CN105791691A - 一种自动聚焦装置及其实时自动聚焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动聚焦装置，包括平台(1)、镜头(2)、压电陶瓷设备(3)以及图像采集设备(7)，所述的图像采集设备(3)设置三个成像传感器，所述的自动聚焦装置设置两个分光镜和一个反光镜(6)，所述的镜头(2)上形成的光路经过两个分光镜和一个反光镜(6)分成三个光路，分别到达所述的三个成像传感器。本发明还公开了该装置的相关方法的技术方案。采用上述技术方案，利用计算机数据处理、压电陶瓷调节装置及多个成像传感器，实现对不平度较大的被检测物体影像的快速、实时、自动地聚焦，获得其清晰度较高的图像。

Description

一种自动聚焦装置及其实时自动聚焦方法
技术领域
本发明属于光学影像的技术领域，涉及数字图像处理技术。更具体地，本发明涉及一种自动聚焦装置。另外，本发明还涉及该装置的相关方法。
背景技术
一个光学检测系统的景深一般都会随着分辨率的增加而减小。
如图1所示，被检测的物体，如平板显示器、半导体晶圆或者是生物医学的切片本身的弯曲程度大于这个景深的时候，则就需要设计一个自动聚焦系统，在检测扫描时，使每一幅图像都保持清晰。
但是，在现有技术中，还缺乏相关的应用技术。
发明内容
本发明提供一种自动聚焦装置，其目的是在检测扫描时，快速、实时、自动地实现聚焦。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所涉及的自动聚焦装置，包括平台、镜头、压电陶瓷设备以及图像采集设备，所述的图像采集设备设置三个成像传感器，所述的自动聚焦装置设置两个分光镜和一个反光镜，所述的镜头上形成的光路经过两个分光镜和一个反光镜分成三个光路，分别到达所述的三个成像传感器。
所述的自动聚焦装置设置计算机处理系统和平台控制器，所述的平台控制器通过信号线路分别与所述的平台、计算机处理系统连接。
所述的自动聚焦装置还设置压电陶瓷控制器，所述的压电陶瓷控制器通过信号线路分别与所述的压电陶瓷设备、计算机处理系统连接。
所述的压电陶瓷控制器通过信号线路分别与所述的图像采集设备中的三个成像传感器连接。
所述的图像采集设备中的三个成像传感器分别通过信号线路与所述的计算机处理系统连接。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的自动聚焦装置的实时自动聚焦方法，其技术方案包括以下过程；
A、调整平台的位置；
B、通过三个成像传感器采集三个光束并得到三个图像，其得到的图像分别为在三个不同焦平面的图像；
C、三个成像传感器将数据全部传入计算机处理系统的终端处理器和图像显示装置；
D、在计算机处理系统的终端处理器中，通过三个成像传感器所传输的数据，分别算出三幅图像的对比度；
E、将这三幅图像的对比度进行高斯曲线拟合；
F、然后进行判断：处于中间焦平面得到的图像的对比度是否为最大值；若不是，控制压电陶瓷控制器来调整压电陶瓷设备的位置，直至找出最大值，即完成对焦。
通过计算机处理系统的终端处理器来控制平台控制器，进而调整平台的位置。
在所述的B中，经镜头采集的光束经过第一分光镜分成两束光，其中一束进入第一成像传感器，另一束光进入第二分光镜再次被分成两束光，其中一束进入第二成像传感器，另一束进入反光镜，将光束反射到第三成像传感器。
本发明采用上述技术方案，利用计算机数据处理、压电陶瓷调节装置及多个成像传感器，采用高斯曲线拟合的方法，实现对不平度较大的被检测物体影像的快速、实时、自动地聚焦，获得其清晰度较高的图像。
附图说明
附图所示内容及图中标记简要说明如下：
图1为被检测物体弯曲度大于景深的示意图；
图2为本发明的自动聚集的原理图；
图3为本发明的装置结构示意图；
图4是中间焦平面偏离聚集点的示意图；
