基于图像的自动对焦原理

        基于图像的被动对焦方法可以分为两类：离焦深度法（DFD）与对焦深度法（DFF）。离焦深度法可以通过计算图像的弥散斑半径或其他模糊量估计方法进行对焦，或者通过图像处理的图像复原方法直接获取切片清晰图像，所需图像帧数通常为2~3帧， 然而该方法的对焦精度较差，不适于病理切片扫描仪需要获取高分辨率、高清晰度的切片图像的场合。而对焦深度法则需要10帧左右图像以确定探测器靶面或光学系统的准焦位置，具有很高的对焦精度，具体工作过程为：首先相机对切片拍摄一帧图像，根据对焦窗口选取算法提取图像的部分， 并使用图像清晰度评价函数计算窗口提取的部分图像的清晰度评价值；根据对焦搜索算法调整相机靶面与病理切片的相对位置；根据宏/微双驱动控制系统驱动对焦装置快速定位；对焦装置定位完成后，继续使用图像清晰度评价函数进行计算，依次往复。可见对焦深度法的应用效果取决于三个部分：

1. 图像清晰度评价函数

        图像清晰度评价函数是通过量化图像锐度或灰度梯度等方法，进而评价图像清晰程度的度量函数，如上图所示。对于病理切片扫描仪成像过程中，切片图像与准焦面偏差越大，图像越不清晰，与之对应的图像细节、纹理、边缘梯度信息量越少，反之也成立。 图像清晰度评价函数最终决定了对焦搜索算法的精度，理想的清晰度评价函数应具备：单峰性、无偏性、高灵敏性、高信噪比的特点。

2. 对焦窗口的选取

        对于对焦深度法中由于需要清晰度评价函数计算图像清晰度，图像的像素数直接决定了运算量，如果对焦窗口过大或者过多图像背景参与计算，会严重影响图像清晰度评价函数的使用效果。因此对焦窗口的选择大小应合适，且能准确定位感兴趣区域。 目前常用的对焦窗口选取方法主要有：黄金分割选取法、多区域选取法、中央区域选取法、非均匀采样选取法以及自主选取法。

3. 对焦搜索策略

        对焦搜索策略值得是通过图像清晰度评价值搜索准焦位置的算法。对焦搜索算法决定了自动对焦过程的时间，为避免搜索落入清晰度评价函数曲线的局部峰值，提高对焦速度及增强对焦抗干扰能力，目前大多数研究均给予穷举搜索法、爬山搜索法进行改进和优化。