(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211064097.3 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 王跃宗　贾鹏煊　贾皓然　陈可欣　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 刘萍 (51)Int.Cl. G01M 11/02(2006.01) G02B 21/02(2006.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 显微深度聚焦测量中镜头光轴与纵向运动 轴夹角的校正方法 (57)摘要 本发明涉及一种显微深度聚焦测量中镜头 光轴与纵向运动轴夹角的校正方法， 包含显微视 觉系统、 平面标定板、 阶梯状三维标定物的光轴 校正装置， 首先通过平面标定板多聚焦图像序列 的采集与分析对 载物台进行初校正。 然后基于多 个模块对三维标定物阶梯分界线处不同平面的 两图像进行采集与分析， 通过检测两图像中阶梯 分界线的相对偏移实现显微镜光轴的校正。 本发 明可以有效减小显微视觉系统采集得到多聚焦 图像序列的偏移误差， 提高深度聚焦三维重建的 精度。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115468747 A 2022.12.13 CN 115468747 A 1.显微深度聚焦测量中镜头光轴与纵向运动轴夹角的校正方法， 特征在于： 该方法所 用系统包括光轴 校正装置： 显微视觉系统， 特征圆平面标定板以及特制的阶梯状三维标定 物； 首先通过平面标定板多聚焦图像序列的采集与分析对载物台进行初校正， 然后通过图 像采集模块、 图像处理模块、 偏移检测模块、 光轴校正模块多个模块的循环实现对显微镜光 轴的校正。 2.根据权利要求1所述的显微深度聚焦测量中镜头光轴与纵向运动轴夹角的校正方 法， 其特征在于： 图像采集模块中， 将三维标定物置于载物台上并将标定物进行摆正， 使其 阶梯分界线与x轴或y轴方向平行， 并控制载物台移动使三 维标定物的阶梯分 界线移至显微 镜视野范围内； 将阶梯状标定物的下平面定义为第一层面， 上平面定义为第二层面； 控制显 微镜z轴上下移动分别采集 三维标定物的第一层面清晰图像与第二层面清晰图像。 3.根据权利要求1所述的显微深度聚焦测量中镜头光轴与纵向运动轴夹角的校正方 法， 其特征在于： 图像处 理模块中包括如下步骤： 设输入图像大小为m ×n， 当阶梯状标定物分界线与x轴平行时 步骤一： 取一大小为d ×n的区域块由图像初始位置以y轴方向每次步进1像素对图像进 行遍历， 得到m ‑d个横向区域 块Pi， i＝1,2....,m‑d； 步骤二： 对每个区域块进行基于小波变换的清晰度评价， 得到每个区域块的清晰度值 Ri， i＝1,2....m‑d； 步骤三： 计算邻近区域块的清晰度比值Rati＝Ri/Ri+d， 得到清晰度比值数组{Rat1, Rat2.....Ratm‑2d}； 对比R1与Rm‑d的大小， 若R1>Rm‑d， 通过极值搜寻函数寻找比值数组中的最 大值Rate； 若R1<Rm‑d， 则寻找比值数组中的最小值Rate， 输出最值在比值数组中的位置e； 则 定位得到阶梯分界线的纵坐标位置为Y＝e+d； 当阶梯状标定物分界线与y轴平行时 步骤一： 取一大小为m ×d的区域块由图像初始位置以x轴方向每次步进1像素对图像进 行遍历， 得到n ‑d个横向区域 块Pi， i＝1,2....,n‑d； 步骤二： 对每个区域块进行基于小波变换的清晰度评价， 得到每个区域块的清晰度值 Ri， i＝1,2....n‑d； 步骤三： 计算邻近区域块的清晰度比值Rati＝Ri/Ri+d， 得到清晰度比值数组{Rat1, Rat2.....Ratn‑2d}； 对比R1与Rn‑d的大小， 若R1>Rn‑d， 通过极值搜寻函数寻找比值数组中的最 大值Rate； 若R1<Rn‑d， 则寻找比值数组中的最小值Rate， 输出最值在比值数组中的位置e； 则 定位得到阶梯分界线的纵坐标位置为X＝e+d； 由以上步骤分别定位到第一层面、 第二层面聚焦图像的阶梯分界线的纵坐标位置为Y1、 Y2， 横坐标位置为X1、 X2； 将坐标数据输入至偏移检测模块S3 。 4.根据权利要求1所述的显微深度聚焦测量中镜头光轴与纵向运动轴夹角的校正方 法， 其特征在于： 偏移检测模块中， 图像中单位像素所代表的真实距离为pix el_k， 由此计算 得到当标定物阶梯分界线与y轴平行时两图像阶梯分界线在x轴方向相对偏移距离为vx＝ pixel_k*(X1‑X2)， 当标定物阶梯分界线与x轴平行时两图像阶梯分界线在y轴方向相对偏 移 距离为vy＝pixel_k*(Y1‑Y2)； 判断vx或vy是否超过pixel_k， 若超过则将偏移距离参数输入 至光轴校正模块S4， 若不超过则表示完成显微镜光轴的校正。 5.根据权利要求1所述的显微深度聚焦测量中镜头光轴与纵向运动轴夹角的校正方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115468747 A 2法， 其特征在于： 光轴 校正模块中， 由显微镜的移动距离h以及两图像阶梯分界线的相对距 离计算显微镜光轴偏移角； 显微镜光轴在x_z平面的偏移角β1＝arctan(vx/h)， 显微镜光轴 在y_z平面的偏移角β2＝arctan(vy/h)； 计算得到偏移角后通过x_z平面电控旋转台A3、 y_z 平面电控旋转台A2对显微镜A4进行旋转校正； 并同时通过x_z平面电控倾斜台A7、 y_z平面 电控倾斜台A6对载物台A5进 行同步旋转校正使其始终与显微镜光轴保持垂 直状态； 校正完 成后返回至图像采集模块S1。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115468747 A 3