CN101644886B - 光学自动调焦方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学自动调焦方法及系统，其中方法包括：将计算机生成的分辨率图案投影到投影屏上；将所述投影屏上的分辨率图案经准直物镜准直成准直光；将所述准直光成像在摄像模块物镜的像方焦平面上形成视频图像信号；所述计算机根据所述视频图像信号控制调焦设备对所述摄像模块进行调焦处理。本发明提供的光学自动调焦方法及系统，在摄像模块的像方焦平面上形成视频图像信号后，通过计算机根据视频图像信号控制调焦设备对摄像模块进行调焦处理，由于不需要通过人眼判摄像模块断调焦后的图像质量，因而提高了对摄像模块调焦的自动化程度。

Description

光学自动调焦方法及系统
技术领域
本发明涉及自动检测技术，尤其是一种光学自动调焦方法及系统。
背景技术
摄像模块(CMOS Camera Module，简称：CCM)是用于新一代便携式摄像设备的核心器件，与传统摄像系统相比具有小型化，低功耗，低成本，高影像品质等优点，并且在拍照手机，可视电话，汽车辅助驾驶，安全监视等领域广泛应用。CCM主要由传感器(SENSOR)、镜头(LENS)，软性线路板(Flexible Printed Circuit，简称：FPC)，连接器件(CONNET)等零件构成。目前CCM生产过程除贴片以外，仍然以手工组装和人工测试为主。由于CCM产量巨大，组装测试工作存在大量手工作业，造成产品合格率不高，产品品质难以控制，生产成本高，人力需求大等问题。上述问题困扰着CCM行业的健康发展。提高我国CCM产业的发展水平，缩小与国际先进水平的差距，提高CCM生产过程的自动化程度已经成为迫在眉睫的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学自动调焦方法及系统，提高CCM生产过程中调焦的自动化程度。
本发明提供一种光学自动调焦方法，包括：
将计算机生成的分辨率图案投影到投影屏上；
将所述投影屏上的分辨率图案经准直物镜准直成准直光；
将所述准直光成像在摄像模块物镜的像方焦平面上；
图像传感器获取所述准直光并形成视频图像信号；
所述计算机根据视频图像信号判断所述图像传感器的光敏面是否与所述图像传感器的物镜的焦平面重合；
若不重合，则所述计算机控制调焦设备旋转所述摄像模块的物镜，使所述物镜沿光轴方向移动，使所述图像传感器的光敏面与所述摄像模组的物镜的焦平面重合，完成调焦。
本发明还提供一种光学自动调焦系统，包括：计算机、投影屏、可移动准直物镜、摄像模块、调焦设备；
所述计算机，用于生成分辨率图案，并将所述分辨率图案投影到所述投影屏上；
所述可移动准直物镜，用于将所述投影屏上的分辨率图案准直成准直光；
所述摄像模块，用于将所述准直光成像在所述摄像模块物镜的像方焦平面上；
所述摄像模块还包括图像传感器，用于获取所述准直光并形成视频图像信号；
所述计算机还用于判断所述图像传感器的光敏面是否与所述图像传感器的物镜的焦平面重合；
若不重合，则所述计算机控制调焦设备旋转所述摄像模块的物镜，使所述物镜沿光轴方向移动，使所述图像传感器的光敏面与所述摄像模组的物镜的焦平面重合。
上述本发明提供的光学自动调焦方法及系统，通过计算机根据视频图像信号控制调焦设备对摄像模块进行调焦处理，由于不需要通过人眼判摄像模块断调焦后图像质量，因而提高了对摄像模块调焦的产品质量和自动化程度。
附图说明
图1为本发明光学自动调焦方法一个实施例的流程示意；
图2为本发明光学自动调焦系统一个实施例的结构示意图；
图3为图2所示实施例中虚拟实距的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明光学自动调焦方法一个实施例的流程示意图，如图1所示，本发明实施例包括如下步骤：
步骤101、将计算机生成的分辨率图案投影到投影屏上；
步骤102、将投影屏上的分辨率图案经准直物镜准直成准直光；
步骤103、将准直光成像在摄像模块物镜的像方焦平面上形成视频图像信号；
步骤104、计算机根据视频图像信号控制调焦设备对摄像模块进行调焦处理。
本发明实施例提供的光学自动调焦方法，在摄像模块的像方焦平面上形成视频图像信号后，通过计算机根据视频图像信号对摄像模块进行调焦处理，由于不需要通过人眼判断是否需要调焦，提高了光学系统的调焦的自动化程度。
进一步地，在上述图1所示实施例的基础上，步骤102中，投影屏可以为毛玻璃板，具体可以采用直径 的毛玻璃板。
