本发明属于无接触式的距离测量领域，更具体地，涉及一种无位移传感器的共聚焦测距方法及系统。
背景技术：
1、在很多场景下都需要进行距离测量，现有的距离测量，通常分为接触式测量和非接触式测量两种类型。接触式测量一般有游标卡尺测量、电阻式位移传感器等等，其测量需要与被测物直接或者间接接触，其测量精度很高，但是在某些测量领域中，比如生物组织等质地偏软的结构，在接触过程中，形状会发生细微变化，这使得距离测量会失去其原有的精度。
2、非接触式测量主要依靠激光位移传感器、声波传感器等非接触式传感器完成距离测量，其测量特点是不需要与被测物接触，测量比较方便，对于质地偏软、接触易发生形变的对象的测距较为适用，但是大多数传感器本身比较昂贵，测距成本较高，在某些领域中，不具有经济性。比如，利用生物光学显微镜观察斑马鱼的大脑结构时，需要知道大脑的尺寸，由于大脑质地偏软，形状易发生细微变化，此时利用激光位移传感器等传感器进行非接触式测量更为合适。
3、在申请号为cn202011247624.5专利文件中，提到了一种共聚焦三维测量的方法，该方法是通过共聚焦拍摄的方法，得到多聚焦图像序列，再对序列上对应像素位置的点求取聚焦评价函数值，并进行聚焦评价函数值-图像距离的高斯函数拟合，从而得到精确的距离。该方法测量精度高，但是所使用的激光位移传感器成本较高，在生物组织测距领域，该测量方法经济价值比较低。也有研究人员提出，利用已经标定好距离像素比的显微相机对其进行拍照来测距，但是该方法无法获得三维距离，测量不全面，无法满足实际应用的测量需求。
4、总体而言，现有的非接触式测距方法存在测量成本高或者测量不全面的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种无位移传感器的共聚焦测距方法及系统，其目的在于，解决现有的非接触式测距方法测量成本高或者测量不全面的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无位移传感器的共聚焦测距方法，用于测量待测目标中两目标位置之间的距离；共聚焦测距方法包括：
3、利用共聚焦测量平台拍摄待测目标在m个不同轴向高度的多聚焦图像，每张多聚焦图像沿光轴的高度依次记为z1、z2、z3、...、zm-1、zm；
4、选定包括两个目标位置在内的n个像素位置，按照预设的聚焦评价函数计算各多聚焦图像中各像素位置处的实际聚焦评价函数值并按照高斯函数li(zj)＝ai*计算各多聚焦图像中各像素位置处的拟合聚焦评价函数值li(zj)；i∈{1,2……n}，j∈{1,2……m}，ai、μi、bi分别表示第i个像素位置处高斯拟合函数对应的幅值、均值和常数项；为标定好的高斯拟合函数均值；m和n均为大于1的正整数；
5、以各张多聚焦图像的高度zj，以及各像素位置对应的ai、μi、bi为优化参数，以和li(zj)间误差最小为目标，建立优化问题，并求解优化问题；
6、从求解所得优化参数中获取两个目标位置对应高斯拟合函数均值，计算二者之差的绝对值作为两个目标位置之间的实际轴向距离δh；
7、按照计算两个目标位置之间的距离s；(x1,y1)和(x2,y2)分别为两个目标位置的坐标，i为共聚焦测量平台的距离像素比。
8、进一步地，优化问题的目标函数为：
9、
10、其中，为影响因子，其计算公式为：
11、进一步地，优化问题还包括第一约束条件：
12、
13、其中，表示各多聚焦图像中第i个像素位置处的实际聚焦评价函数值的最大值；k1和k2为比例系数，k1<k2。
14、进一步地，优化问题还包括第二约束条件：
15、
16、其中，表示各多聚焦图像中第i个像素位置处的实际聚焦评价函数值的平均值；b1和b2为比例系数，b1<b2。
17、进一步地，优化问题还包括第三约束条件：
18、
19、其中，mmi表示各多聚焦图像中第i个像素位置处的实际聚焦评价函数值的最大值对应的多聚焦图像序号。
20、进一步地，高斯拟合函数均值的标定方式包括：
21、(s1)在共聚焦测量平台上设置可用于测量所拍摄的多聚焦图像的轴向高度的位移传感器；
22、(s2)利用共聚焦测量平台为测量块拍摄多张带有轴向高度信息的多聚焦图像；
23、(s3)选定多个不同的像素位置；对于每一个选定的像素位置，按照预设的聚焦评价函数计算各多聚焦图像中该像素位置处的聚焦评价函数值，由此获得多组对应的聚焦评价函数值和轴向高度，利用高斯函数拟合聚焦评价函数值随轴向高度变化的曲线，得到该像素位置处高斯函数的均值σ；
24、(s4)将各像素位置对应的高斯函数均值的平均值作为标定好的高斯拟合函数均值
25、按照本发明的又一个方面，提供了一种无位移传感器的共聚焦测距系统，包括：
26、共聚焦测量平台，用于拍摄待测目标的多聚焦图像；
27、控制模块，用于控制共聚焦测量平台拍摄待测目标在m个不同轴向高度的多聚焦图像，每张多聚焦图像沿光轴的高度依次记为z1、z2、z3、...、zm-1、zm；
