作为显微成像系统的关键技术之一,自动对焦对于提升显微切片扫描技术的效率具有非常重要的意义。目前,在工业领域应用中,显微切片扫描技术主要采用离线对焦方法,该方法无法在任意横向位置快速获得离焦量,因此在扫描前需要对整个组织样品表面进行焦面建模,导致扫描效率低。一些在线自动对焦方法虽然解决了在任意横向位置获取离焦量,一定程度上提高了扫描效率,但仍存在对焦信号获取延时、结构复杂、成本高等问题。针对这些问题,本文提出一种基于倾斜摄像头和正置摄像头的自动对焦方法,该方法具有快速、无延时、结构简单等特点。本文主要对倾斜摄像头对焦的理论分析、对焦系统的模块化设计、对焦系统的实现等内容进行深入探索与研究,并测试分析了对焦系统的各项性能。主要研究内容如下:首先,从对焦系统的快速性出发,提出了倾斜摄像头如何获得特征值的方法,同时得出了实现倾斜对焦原理的理论关系,并分析了倾斜对焦系统的三个关键技术问题:摄像头倾斜角度的选取、倾斜摄像头和正置摄像头的位置关系以及特征值与离焦量的映射关系。深入研究了倾斜角度选取的理论和方法。讨论了倾斜对焦系统的影响因素,得出了景深、分辨率以及图像均匀度等通过改变系统参数可以减少对系统影响的结论,设计并研制了单透镜非球面聚光镜的照明系统。其次,在倾斜自动对焦理论的基础上,设计了倾斜摄像头的固定结构装置。分析并选取了评价特征图像的清晰度评价函数,对五种算法进行比较,确定了效率、单峰性、灵敏度等性能更优的Tenengrad算法。设计了合理的ROI区域,有效的提升了图像算法的计算效率。设计了以STM32微处理器为核心的运动控制系统,实现了载物台的运动控制,设计并分析了分段控制算法,减少了电机震荡、阈值选取等问题对成像稳定性的影响。再次,采用了Motic Calibration Slide样本对双摄像头位置标定,实现了特征图像的获取。通过实验标定了特征值与离焦量值的映射关系曲线,分析了理论曲线和实测曲线的误差问题,验证了倾斜对焦系统的可行性。研究并设计了人机交互界面,实现了一体化的对焦功能。最后,测试了倾斜对焦系统的各项性能。对焦效率方面,实现了1.08s的快速对焦,显微切片扫描效率提升一个数量级;灵敏度方面,实测的灵敏度为12pixel/μm,略低于理论值;工作范围方面,在10X、20X物镜下,实测的工作范围分别为105.2μm、48.8μm,均满足生物组织样品的测量。