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荧光显微镜中景深和自动对焦方法的研究

任利强  
【摘要】:作为实验室最常用的光学仪器之一,显微镜的出现标志着原子时代的来临。根据显微成像原理不同,显微镜可分为光学显微镜和电子显微镜。荧光显微镜属于光学显微镜,是免疫荧光细胞化学的基本工具,由高压光源、滤色系统和光学系统等主要部分组成。 随着CCD的诞生,计算机和数字图像处理等技术的迅速发展,数字显微系统在20世纪90年代逐步发展成为研究热点,并广泛应用于荧光显微镜等特殊光学显微镜。与传统的目视显微镜相比,数字显微镜成像效率高,速度快,并且消除了由于观察者不同而造成的主观差异性,现在绝大多数研究型光学显微镜都兼具目视观察和数字成像的功能。 本文基于兼具目视观察和数字成像的荧光显微镜,首先指出了传统景深计算方法的不足,然后根据系统分辨率与景深的关系,分别提出了目视显微镜和数字显微镜中新的景深计算方法,实验结果表明,新方法得到的景深计算结果更加客观、准确。最后根据高倍成像时景深较小以及检测对象的特殊性,提出了基于灰度直方图的自动对焦评价函数及相应的搜索算法,确定了适用于荧光显微镜的自动对焦方法,并在此基础上实现了多层荧光图像融合,实验结果表明,多层图像融合的方法可较大幅度提高图像的信息量和对比度。 主要工作内容如下: 1、详细介绍了荧光显微镜的系统结构、分类和工作原理。分析了荧光显微镜及普通光学显微镜中,传统景深计算方法的不足和自动对焦方法在国内外的研究现状。 2、深入讨论了目视显微镜的景深计算方法,根据系统分辨率和景深的关系,提出了目视显微镜中新的景深计算方法,推导了相应的计算公式,并指出在新方法中,景深的计算不需要考虑眼睛的调节作用。 3、深入讨论了数字显微镜的景深计算方法,首先提出了数字显微镜中系统分辨率的确定方法,然后根据系统分辨率和景深的关系,提出了数字显微镜中新的景深计算方法,推导了相应的计算公式,实验结果表明,新方法的景深计算结果更加客观、准确。 4、针对荧光显微镜高倍成像时景深较小和检测对象的特殊性,总结现有自动对焦方法并指出其不足,提出了适用于荧光显微镜的自动对焦方法,在此基础上,分析讨论了多层图像的融合方法,实验结果表明,该方法可较大幅度提高图像的信息量和对比度。


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