图5是中间焦平面接近聚集点、仍需要微调的示意图；
图6是中间焦平面已经位于聚集点的示意图。
图中标记为：
1、平台，2、镜头，3、压电陶瓷设备，4、第一分光镜，5、第二分光镜，6、反光镜，7、图像采集设备，8、平台控制器，9、压电陶瓷控制器，10、计算机处理系统。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图3所示的本发明结构，为一种自动聚焦装置，包括平台1(stage)、镜头2(lens)、压电陶瓷设备3(lenspiezo)以及图像采集设备7。本发明基于数字图像处理技术，可以高速采集图像数据到PC里，用图像对比度算法来做图像清晰度的评判。使用压电陶瓷来调整镜头焦距。使用的数据处理方法是高斯拟合，即找出最大值时，即已经完成对焦。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现在检测扫描时，快速、自动地实现聚焦的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图3所示，本发明所涉及的自动聚焦装置，所述的图像采集设备3设置三个成像传感器，采集图像；
所述的自动聚焦装置设置两个分光镜和一个反光镜6，所述的镜头2上形成的光路经过两个分光镜(beamsplitter)和一个反光镜6(mirror)分成三个光路，分别到达所述的三个成像传感器(camera)。
一束光经过第一分光镜分成两束光，其中一束进入第一成像传感器，另一束光进入第二分光镜再次被分成两束光，其中一束进入第二成像传感器，另一束进入反光镜，将光束反射到第三成像传感器。
如图2所示，本发明提出快速聚焦方案是通过光学方法，同时拍摄同一物体在三个不同焦平面的图像，算出三幅图像的对比度，将这三幅图像的对比度进行高斯曲线拟合，推算出峰值的位置。
第一个焦平面与第二个焦平面的距离，第二个焦平面与第三个焦平面的距离，是相等的。
所述的自动聚焦装置设置计算机处理系统10(pc)和平台控制器8(stagecontroller)，所述的平台控制器8通过信号线路分别与所述的平台1、计算机处理系统10连接。
所述的自动聚焦装置还设置压电陶瓷控制器9(piezocontroller)，所述的压电陶瓷控制器9通过信号线路分别与所述的压电陶瓷设备3、计算机处理系统10连接。
通过计算机处理系统10的终端处理器来控制压电陶瓷控制器9和平台控制器8。
在终端处理器中，将通过三个成像传感器所传输的数据进行高斯拟合处理，进行判断Z0点是否为最大值，若不是，控制压电陶瓷控制器9来调整压电陶瓷设备3的位置，直至找出峰值。
所述的压电陶瓷控制器9通过信号线路分别与所述的图像采集设备7中的三个成像传感器连接。
所述的图像采集设备3中的三个成像传感器分别通过信号线路与所述的计算机处理系统10连接。
计算机处理系统10设置一个显像屏(图像显示装置)，显示玻璃表面的物质或者瑕疵，同时显示密度瑕疵。三个成像传感器将数据全部传入终端处理器和图像显示装置。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的自动聚焦装置的实时自动聚焦方法，其技术方案包括以下过程；
A、调整平台1的位置；
B、通过三个成像传感器采集三个光束并得到三个图像，其得到的图像分别为在三个不同焦平面的图像；
C、三个成像传感器将数据全部传入计算机处理系统10的终端处理器和图像显示装置；
D、在计算机处理系统10的终端处理器中，通过三个成像传感器所传输的数据，分别算出三幅图像的对比度；
E、将这三幅图像的对比度进行高斯曲线拟合；在终端处理器中，将通过三个成像传感器所传输的数据进行高斯拟合处理。如果在每一个z轴的线性移动位置都取一幅图并且算出图像清晰度，则得到一个评价函数。这个评价函数可以用一个高斯曲线来描述。高斯曲线的顶点所对应的z位置就是图像的聚焦点。
