基于线阵CCD的多表面焦点偏移测量

简俊明,文 刚,朱 茜,金 鑫,杨 光,杨西斌,李 辉,武晓东

(1.中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026；2.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏省医用光学重点实验室,江苏 苏州 215163)

1 引 言

显微成像是生物学研究的基本工具。随着人类对分子和细胞生物学研究的深入,对于活细胞的长时间观测越来越重要。在长时间的显微成像过程中,显微镜的焦点会发生偏移[1]。焦点偏移会影响显微成像效果,降低图像清晰度[2]。因此,自动对焦技术在活细胞长时间观测实验中尤为重要,也成为全自动显微镜的必要配置。

自动对焦技术主要分为被动式对焦和主动式对焦两类[3]。典型的被动对焦大多基于图像处理技术,如对焦深度法[4-6]和离焦深度法[7-8]。此类方法具有成本低、功耗小、算法灵活多变的优点,但对焦精度不稳定、对焦速度慢、且对于厚样品失效等缺陷,难以满足全自动显微镜的要求。主动式对焦是通过增加辅助设备实现距离的直接或间接探测来实现对焦[9],能够有效避免对焦速度慢和对焦失效等问题,成为当前显微镜自动对焦技术的主流方向,其核心在于焦点偏移量的测量。传统的主动式对焦是通过向被摄物体发射光波或者声波,并接受反射波来测量目标的距离[3],但因受到显微镜工作距离较小的限制,精度较差。目前典型的主动对焦方法主要有傅科刀口法、临界角法、像散法和偏心光束法,其基本原理是将离焦量转换成光电探测器上信号的变化。……