CN105892003A - 一种线阵相机自动对焦装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线阵相机自动对焦装置，包括内部设置有线阵相机、镜头和对焦环的成像暗箱，以及计算机、成像暗箱运动动力机构、成像暗箱支撑运动机构和光栅尺；成像暗箱运动动力机构包括电机系统、丝杠和丝杠螺母；成像暗箱支撑运动机构包括两根导轨，导轨上滑动连接有滑块，滑块上固定连接有第二连接板，第二连接板通过转接板与丝杠螺母连接，成像暗箱通过支撑板与第二连接板连接；线阵相机、电机系统和光栅尺均与计算机连接。本发明还公开了一种线阵相机自动对焦方法。本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，自动化程度高，使用操作便捷，工作可靠性高，对焦精度高，能够提高线阵相机测量和检测的效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种线阵相机自动对焦装置及方法

技术领域

本发明属于相机自动对焦技术领域，具体涉及一种线阵相机自动对焦装置及方法。

背景技术

线阵相机在非接触测量、视觉检测等领域应用广泛。对焦是线阵相机获取物体清晰图像的必要步骤。对焦分为手动对焦和自动对焦，自动对焦具有速度快、准确度高、不受主观因素的影响等优点，在线阵相机的实际测量和检测应用中使用广泛。目前自动对焦一般通过移动镜头的方式实现，该方式在自动对焦的过程中会引起像距的改变，导致不同对焦结果成像系统的放大率不一致，在多个物体的测量或检测过程中需要重新标定相机，工作量增大，测量效率降低。

在线阵相机的应用中，自动对焦的对焦精度是影响测量和检测结果的重要因素，如何实现线阵相机的精密自动对焦，是目前线阵相机应用中研发人员关注的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低、自动化程度高、使用操作便捷、工作可靠性高、能够实现不同物体对焦后成像放大率一致、实用性强，使用效果好，便于推广使用的线阵相机自动对焦装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：包括内部设置有线阵相机、镜头和对焦环的成像暗箱，以及计算机、成像暗箱运动动力机构、成像暗箱支撑运动机构和用于对成像暗箱的运动位置进行实时检测的光栅尺；所述镜头通过所述对焦环与线阵相机连接，所述光栅尺上设置有光栅读数头，所述光栅读数头通过第一连接板与成像暗箱固定连接；

所述成像暗箱运动动力机构包括电机系统、与电机系统的输出轴固定连接的丝杠和螺纹连接在丝杠上的丝杠螺母；

所述成像暗箱支撑运动机构包括分别设置在成像暗箱两侧的两根导轨，所述导轨上滑动连接有滑块，所述滑块上固定连接有第二连接板，所述第二连接板通过转接板与所述丝杠螺母连接，所述成像暗箱通过支撑板与第二连接板连接；

所述线阵相机、电机系统和光栅尺均与计算机连接。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述丝杠通过联轴器与电机系统的输出轴固定连接。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述成像暗箱运动动力机构还包括上丝杠支撑座和下丝杠支撑座，所述丝杠的上部轴端支撑安装在上丝杠支撑座上，所述丝杠的下部轴端支撑安装在下丝杠支撑座上。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述电机系统包括步进电机和与步进电机的输出轴固定连接的减速器，以及用于驱动步进电机的步进电机驱动器，所述步进电机驱动器通过运动控制卡与计算机连接，所述步进电机与步进电机驱动器的输出端连接，所述减速器的输出轴为电机系统的输出轴。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：每根所述导轨上滑动连接有两块滑块，所述第二连接板均通过螺栓与滑块固定连接，所述丝杠螺母通过螺栓与转接板固定连接，所述转接板通过角件与第二连接板固定连接。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：位于所述成像暗箱一侧的支撑板的数量为两块，且两块支撑板分别位于转接板的上方和下方，所述成像暗箱通过螺栓与支撑板固定连接，所述支撑板通过螺栓与第二连接板固定连接。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、对焦精度高、能够提高线阵相机测量和检测的效率、实用性强的线阵相机自动对焦方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、操作计算机，输入自动对焦起始控制信号；

