电子显微镜的成像方向垂直于所述压头的行进方向；对所述载物台图像进行预处理，得到预处理图像；所述预处理包括依次进行的滤波处理、噪点消除处理和二值化处理；对所述预处理图像进行连通区域检测，确定所述压头区域和所述样品区域；在所述载物台图像中任选一点作为原点o，以过原点o且平行于所述压头的行进方向的直线为x轴，以过原点o且垂直于所述x轴的直线为y轴，建立平面直角坐标系xoy；分别确定所述压头区域的中线和所述样品区域的中线；所述压头区域的中线和所述样品区域的中线均平行于所述x轴、垂直于所述y轴；根据所述压头区域的中线与所述样品区域的中线之间的距离，控制所述样品区域的中线与所述压头区域的中线重合。8.根据权利要求7所述的自动对中方法，其特征在于，根据下式确定所述压头区域的中线：其中，y
压头
为所述压头区域的中线，y
i
为所述压头区域中第i个像素的y轴坐标，n为所述压头区域中像素的个数；根据下式确定所述样品区域的中线：其中，y
样品
为所述样品区域的中线，y
j
为所述样品区域中第j个像素的y轴坐标，m为所述样品区域中像素的个数。9.一种基于机器视觉的自动对焦系统，其特征在于，所述自动对焦系统在被计算机执行时，运行如权利要求1～6任一项所述的自动对焦方法。10.一种基于机器视觉的自动对中系统，其特征在于，所述自动对中系统在被计算机执行时，运行如权利要求7～8任一项所述的自动对中方法。

技术总结
本发明提出了一种基于机器视觉的自动对焦、自动对中方法及系统，属于基于机器视觉的自动化控制技术领域，通过控制载物台在电子显微镜成像距离区间内进行移动，并获取载物台在不同成像距离时，电子显微镜所扫描的图像，通过载物台图像中各像素的灰度值计算所述载物台图像的图像清晰度，确定图像清晰度值最高时的成像距离，并控制载物台移动到该位置，以此达到基于机器视觉的精准对焦；并且在完成精准对焦后，通过电子显微镜获取载物台上能清晰体现压头和样品之间布置关系的图像，并对其中的压头区域和样品区域的中线进行对齐，实现了基于机器视觉的精准对中，避免了人工手动对焦、对中所存在的效率低、精度差的问题，提高了对焦和对中的效率。焦和对中的效率。焦和对中的效率。


技术研发人员：闫亚宾 轩福贞 苏婷
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/11