CN102724401A - 一种线阵ccd相机多点自动调焦系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线阵CCD相机多点自动调焦系统和方法，将PCB板划分为若干个区域，选定需要扫描的区域；打开线阵CCD相机采集含有PCB板轮廓信息的图像，根据不同区域轮廓信息的复杂程度确定各区域图像质量四邻域清晰度权系数，根据图像的综合清晰度判断最佳的采集图像质量。本发明提供的技术方案简单实用，实现方便，通用性强。可以很好解决测距系统失灵或对焦不准确的技术问题，且机构简单且精度高。

Description

一种线阵CCD相机多点自动调焦系统与方法
技术领域
本发明涉及一种线阵CCD相机多点自动调焦系统和方法，属于CCD成像技术领域。
背景技术
线阵CCD因其结构简单，成本较低而得到广泛应用。线阵CCD的单排感光单元的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。
现有技术中，目前获取扫描最佳图像质量的方法有：
测距法：包括激光测距法、红外测距法和超声波测距法等,他们的共同特点是通过接受反射过来测量目标的距离和方位，然后通过计算机控制自动调焦。采用这些方法的仪器一般体积较大，价钱较高，且对近距离不太适合。而且当被测物体对红外光或者是超声波有较大强的吸收作用时候，将使测距系统失灵或对焦不准确。
VAF 组件相关法：VAF(Visitronic Auto Focus)组件或称为视象自动调焦组件，是通过电子线路测定左侧固定反射镜扫描所形成的被摄体象在其对应半导体元件上的相对位置关系(相关性)，从而进行自动调焦这种方法设计巧妙，体积较小，但机构复杂且精度不太高。
基于图像处理技术法：这种方法是基于在正焦(接收器正处于景象平面上)的情况下，图像各点间的灰度对比度最强；离焦(接收器离开景象平面上)偏差越大，灰度对比度越弱这一调焦判别的理论依据的自动调焦方法。基于图像处理技术的调焦采用单点进行调节，即在PCB板上选择一个特定区域调节焦距获取最佳图像质量的焦距位置，用这种方法获取每一个焦距下的图像质量不能完全说明整块PCB板扫描图像质量问题。
发明内容
为克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种线阵CCD相机多点自动调焦系统，包括：线阵CCD 相机，镜头，电机调焦微机构；其中，所述线阵CCD相机用于采集特定区域的PCB板的图像， 所述电机调焦微机构用于控制线阵CCD相机和镜头的相对位置关系。进一步，所述系统还包括一图像采集卡，用于存储所述线阵CCD相机采集的图像。
所述镜头置放于所述线阵CCD相机之前，与所述线阵CCD相机配合使用。
一个非限制性的实施方式中，所述系统还包括一线性组合光源，所述线性组合光源产生投射到PCB板上的照射光，所述PCB板真空吸附在运动控制工作台上。
本发明还提供一种线阵CCD相机多点自动调焦方法，包括以下步骤：
步骤一：将PCB板划分为若干个区域，选定需要扫描的区域；
步骤二：将PCB板放置于运动控制工作台上，真空吸附将其固定并随工作台一起匀速运动；
步骤三：打开线阵CCD相机采集含有PCB板轮廓信息的图像，并将扫描图像输出，采集完毕后，数据送给计算机进行处理。
优选地，所述步骤三进一步包括：当划定的PCB板区域进入相机视场时，PCB遮光板部分遮挡照射到PCB版区域的光线，使得采集图像含有PCB板轮廓信息。
进一步，还包括步骤四：对步骤三中的数据进行处理，即根据不同区域轮廓信息的复杂程度确定各区域图像质量四邻域清晰度权系数。
所述步骤四进一步包括：
步骤4-1：将PCB板分为n列，每一列划分为m行，确定需要扫描的区域A ij  (1≤i≤n,1≤j≤m) ，根据扫描图像各区域连通域 (连通域是指相同像素点的集合)数量                                                
Figure 527348DEST_PATH_IMAGE001
ij设置不同的权系数
Figure 133910DEST_PATH_IMAGE002
ij ,
Figure 392853DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤4-2：计算选定区域图像综合清晰度值，单幅图像清晰度值用
Figure 881603DEST_PATH_IMAGE004
表示，则
Figure 821877DEST_PATH_IMAGE005
 其中
Figure 345262DEST_PATH_IMAGE006
表示图像各点，W,H表示图像宽度和高度 ，
Figure 447211DEST_PATH_IMAGE007
表示图像各点灰度值；
则整个扫描区域图像综合清晰度值为:
  。
更进一步，该方法还包括：
步骤4-3：判断当前焦距位置是否为最大综合清晰度值位置，若是，则采集该图像作为最佳图像，并保存，如果不是，电机调焦微机构带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集，然后处理、判断，如此循环，直至判断采集图像质量最佳为止。
所述步骤4-3中判断采集图像质量最佳的方法为：设定电机调焦微机构的步进电机步长，采集当前焦距下的扫描图像，计算扫描图像质量即综合清晰度值a，电机调焦微机构的步进电机带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集,计算扫描图像质量即综合清晰度值b,根据a和b的大小判断电机调焦微机构的步进电机带动线阵CCD相机移动位置，使得线阵CCD相机始终保持在当前综合清晰度值最大的位置上。
本发明提供的技术方案简单实用，实现方便，通用性强。可以很好解决测距系统失灵或对焦不准确的技术问题，且机构简单且精度高。
附图说明
图1是本发明多点自动调焦系统原理图  
图2是本发明多点自动调焦系统软件流程图
图3是本发明自动调焦系统控制流程图
 具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。 
附图1描述了一种线阵CCD相机多点自动调焦系统，所述系统包括以下部件：线阵CCD 相机，镜头，图像采集卡、线性组合光源、运动控制工作台、运动控制卡、电机调焦微机构、真空吸附装置及计算机控制软件等。
其中，所述线阵CCD相机用于采集特定区域的PCB板的图像，采集得到的图像存储到所述图像采集卡中；
所述镜头置放于所述线阵CCD相机之前，与所述线阵CCD相机配合使用；
所述线性组合光源产生投射到PCB板上的照射光；
所述PCB板真空吸附在所述运动控制工作台上；
所述电机调焦微机构用于控制线阵CCD相机和镜头的相对位置关系。
所述线阵CCD相机多点自动调焦系统在工作时，执行以下步骤：
步骤一：将PCB板划分为若干个区域，选定需要扫描的区域。
步骤二：将PCB板放置于运动控制工作台上，真空吸附将其固定并随工作台一起匀速运动。
步骤三：打开线阵CCD相机采集含有PCB板轮廓信息的图像，并将扫描图像输出，采集完毕后，数据送给计算机进行处理。在一个优选的实施方式中，当划定的PCB板区域进入相机视场时，PCB遮光板部分遮挡照射到PCB版区域的光线，使得采集图像含有PCB板轮廓信息。
步骤四：根据不同区域轮廓信息的复杂程度确定各区域图像质量四邻域清晰度权系数。一个优选的实施方式中，确定各区域图像质量四邻域清晰度权系数的方法为：
将PCB板分为n列，每一列划分为m行，确定需要扫描的区域A ij  (1≤i≤n,1≤j≤m) ，由于各区域不同的特征（即轮廓信息的复杂程度不同）对整块板质量影响程度不一样，因此，本发明根据扫描图像各区域连通域（所述连通域是指相同像素点的集合）数量
Figure 167222DEST_PATH_IMAGE001
ij设置不同的权系数
Figure 545114DEST_PATH_IMAGE002
ij ,
Figure 83542DEST_PATH_IMAGE003
。
计算选定区域图像综合清晰度值，单幅图像清晰度值用
Figure 546885DEST_PATH_IMAGE004
表示，则
Figure 826032DEST_PATH_IMAGE009
 其中
Figure 324009DEST_PATH_IMAGE006
表示图像各点，W,H表示图像宽度和高度 ，
Figure 767760DEST_PATH_IMAGE007
表示图像各点灰度值。
则整个扫描区域图像综合清晰度值为:
  
