Lấy nét tự động cho kính hiển vi quang học

Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng một hệ thống có thể điều chỉnh lấy nét tự động dựa vào các ảnh chụp của mẫu vật quan sát tại các vị trí lấy nét liền kề dọc theo trục quang học. Nhóm nghiên cứu Nguyễn Chánh Nghiệm, Văn Phạm Đan Thủy, Trần Nhựt Thanh và Nguyễn Chí Ngôn, khoa công nghệ, Trường đại học Cần Thơ thực hiện đánh giá một số giải thuật lấy nét tự động thông dụng để có thể lựa chọn giải thuật phù hợp cho việc thiết kế hệ thống điều chỉnh lấy nét tích hợp vừa nêu. Tám giải thuật phổ biến đã được đánh giá dựa trên hai bộ ảnh sợi sơ dừa và sợi tảo được chụp khi quan sát bởi kính hiển vi quan sát ngược với thấu kính có độ phóng đại 10x.

Kính hiển vi là một công cụ quan trọng dùng để quan sát các vật thể vi mô mà mắt thường không nhìn thấy được. Trong khoa học sự sống, các kính hiển vi quang học thông dụng đặc biệt là kính hiển vi quang học quan sát ngược thường được dùng để quan sát các tế bào, vi sinh vật có kích thước từ vài chục đến vài trăm micro mét tùy thuộc vào độ phóng đại của vật kính. Đối tượng quan sát càng nhỏ, độ phóng đại của vật kính càng lớn dẫn đến độ sâu trường ảnh nhỏ. Vì thế, quan sát viên cần nhiều thời gian tinh chỉnh khoảng cách giữa vật kính với đối tượng quan sát để có thể quan sát mẫu vật rõ nét nhất.

Để nâng cao hiệu suất cho người sử dụng kính hiển vi thông qua việc giảm thời gian tinh chỉnh lấy nét đối tượng cần quan sát (thay đổi vị trí vật kính để ảnh quan sát được rõ nét nhất), nhiều giải pháp lấy nét tự động cho kính hiển vi dùng công nghệ xử lý ảnh được đề xuất. Các giải pháp này thông thường qua các công đoạn: dùng camera thu thập bộ ảnh của mẫu vật cần quan sát ở các vùng lấy nét khác nhau dọc theo trục quang học của kính hiển vi, tìm ảnh rõ nét nhất trong bộ ảnh thu thập được, và sau cùng là điều chỉnh vùng lấy nét của vật kính đến đúng vùng lấy nét tương ứng với ảnh rõ nét nhất đã tìm được. Để có thể xác định ảnh rõ nét nhất của vật cần quan sát trong bộ ảnh thu thập tại các vùng lấy nét khác nhau dọc trục quang học của kính hiển vi, nhiều giải thuật và các nguyên tắc lựa chọn giải thuật phù hợp đã được đề xuất cho các đối tượng quan sát khác nhau bằng các phương pháp quan sát khác nhau như trường sáng hay trường tối. Các giải thuật này đều xây dựng một hàm toán học sao cho hàm đạt cực trị đối với ảnh rõ nét nhất. Một hàm toán học lý tưởng cho việc lấy nét là một hàm đơn cực trị, nghĩa là chỉ có một giá trị cực đại hoặc cực tiểu đối với bộ ảnh thu thập tại các vùng lấy nét khác nhau dọc theo trục quang học.

Hầu hết các giải thuật phổ biến cho việc điều chỉnh nét tự động đều chọn xây dựng hàm độ nét với mong muốn hàm đạt cực đại với ảnh rõ nét nhất của mẫu vật. Kết quả thực tế cho thấy không có một giải thuật nào tối ưu cho mọi trường hợp. Các hàm độ nét được chọn có thể là đa cực trị và cũng có trường hợp đạt cực đại đối với ảnh thu thập tại gần vị trí cho ảnh rõ nét nhất. Trong một số trường hợp, hàm độ nét có thể không đạt giá trị cực đại hoặc không có sự chênh lệch lớn giữa giá trị cực đại với các trị lân cận.

Tính năng lấy nét tự động thường được xây dựng sẵn trong các loại kính hiển vi quang học cao cấp, có giá thành cao. Tuy nhiên, phần lớn các kính hiển vi quang học thông dụng đang sử dụng phổ biến lại không có tính năng này. Để có thể thiết kế thành công hệ thống lấy nét tự động có thể tích hợp với các loại kính hiển vi quang học sẵn có, đề tài đã đánh giá tám giải thuật thông dụng cho việc điều chỉnh nét tự động. Thí nghiệm được thực hiện với hai bộ ảnh sợi sơ dừa và sợi tảo được chụp khi quan sát bởi kính hiển vi quan sát ngược sử dụng thấu kính có độ phóng đại 10x. Giải thuật lấy nét sử dụng hàm độ nét là hàm tự tương quan đã cho kết quả tốt và có thể được sử dụng cho hệ thống điều chỉnh lấy nét tự động.