目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。

针对传统显微镜采用手工对焦方式存在自动化程度低、对焦过程较慢且对操作者经验要求高的问题, 提出一套基于对焦深度法的光学显微镜系统。结合基于图像处理自动对焦的显微镜通用结构, 设计了一套由ARM开发板、触控液晶显示屏、Arduino UNO开发板、红外对管、工业数码显微镜及步进电机等组成的光学显微镜系统。结合触控液晶显示屏的特点, 设计出结合不同大小的感兴趣区域对焦窗口选择方法, 并在采用常见梯度函数作为图像清晰度评价函数及爬山搜索算法的基础上, 提出容错改进方法。实验分别对不同的图像清晰度评价函数及对焦窗口大小进行了实时性、灵敏度及容错性能测试。结果表明, 该系统具有较高的可靠性。

基于投影微分算法提出了一种应用于多光谱成像仪的自动对焦方法, 该方法结合图像处理单元和多个波段的探测器调焦辅助机构来同时实现多个波段的独立自动对焦。首先, 根据观测需要对自动对焦窗口进行手动选取, 或结合投影微分与目标边缘的对应关系进行对焦窗口的自动选择; 然后, 将参与自动对焦计算的图像的对焦窗口内的数据做x与y方向投影, 对这两个方向投影数组的微分1范数均值求均方根, 并将其作为该帧图像的清晰度评价值; 最后, 结合经典的爬山搜索算法, 完成系统的自动对焦过程。实验结果显示, 同等条件下投影微分算法与经典的Brenner、能量梯度及Roberts梯度和算法具有同样好的评价效果, 能够准确地实现系统的自动对焦, 而其算法时间分别仅为这3种算法的0.67、0.33和0.33倍。这些结果表明, 投影微分算法具有良好的单峰性与无偏性、较高的灵敏度及很好的实时性, 能够满足系统的高精度自动对焦要求。