步骤二、计算机根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统带动丝杠转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下以速度v运动；成像暗箱运动过程中，光栅尺对成像暗箱的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机；其中，v的取值为0.02m/s～0.2m/s；

步骤三、计算机对成像暗箱的运动位置信号和线阵相机采集的图像进行周期性采样，并调用图像聚焦评价函数计算模块计算每次采样得到的线阵相机采集图像的聚焦评价函数值；

步骤三的过程中，计算机存储第一次计算得到的线阵相机采集图像的聚焦评价函数值和成像暗箱的运动位置，并在后续过程中，计算机将当前计算得到的线阵相机采集图像的聚焦评价函数值与其之前存储的聚焦评价函数值进行比较，当当前计算得到的线阵相机采集图像的聚焦评价函数值大于之前存储的聚焦评价函数值时，用当前的聚焦评价函数值和成像暗箱的运动位置替换之前存储的聚焦评价函数值和成像暗箱的运动位置；当当前计算得到的线阵相机采集图像的聚焦评价函数值小于之前存储的聚焦评价函数值的a％时，计算机控制电机系统反转，控制电机系统带动丝杠反向转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下反向运动，成像暗箱反向运动过程中，光栅尺对成像暗箱的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机，计算机每间隔时间t采集一次成像暗箱的运动位置信号，并将其采集到的成像暗箱的运动位置与之前存储在其中的成像暗箱的运动位置相比对，当计算机采集到的成像暗箱的运动位置与之前存储在其中的成像暗箱的运动位置小于预先设定的位置差阈值D时，判断为完成了线阵相机的自动对焦，计算机控制电机系统停止转动；其中，a的取值为30～70，D的取值为1μm～1mm。

上述的方法，其特征在于：步骤一中输入的自动对焦起始控制信号包括成像暗箱向上运动对焦控制信号、成像暗箱向下运动对焦控制信号和成像暗箱运动整个行程控制信号，当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱向上运动对焦控制信号时，步骤二中计算机根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统带动丝杠逆时针转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下向上运动；

当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱向下运动对焦控制信号时，步骤二中计算机根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统带动丝杠顺时针转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下向下运动；

当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱运动整个行程控制信号时，步骤二中计算机根据输入的自动对焦起始控制信号，先控制电机系统带动丝杠逆时针转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下向上运动，直到计算机根据光栅尺检测到的成像暗箱的运动位置判断为成像暗箱向上运动到上部最高位置时，计算机再控制电机系统带动丝杠顺时针转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下向下运动；或者，步骤二中计算机根据输入的自动对焦起始控制信号，先控制电机系统带动丝杠顺时针转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下向下运动，直到计算机根据光栅尺检测到的成像暗箱的运动位置判断为成像暗箱向下运动到下部最低位置时，计算机再控制电机系统带动丝杠逆时针转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下向上运动。

上述的方法，其特征在于：步骤三中计算机调用图像聚焦评价函数计算模块计算线阵相机采集图像的聚焦评价函数值的具体过程为：计算机根据公式计算线阵相机采集图像的聚焦评价函数值F_Brenner，其中，f(i)为线阵相机采集图像的第i个像素值，f(i+2)为线阵相机采集图像的第i+2个像素值，i的取值为1～(N-2)的自然数，N为线阵相机的像元数量。

上述的方法，其特征在于：步骤三中所述计算机对成像暗箱的运动位置信号和线阵相机采集的图像进行周期性采样的采样周期为0.01ms～1ms，步骤三中所述a的取值为50，步骤三中所述D的取值为50μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明线阵相机自动对焦装置的结构简单，设计合理，实现方便且成本低。

2、本发明线阵相机自动对焦装置的自动化程度高，使用操作便捷。

3、本发明线阵相机自动对焦装置的工作可靠性高，使用寿命长。

4、本发明线阵相机自动对焦方法的方法步骤简单，实现方便，对焦精度高。

5、本发明通过计算机控制电机系统带动线阵相机沿导轨运动，在运动过程中连续计算线阵相机采集图像的聚焦评价函数值，并通过光栅尺精准获取成像暗箱的位置信息，检测运动过程中线阵相机采集图像的聚焦评价函数值的最大值，控制电机系统，使成像暗箱移动至最大聚焦评价函数值对应的位置上，通过改变成像暗箱与对焦对象之间的距离，实现线阵相机对对焦对象的精密自动对焦，设计新颖合理。