Figure 983978DEST_PATH_IMAGE008
判断该焦距位置是否为最大综合清晰度值位置，若是，则采集该图像作为最佳图像，并保存，如果不是，电机调焦微机构带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集，然后处理、判断，如此循环，直至判断采集图像质量最佳为止。
  进一步参见附图2，附图2描述了一种线阵CCD相机多点自动调焦方法。启动自动调焦程序，将PCB板划分为若干个区域，选定需要扫描的区域，运动控制线程控制工作台移动使划定的PCB板区域进入相机视场同时启动图像扫描采集线程采集图像，待图像全部扫描完毕后计算扫描图像质量即综合清晰度值，判断该焦距位置是否为最大综合清晰度值位置，若是，则采集该图像作为最佳图像，并保存，如果不是，电机调焦微机构带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集，然后处理、判断，如此循环，直至判断采集图像质量最佳为止。
启动自动调焦程序，将PCB板划分为若干个区域，选定需要扫描的区域，设定电机调焦微机构的步进电机步长，采集当前焦距下的扫描图像，计算扫描图像质量即综合清晰度值a，电机调焦微机构的步进电机带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集,计算扫描图像质量即综合清晰度值b,根据a和b的大小判断电机调焦微机构的步进电机带动线阵CCD相机移动位置，使得线阵CCD相机始终保持在当前综合清晰度值最大的位置上。
本发明提供的技术方案简单实用，实现方便，通用性强。可以很好解决测距系统失灵或对焦不准确的技术问题，且机构简单且精度高。