进一步地，通过移动准直物镜还可以模拟虚拟实距，具体地，该虚拟实距由公式牛顿公式xx′＝-f′2和高斯公式L＝x′+d-f′决定；其中，x在牛顿公式中表示准直物镜的物距，x′在牛顿公式中表示准直物镜的像距，f′在牛顿公式中表示准直物镜23的中心与实焦点F或者虚焦点F′之间的距离，即焦距，L在高斯公式中表示准直物镜的物距，d在高斯公式中表示准直物镜与摄像模块中的图像传感器的物镜之间的间隔距离；当d比较小时，可以近似认为像距x′即为虚拟实距。由于通过物距x可以唯一确定一个像距x′，因此虚拟实距具有唯一性；当投影设备的位置发生移动时，由计算机生成的分辨率图案经过投影设备后会由于投影设备的位置发生移动而不再位于平行光管的焦平面上，因此通过移动投影设备使得该虚拟实距x′变化，即可实现通过控制投影设备的位置对不同的物距进行测试。
进一步地，在上述图1所示实施例的基础上，步骤103中，该准直光经摄像模块的图像传感器成像在摄像模块物镜的像方焦平面上，图像传感器获取准直光所形成的图像信息后形成视频图像信号，并经过图像采集卡送入计算机。
进一步地，在上述图1所示实施例的基础上，步骤104中，计算机通过图像评价模块根据视频图像信号判断图像传感器的光敏面是否与图像传感器 的物镜的焦平面重合，若重合，则说明图像处于聚焦状态，视频图像信号在计算机上显示的图像是清晰的，包含图像边缘信息的高频分量最多，此时计算机获取到的图像清晰度评价函数的值最大；若不重合，则说明图像处于离焦状态，视频图像信号在计算机上显示的图像是模糊的，包含图像边缘信息的高频成分较少，此时图像评价模块中的图像清晰度评价函数值小，此时，计算机可发出控制指令使图像传感器沿光轴方向移动，使图像传感器的光敏面与图像传感器的物镜的焦平面重合，从而实现对摄像模块进行自动调焦。
具体地，图像清晰度评价函数可以根据灰度差分法实现，在等式  F ( i ) = Σ x Σ y ( g x 2 + g y 2 ) 中， g x ( x , y ) = g i ( x + 1 , y ) - g i ( x , y ) g y ( x , y ) = g i ( x , y + 1 ) - g i ( x , y ) , 其中，F(i)为图像清晰度评价函数，(x，y)为视频图像信号中的位置坐标，gx为位于(x，y)处的x方向上的像素的灰度差值，gy为位于(x，y)处的y方向上的像素的灰度差值，gi为位于(x，y)处的灰度值；当图像达到最清晰时F(i)取最大值。
由于图像信号存在边缘，一幅图像聚焦与否，与图像边缘信息的高频成分有关，当完全聚焦时，图像清晰，包含边缘信息的高频分量最多，清晰度评价函数值最大；当图像离焦时，图像模糊，图像边缘信息的高频成分较少，清晰度评价函数值小。因此通过将清晰度评价函数F(i)即可图像信号区分聚焦和轻微离焦的状态，进一步提高了聚焦的精度。此外，由于灰度差分方法采用数字图像的边缘增强处理，使清晰度评价函数F(i)的特征曲线更加陡峭，即聚焦图像与离焦图像的评价函数更加分明，因此通过清晰度评价函数F(i)可以提高准确聚焦的灵敏度。
图2为本发明光学自动调焦系统一个实施例的结构示意图，如图2所示，本实施例包括：计算机21、投影屏22、准直物镜23、摄像模块24、调焦设 备25。
其中，计算机21生成分辨率图案，并将分辨率图案投影到投影屏22上；准直物镜23将投影屏22投影的分辨率图案准直成准直光；摄像模块24将准直物镜23准直后形成的准直光成像在摄像模块24物镜的像方焦平面上形成视频图像信号；计算机21根据视频图像信号控制调焦设备25对摄像模块24进行调焦处理。
本发明实施例提供的光学自动调焦系统，在摄像模块24的像方焦平面上形成视频图像信号后，通过计算机21根据视频图像信号控制调焦设备25对摄像模块24进行调焦处理，由于不需要通过人眼判断摄像模块调焦后的图像质量，因而提高了对摄像模块24调焦的自动化程度。
进一步地，在上述图2所示实施例的基础上，摄像模块24还包括图像传感器，用于获取准直光并形成视频图像信号；计算机21还用于判断摄像模块24的图像传感器的光敏面是否与图像传感器的物镜的焦平面重合；若不重合，则计算机21控制摄像模块24的物镜使物镜沿光轴方向移动，使图像传感器的光敏面与摄像模块24的物镜的焦平面重合。
具体地，计算机21通过图像评价模块根据视频图像信号判断图像传感器的光敏面是否与图像传感器的物镜的焦平面重合，若重合，则说明图像处于聚焦状态，视频图像信号在计算机21上显示的图像是清晰的，包含图像边缘信息的高频分量最多，此时计算机21获取到的图像清晰度评价函数的值最大；若不重合，则说明图像处于离焦状态，视频图像信号在计算机上显示的图像是模糊的，包含图像边缘信息的高频成分较少，此时图像评价模块中的图像清晰度评价函数值小，此时，计算机21可发出控制指令使图像传感器沿光轴方向移动，使图像传感器的光敏面与图像传感器的物镜的焦平面重合，从而实现对摄像模块24进行自动调焦。