6、本发明在多次对焦中能够使成像系统的参数(如成像放大率)保持不变，且能够实现不同物体对焦后成像放大率一致，在实际使用中能够有效地减少线阵相机标定的次数，能够提高线阵相机测量和检测的效率，适用于多种近景成像的场合，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明的设计新颖合理，实现方便且成本低，自动化程度高，使用操作便捷，工作可靠性高，对焦精度高，能够实现不同物体对焦后成像放大率一致，能够提高线阵相机测量和检测的效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

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。

附图说明

图1为本发明线阵相机自动对焦装置的主视图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明计算机与其它部件的连接关系示意图。

图4为本发明对焦对象的示意图。

图5为本发明线阵相机采集图像的聚焦评价函数值对应于成像暗箱的运动位置的曲线图。

附图标记说明:

1—电机系统； 1-1—步进电机； 1-2—减速器；

1-3—步进电机驱动器； 2—联轴器； 3—上丝杠支撑座；

4—丝杠； 5—成像暗箱； 6—下丝杠支撑座；

7—光栅尺； 8—导轨； 9—滑块；

10—支撑板； 11—转接板； 12—角件；

13—第二连接板； 14—对焦对象； 15—光栅读数头；

16—第一连接板； 17—计算机； 18—线阵相机；

19—运动控制卡。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明的线阵相机自动对焦装置，包括内部设置有线阵相机18、镜头和对焦环的成像暗箱5，以及计算机17、成像暗箱运动动力机构、成像暗箱支撑运动机构和用于对成像暗箱5的运动位置进行实时检测的光栅尺7；所述镜头通过所述对焦环与线阵相机18连接，所述光栅尺7上设置有光栅读数头15，所述光栅读数头15通过第一连接板16与成像暗箱5固定连接；

所述成像暗箱运动动力机构包括电机系统1、与电机系统1的输出轴固定连接的丝杠4和螺纹连接在丝杠4上的丝杠螺母；

所述成像暗箱支撑运动机构包括分别设置在成像暗箱5两侧的两根导轨8，所述导轨8上滑动连接有滑块9，所述滑块9上固定连接有第二连接板13，所述第二连接板13通过转接板11与所述丝杠螺母连接，所述成像暗箱5通过支撑板10与第二连接板13连接；

所述线阵相机18、电机系统1和光栅尺7均与计算机17连接。

如图1和图2所示，本实施例中，所述丝杠4通过联轴器2与电机系统1的输出轴固定连接。

如图1和图2所示，本实施例中，所述成像暗箱运动动力机构还包括上丝杠支撑座3和下丝杠支撑座6，所述丝杠4的上部轴端支撑安装在上丝杠支撑座3上，所述丝杠4的下部轴端支撑安装在下丝杠支撑座6上。

如图3所示，本实施例中，所述电机系统1包括步进电机1-1和与步进电机1-1的输出轴固定连接的减速器1-2，以及用于驱动步进电机1-1的步进电机驱动器1-3，所述步进电机驱动器1-3通过运动控制卡19与计算机17连接，所述步进电机1-1与步进电机驱动器1-3的输出端连接，所述减速器1-2的输出轴为电机系统1的输出轴。

如图1和图2所示，本实施例中，每根所述导轨8上滑动连接有两块滑块9，所述第二连接板13均通过螺栓与滑块9固定连接，所述丝杠螺母通过螺栓与转接板11固定连接，所述转接板11通过角件12与第二连接板13固定连接。

如图1和图2所示，本实施例中，位于所述成像暗箱5一侧的支撑板10的数量为两块，且两块支撑板10分别位于转接板11的上方和下方，所述成像暗箱5通过螺栓与支撑板10固定连接，所述支撑板10通过螺栓与第二连接板13固定连接。