Claims (10)

1.一种线阵CCD相机多点自动调焦系统，包括：线阵CCD 相机，镜头，电机调焦微机构；其中，所述线阵CCD相机用于采集特定区域的PCB板的图像， 所述电机调焦微机构用于控制线阵CCD相机和镜头的相对位置关系。
2.如权利要求1所述的线阵CCD相机多点自动调焦系统，其特征在于：
还包括一图像采集卡，用于存储所述线阵CCD相机采集的图像。
3.如权利要求1所述的线阵CCD相机多点自动调焦系统，其特征在于：
所述镜头置放于所述线阵CCD相机之前，与所述线阵CCD相机配合使用。
4.如权利要求1所述的线阵CCD相机多点自动调焦系统，其特征在于：
还包括一线性组合光源，所述线性组合光源产生投射到PCB板上的照射光，所述PCB板真空吸附在运动控制工作台上。
5.一种线阵CCD相机多点自动调焦方法，包括以下步骤：
步骤一：将PCB板划分为若干个区域，选定需要扫描的区域；
步骤二：将PCB板放置于运动控制工作台上，真空吸附将其固定并随工作台一起匀速运动；
步骤三：打开线阵CCD相机采集含有PCB板轮廓信息的图像，并将扫描图像输出，采集完毕后，数据送给计算机进行处理。
6.如权利要求5所述的线阵CCD相机多点自动调焦方法，其特征在于：
所述步骤三进一步包括：当划定的PCB板区域进入相机视场时，PCB遮光板部分遮挡照射到PCB版区域的光线，使得采集图像含有PCB板轮廓信息。
7.如权利要求5所述的线阵CCD相机多点自动调焦方法，其特征在于：
还包括步骤四：对步骤三中的数据进行处理，即根据不同区域轮廓信息的复杂程度确定各区域图像质量四邻域清晰度权系数。
8.如权利要求7所述的线阵CCD相机多点自动调焦方法，其特征在于：
所述步骤四进一步包括：
步骤4-1：将PCB板分为n列，每一列划分为m行，确定需要扫描的区域A ij  (1≤i≤n,1≤j≤m) ，根据扫描图像各区域连通域数量                                                
Figure 570107DEST_PATH_IMAGE001
ij设置不同的权系数
Figure 264393DEST_PATH_IMAGE002
ij ,
；
步骤4-2：计算选定区域图像综合清晰度值，单幅图像清晰度值用
Figure 898954DEST_PATH_IMAGE004
表示，则
 其中
Figure 780639DEST_PATH_IMAGE006
表示图像各点，W,H表示图像宽度和高度 ，
Figure 806364DEST_PATH_IMAGE007
表示图像各点灰度值；
则整个扫描区域图像综合清晰度值为:
   
Figure 73397DEST_PATH_IMAGE008
。
9.如权利要求8所述的线阵CCD相机多点自动调焦方法，其特征在于：进一步包括：
步骤4-3：判断当前焦距位置是否为最大综合清晰度值位置，若是，则采集该图像作为最佳图像，并保存，如果不是，电机调焦微机构带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集，然后处理、判断，如此循环，直至判断采集图像质量最佳为止。
10.如权利要求9所述的线阵CCD相机多点自动调焦方法，其特征在于：
所述步骤4-3中判断采集图像质量最佳的方法为：设定电机调焦微机构的步进电机步长，采集当前焦距下的扫描图像，计算扫描图像质量即综合清晰度值a，电机调焦微机构的步进电机带动线阵CCD相机移动一个步距，对PCB板需要扫描的区域再进行采集,计算扫描图像质量即综合清晰度值b,根据a和b的大小判断电机调焦微机构的步进电机带动线阵CCD相机移动位置，使得线阵CCD相机始终保持在当前综合清晰度值最大的位置上。
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