具体地，图像清晰度评价函数可以根据灰度差分法实现，在等式  F ( i ) = Σ x Σ y ( g x 2 + g y 2 ) 中， g x ( x , y ) = g i ( x + 1 , y ) - g i ( x , y ) g y ( x , y ) = g i ( x , y + 1 ) - g i ( x , y ) , 其中，F(i)为图像清晰度评价函数，(x，y)为视频图像信号中的位置坐标，gx为位于(x，y)处的x方向上的像素的灰度差值，gy为位于(x，y)处的y方向上的像素的灰度差值，gi为位于(x，y)处的灰度值；当图像达到最清晰时F(i)取最大值。
由于图像信号存在边缘，一幅图像聚焦与否，与图像边缘信息的高频成分有关，当完全聚焦时，图像清晰，包含边缘信息的高频分量最多，清晰度评价函数值最大；当图像离焦时，图像模糊，图像边缘信息的高频成分较少，清晰度评价函数值小。因此通过将清晰度评价函数F(i)即可图像信号区分聚焦和轻微离焦的状态，进一步提高了聚焦的精度。此外，由于灰度差分方法采用数字图像的边缘增强处理，使清晰度评价函数F(i)的特征曲线更加陡峭，即聚焦图像与离焦图像的评价函数更加分明，因此通过清晰度评价函数F(i)可以提高准确聚焦的灵敏度。
进一步地，在上述图2所示实施例中，投影设备22具体可以为数字光处理(Digital Light Procession，简称：DLP)屏，其中DLP的尺寸为20×20mm2，分辨率为1024×708，DLP屏对获取到分辨率图案进行自动校正，通过对分辨率图案所形成的准直光进行自动校正，可以提高分辨率图案成像后的图像质量。
图3为图2所示实施例中虚拟实距的示意图，如图3所示，通过移动准直物镜23还可以模拟虚拟实距，具体地，该虚拟实距由公式牛顿公式xx′＝-f′2和高斯公式L＝x′+d-f′决定；其中，x在牛顿公式中表示准直物镜23的物距，x′在牛顿公式中表示准直物镜23的像距，f′在牛顿公式中表示准直物镜23的中心与实焦点F或者虚焦点F′之间的距离，即焦距；L在 高斯公式中表示准直物镜23的物距，d在高斯公式中表示准直物镜23与摄像模块24中的图像传感器的物镜之间的间隔距离；当d比较小时，可以近似认为像距x′即为虚拟实距。由于通过物距x可以唯一确定一个像距x′，因此虚拟实距具有唯一性；当投影屏22的位置发生移动时，由计算机21生成的分辨率图案经过投影屏22后会由于投影屏22的位置发生移动而不再位于平行光管的焦平面上，因此通过移动投影屏22使得该虚拟实距x′变化，即可实现通过控制投影屏22的位置对不同的物距进行测试，进一步通过对物距的测试使得摄像模块24能够获取噪声较小的视频图像信号，使得计算机21根据噪声较小的视频图像信号对摄像模块进行自动调焦。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种光学自动调焦方法，其特征在于，包括：
将计算机生成的分辨率图案投影到投影屏上；
将所述投影屏上的分辨率图案经准直物镜准直成准直光；
将所述准直光成像在摄像模块物镜的像方焦平面上；
图像传感器获取所述准直光并形成视频图像信号；
所述计算机根据视频图像信号判断所述图像传感器的光敏面是否与所述图像传感器的物镜的焦平面重合；
若不重合，则所述计算机控制调焦设备旋转所述摄像模块的物镜，使所述物镜沿光轴方向移动，使所述图像传感器的光敏面与所述摄像模组的物镜的焦平面重合，完成调焦。
2.一种光学自动调焦系统，其特征在于，包括：计算机、投影屏、准直物镜、摄像模块、调焦设备；
所述计算机，用于生成分辨率图案，并将所述分辨率图案投影到所述投影屏上；
所述准直物镜，用于将所述投影屏上的分辨率图案准直成准直光；
所述摄像模块，用于将所述准直光成像在所述摄像模块物镜的像方焦平面上；
所述摄像模块还包括图像传感器，用于获取所述准直光并形成视频图像信号；
所述计算机还用于判断所述图像传感器的光敏面是否与所述图像传感器的物镜的焦平面重合；
若不重合，则所述计算机控制调焦设备旋转所述摄像模块的物镜，使所述物镜沿光轴方向移动，使所述图像传感器的光敏面与所述摄像模组的物镜的焦平面重合。
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