本发明的线阵相机自动对焦方法，包括以下步骤：

步骤一、操作计算机17，输入自动对焦起始控制信号；

步骤二、计算机17根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统1带动丝杠4转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下以速度v运动；成像暗箱5运动过程中，光栅尺7对成像暗箱5的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机17；其中，v的取值为0.02m/s～0.2m/s；

步骤三、计算机17对成像暗箱5的运动位置信号和线阵相机18采集的图像进行周期性采样，并调用图像聚焦评价函数计算模块计算每次采样得到的线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值；

步骤三的过程中，计算机17存储第一次计算得到的线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值和成像暗箱5的运动位置，并在后续过程中，计算机17将当前计算得到的线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值与其之前存储的聚焦评价函数值进行比较，当当前计算得到的线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值大于之前存储的聚焦评价函数值时，用当前的聚焦评价函数值和成像暗箱5的运动位置替换之前存储的聚焦评价函数值和成像暗箱5的运动位置；这样便实现了成像暗箱5运动过程中最大的聚焦评价函数值和对应的成像暗箱5的运动位置的存储；当当前计算得到的线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值小于之前存储的聚焦评价函数值的a％时，计算机17控制电机系统1反转，控制电机系统1带动丝杠4反向转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下反向运动，成像暗箱5反向运动过程中，光栅尺7对成像暗箱5的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机17，计算机17每间隔时间t采集一次成像暗箱5的运动位置信号，并将其采集到的成像暗箱5的运动位置与之前存储在其中的成像暗箱5的运动位置相比对，当计算机17采集到的成像暗箱5的运动位置与之前存储在其中的成像暗箱5的运动位置小于预先设定的位置差阈值时，判断为完成了线阵相机18的自动对焦，计算机17控制电机系统1停止转动；其中，a的取值为30～70，D的取值为1μm～1mm。

本实施例中，步骤一中输入的自动对焦起始控制信号包括成像暗箱5向上运动对焦控制信号、成像暗箱5向下运动对焦控制信号和成像暗箱5运动整个行程控制信号，当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱5向上运动对焦控制信号时，步骤二中计算机17根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统1带动丝杠4逆时针转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下向上运动；

当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱5向下运动对焦控制信号时，步骤二中计算机17根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统1带动丝杠4顺时针转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下向下运动；

当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱5运动整个行程控制信号时，步骤二中计算机17根据输入的自动对焦起始控制信号，先控制电机系统1带动丝杠4逆时针转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下向上运动，直到计算机17根据光栅尺7检测到的成像暗箱5的运动位置判断为成像暗箱5向上运动到上部最高位置时，计算机17再控制电机系统1带动丝杠4顺时针转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下向下运动；或者，步骤二中计算机17根据输入的自动对焦起始控制信号，先控制电机系统1带动丝杠4顺时针转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下向下运动，直到计算机17根据光栅尺7检测到的成像暗箱5的运动位置判断为成像暗箱5向下运动到下部最低位置时，计算机17再控制电机系统1带动丝杠4逆时针转动，丝杠4通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱5在导轨8的导向作用下向上运动。

具体实施时，当操作线阵相机对焦的操作人员为有对焦经验的技术人员时，由于技术人员能够人为判断成像暗箱5向哪个方向运动可以达到最佳对焦位置，因此操作计算机17输入的控制信号为具有方向性的成像暗箱5向上运动对焦控制信号或成像暗箱5向下运动对焦控制信号，这对具有对焦经验的技术人员来说很容易做到；而当操作线阵相机对焦的操作人员为没有经验的生手时，可以操作计算机17输入成像暗箱5运动整个行程的控制信号，此时，计算机17控制电机系统1带动成像暗箱5，从对焦行程的一端向另外一端运动，便能够保证成像暗箱5沿着最佳对焦位置的方向运动，最终实现自动对焦。

本实施例中，步骤三中计算机17调用图像聚焦评价函数计算模块计算线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值的具体过程为：计算机17根据公式计算线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值F_Brenner，其中，f(i)为线阵相机18采集图像的第i个像素值，f(i+2)为线阵相机18采集图像的第i+2个像素值，i的取值为1～(N-2)的自然数，N为线阵相机18的像元数量。

