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  • 熒光顯微鏡自動對焦技術的發展(ZEISS/OLYMPUS/NIKON)

    2016-03-25技術資料

    ? ? 近三四十年來,國內的自動對焦技術研究取得了較大的成就。早在1985年,根據光學自準直成像原理,上海光機所首次將自動對焦技術應用于集成電路光刻機。1986年哈爾濱工業大學同樣利用自準直成像原理成功研制了應用于衛星照相機的自動對焦系統,又于1993年利用高分辨率CCD將對焦精度進一步提高。

    熒光顯微鏡自動對焦技術的發展(ZEISS/OLYMPUS/NIKON)

    1990年,清華大學利用偏心光束法,實現了自動對焦并應用于線寬測量儀[9]。除此之外,上海激光技術研究所和浙江大學四等研究單位在自動對焦的研究中也取得了一定的成果。但總體來看,國內自動對焦顯微鏡的產業化程度還比較低,絕大多數光學顯微鏡依然采用傳統的手動對焦方式。
    3.2國外研究現狀
    ????相比國內,自動對焦在國外己經發展成一門比較成熟的技術,尤其在數碼相機和監控系統方面。不過相較而言,該技術在顯微鏡中的應用比較少。雖然已經有公司推出了帶有自動對焦功能的產品,但是價格十分昂貴。表1-1為Nikon,Olympus和Z?eis?s三家公司自動對焦方法的對比。
    三家光學公司自動對焦方法對比

    │????│ZEISS???????????????│OLYMPUS?????????│NIKON ? ? ? ? ? ??
    │名稱Definite?Focus ? ? ? ?Zero?Drift ? ? ?Perfect?Focus?System ? ? ??
    │????│ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Compensate ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
    │描述自動對焦系統直接連??│進行活細胞觀察??│對系統加藥時和長時間 ?
    │????│接物鏡轉換器,將近紅│時,這種聚焦飄移│觀察過程中可能出現的 ?
    │????│外光(835mn)打入成???│補償的功能減少??│焦點飄移進行校正,高 ?
    │????│像主光路。將一個格柵│了對于會導致聚??│倍物鏡下也可以正常使 ?
    │????│投影到培養皿的底部,│焦模糊的軸亮加??│用,將PSF整合在物鏡 ?
    │????│系統通過分析投射光??│圖像的需要,同時│轉換器上,有助于節省 ?
    │????│經過底部的反射光,檢│系統使用光毒性??│空問。該補償系統可對Z?
    │????│測物鏡與樣品問的距??│較小的785nm激??│軸平面進行實時校正, ?
    │????│離,從而確定偏移量并│光,因此不需要關│不需要使用時,也可以 ?
    │????│快速而精確的校正到??│注熒光衰減。????│簡單的將其撤出光路。 ?
    │????│焦點。 ? ? ? ?
    │特點│測準光采用LED,不??│二者工作原理相似,均通過紅外或近紅外激 ?
    │????│會干擾熒光樣品的激??│光檢測焦面的變化。工作前需要人工調整到 ?
    │????│發和發射光譜,但是配│準焦位置,并記住該位置,當Z軸的變化超 ?
    │????│置復雜,價格昂貴。??│出一定范圍時,系統會自動回到該位置。 ? ?

    ????事實上,根據工作原理,上述三種自動對焦方式(均為硬件對焦)都不是真正意義上的自動對焦,更準確的說法是焦面定位,只能檢測到樣品表面相對基準面的偏移量,而并不關注樣品本身的性質,當厚度變化的樣品移動時,三類產品都不能很好的實現自動對焦。
    ????本課題所使用的熒光顯微鏡用于FISH熒光圖像的獲得,成像樣品為內部染色體進行熒光標記后的細胞,樣品厚度不斷變化且不易測定,因此上述的方法不能很好的實現自動對焦。
    4課題研究意義及主要工作內容
    ????木課題基于兼具目視觀察和數字成像的熒光顯微鏡,提出了目視顯微鏡和數碼顯微鏡中新的景深計算方法,并針對高倍顯微鏡景深較小和測試樣品的特殊性,提出了基于灰度直方圖的對焦評價函數和最佳成像位置的搜索算法。

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