28、聚焦评价模块，用于按照预设的聚焦评价函数计算各多聚焦图像中各像素位置处的实际聚焦评价函数值并按照高斯函数li(zj)＝ai*计算各多聚焦图像中各像素位置处的拟合聚焦评价函数值li(zj)；i∈{1,2……n}，j∈{1,2……m}，ai、μi、bi分别表示第i个像素位置处高斯拟合函数对应的幅值、均值和常数项；为标定好的高斯拟合函数均值；m和n均为大于1的正整数；
29、优化求解模块，用于从求解所得优化参数中获取两个目标位置对应高斯拟合函数均值，计算二者之差的绝对值作为两个目标位置之间的实际轴向距离δh；
30、测距模块，用于按照计算两个目标位置之间的距离s；(x1,y1)和(x2,y2)分别为两个目标位置的坐标，i为共聚焦测量平台的距离像素比。
31、进一步地，优化问题的目标函数为：
32、
33、其中，为影响因子，其计算公式为：
34、进一步地，优化问题还包括以下约束条件中的至少之一：
35、第一约束条件：
36、
37、其中，表示各多聚焦图像中第i个像素位置处的实际聚焦评价函数值的最大值；k1和k2为比例系数，k1<k2；
38、第二约束条件：
39、
40、其中，表示各多聚焦图像中第i个像素位置处的实际聚焦评价函数值的平均值；b 1和b2为比例系数，b 1<b2；
41、第三约束条件：
42、zmmi-1＜μi＜zmmi+1
43、其中，mmi表示各多聚焦图像中第i个像素位置处的实际聚焦评价函数值的最大值对应的多聚焦图像序号。
44、进一步地，高斯拟合函数均值的标定方式包括：
45、(s1)在共聚焦测量平台上设置可用于测量所拍摄的多聚焦图像的轴向高度的位移传感器；
46、(s2)利用共聚焦测量平台为测量块拍摄多张带有轴向高度信息的多聚焦图像；
47、(s3)选定多个不同的像素位置；对于每一个选定的像素位置，按照预设的聚焦评价函数计算各多聚焦图像中该像素位置处的聚焦评价函数值，由此获得多组对应的聚焦评价函数值和轴向高度，利用高斯函数拟合聚焦评价函数值随轴向高度变化的曲线，得到该像素位置处高斯函数的均值σ；
48、(s4)将各像素位置对应的高斯函数均值的平均值作为标定好的高斯拟合函数均值
49、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
50、(1)本发明发现，共聚焦测量平台制作完成后，在不改变光学结构的情况下，相机测量的景深是不变的，即共聚焦测量平台得到的多聚焦图像序列，某一像素位置处的聚焦评价函数值-照片距离进行拟合得到的高斯函数的波峰的宽度是一个定值，亦即拟合得到的高斯函数的标准差不变；基于此，本发明在标定得到高斯函数的标准差后，利用共聚焦测量平台拍摄待测目标的多张多聚焦图像，并选定包含目标位置在内的多个像素位置，将各图像的轴向高度以及各像素对应的高斯函数的拟合参数作为优化参数，以各像素位置处的实际聚焦评价函数值和高斯拟合的聚焦评价函数值之间的误差最小为目标，建立优化问题并求解，由此可求得各目标位置处的实际高度，结合目标位置的坐标，即可完成三维距离的测量，并且，在此测量过程中，不依赖于位移传感器，测量成本较低。因此，本发明能够有效解决现有的非接触式测距方法存在的测量成本高或测量不全面的技术问题。
51、(2)在本发明的优选方案中，用于衡量各像素位置处的实际聚焦评价函数值和高斯拟合的聚焦评价函数值之间的误差的目标函数为其中引入了影响因子均值μ的拟合程度是测距过程中最为关注的，影响因子的引入，能够使得远离高斯函数波峰处的点对μ的影响较小，而在波峰处的点对μ的影响较大，从而减小远离波峰处的点的波动而对优化结果的误差。
52、(3)在本发明的优选方案中，还为所建立的优化问题设置了约束条件，用于将高斯函数的幅值、常数项以及均值约束在合适范围内，由此能够加速拟合，便于提高优化求解的效率。
1.一种无位移传感器的共聚焦测距方法，用于测量待测目标中两目标位置之间的距离；其特征在于，所述共聚焦测距方法包括：
2.如权利要求1所述的无位移传感器的共聚焦测距方法，其特征在于，所述优化问题的目标函数为：
3.如权利要求1所述的无位移传感器的共聚焦测距方法，其特征在于，所述优化问题还包括第一约束条件：
4.如权利要求1所述的无位移传感器的共聚焦测距方法，其特征在于，所述优化问题还包括第二约束条件：
5.如权利要求1所述的无位移传感器的共聚焦测距方法，其特征在于，所述优化问题还包括第三约束条件：
6.如权利要求1～5任一项所述的无位移传感器的共聚焦测距方法，其特征在于，高斯拟合函数均值的标定方式包括：
7.一种无位移传感器的共聚焦测距系统，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的无位移传感器的共聚焦测距系统，其特征在于，所述优化问题的目标函数为：
9.如权利要求7所述的无位移传感器的共聚焦测距系统，其特征在于，所述优化问题还包括以下约束条件中的至少之一：
10.如权利要求7～9任一项所述的无位移传感器的共聚焦测距系统，其特征在于，高斯拟合函数均值的标定方式包括：