在数据处理时，使用高斯拟合，再进行X1、X2、X3值得判断，直至X2>X1，X2>X3。
F、然后进行判断：处于中间焦平面得到的图像的对比度是否为最大值；若不是，控制压电陶瓷控制器9来调整压电陶瓷设备3的位置，直至找出最大值，即完成对焦。
判断中间的图片的对比度是否大于第一和第三幅图的对比度，若不是则调节焦距的位置到第二幅的对比度大于第一和第三幅图的对比度。如图4、图5所示。判断中间图片的对比度是否为最大值，若是，将中间的图片的对比度和峰值比较，判断是否相等，若不相等，则调整焦距直至相等。如图6所示。即两侧的高度应该相等。
通过计算机处理系统10的终端处理器来控制平台控制器8，进而调整平台1的位置。
在所述的B中，经镜头2采集的光束经过第一分光镜4分成两束光，其中一束进入第一成像传感器，另一束光进入第二分光镜5再次被分成两束光，其中一束进入第二成像传感器，另一束进入反光镜6，将光束反射到第三成像传感器。
进行判断Z0点是否为最大值，若不是，控制压电陶瓷控制器来调整压电陶瓷的位置，直至找出峰值。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动聚焦装置，包括平台(1)、镜头(2)、压电陶瓷设备(3)以及图像采集设备(7)，其特征在于：所述的图像采集设备(3)设置三个成像传感器，所述的自动聚焦装置设置两个分光镜和一个反光镜(6)，所述的镜头(2)上形成的光路经过两个分光镜和一个反光镜(6)分成三个光路，分别到达所述的三个成像传感器。
2.按照权利要求1所述的自动聚焦装置，其特征在于：所述的自动聚焦装置设置计算机处理系统(10)和平台控制器(8)，所述的平台控制器(8)通过信号线路分别与所述的平台(1)、计算机处理系统(10)连接。
3.按照权利要求1所述的自动聚焦装置，其特征在于：所述的自动聚焦装置设置计算机处理系统(10)和压电陶瓷控制器(9)，所述的压电陶瓷控制器(9)通过信号线路分别与所述的压电陶瓷设备(3)、计算机处理系统(10)连接。
4.按照权利要求3所述的自动聚焦装置，其特征在于：所述的压电陶瓷控制器(9)通过信号线路分别与所述的图像采集设备(7)中的三个成像传感器连接。
5.按照权利要求2或3或4所述的自动聚焦装置，其特征在于：所述的图像采集设备(3)中的三个成像传感器分别通过信号线路与所述的计算机处理系统(10)连接。
6.一种应用于权利要求1至中任一项所述的自动聚焦装置的实时自动聚焦方法，其特征在于：包括以下过程；
A、调整平台(1)的位置；
B、通过三个成像传感器采集三个光束并得到三个图像，其得到的图像分别为在三个不同焦平面的图像；
C、三个成像传感器将数据全部传入计算机处理系统(10)的终端处理器和图像显示装置；
D、在计算机处理系统(10)的终端处理器中，通过三个成像传感器所传输的数据，分别算出三幅图像的对比度；
E、将这三幅图像的对比度进行高斯曲线拟合；
F、然后进行判断：处于中间焦平面得到的图像的对比度是否为最大值；若是，完成对焦；若不是，控制压电陶瓷控制器(9)来调整压电陶瓷设备(3)的位置，直至找出最大值，即完成对焦。
7.按照权利要求6所述的实时自动聚焦方法，其特征在于：通过计算机处理系统(10)的终端处理器来控制平台控制器(8)，进而调整平台(1)的位置。
8.按照权利要求6所述的实时自动聚焦方法，其特征在于：在所述的B中，经镜头(2)采集的光束经过第一分光镜(4)分成两束光，其中一束进入第一成像传感器，另一束光进入第二分光镜(5)再次被分成两束光，其中一束进入第二成像传感器，另一束进入反光镜(6)，将光束反射到第三成像传感器。
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