本实施例中，N的取值为7300，即线阵相机18的像元数量为7300；

本实施例中，步骤三中所述计算机17对成像暗箱5的运动位置信号和线阵相机18采集的图像进行周期性采样的采样周期为0.01ms～1ms，优选为0.5ms；步骤三中所述a的取值为50，步骤三中所述D的取值为50μm。

本实施例中，线阵相机18的像元尺寸为10μm×10μm，镜头的焦距为120mm，成像分辨率为977dpi，对焦对象14为如图4所示的栅状图案，将经过本发明步骤三计算得到的每次采样线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值绘制为对应于成像暗箱5的运动位置的曲线如图5所示，图5中，横坐标为成像暗箱5的运动位置，纵坐标为与成像暗箱5的运动位置相对应的线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值。从图5能够看出，当成像暗箱5的运动位置为31.38mm时，线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值最大，即在该位置时，完成对焦。

综上所述，本发明通过计算机17控制电机系统1带动线阵相机18沿导轨8运动，在运动过程中连续计算线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值，并通过光栅尺7精准获取成像暗箱的位置信息，检测运动过程中线阵相机18采集图像的聚焦评价函数值的最大值，控制电机系统1，使成像暗箱5移动至最大聚焦评价函数值对应的位置上，通过改变成像暗箱5与对焦对象14之间的距离，实现线阵相机18对对焦对象14的精密自动对焦。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：包括内部设置有线阵相机(18)、镜头和对焦环的成像暗箱(5)，以及计算机(17)、成像暗箱运动动力机构、成像暗箱支撑运动机构和用于对成像暗箱(5)的运动位置进行实时检测的光栅尺(7)；所述镜头通过所述对焦环与线阵相机(18)连接，所述光栅尺(7)上设置有光栅读数头(15)，所述光栅读数头(15)通过第一连接板(16)与成像暗箱(5)固定连接；

所述成像暗箱运动动力机构包括电机系统(1)、与电机系统(1)的输出轴固定连接的丝杠(4)和螺纹连接在丝杠(4)上的丝杠螺母；

所述成像暗箱支撑运动机构包括分别设置在成像暗箱(5)两侧的两根导轨(8)，所述导轨(8)上滑动连接有滑块(9)，所述滑块(9)上固定连接有第二连接板(13)，所述第二连接板(13)通过转接板(11)与所述丝杠螺母连接，所述成像暗箱(5)通过支撑板(10)与第二连接板(13)连接；

所述线阵相机(18)、电机系统(1)和光栅尺(7)均与计算机(17)连接。

2.按照权利要求1所述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述丝杠(4)通过联轴器(2)与电机系统(1)的输出轴固定连接。

3.按照权利要求1所述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述成像暗箱运动动力机构还包括上丝杠支撑座(3)和下丝杠支撑座(6)，所述丝杠(4)的上部轴端支撑安装在上丝杠支撑座(3)上，所述丝杠(4)的下部轴端支撑安装在下丝杠支撑座(6)上。

4.按照权利要求1所述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述电机系统(1)包括步进电机(1-1)和与步进电机(1-1)的输出轴固定连接的减速器(1-2)，以及用于驱动步进电机(1-1)的步进电机驱动器(1-3)，所述步进电机驱动器(1-3)通过运动控制卡(19)与计算机(17)连接，所述步进电机(1-1)与步进电机驱动器(1-3)的输出端连接，所述减速器(1-2)的输出轴为电机系统(1)的输出轴。

5.按照权利要求1所述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：每根所述导轨(8)上滑动连接有两块滑块(9)，所述第二连接板(13)均通过螺栓与滑块(9)固定连接，所述丝杠螺母通过螺栓与转接板(11)固定连接，所述转接板(11)通过角件(12)与第二连接板(13)固定连接。

6.按照权利要求1所述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：位于所述成像暗箱(5)一侧的支撑板(10)的数量为两块，且两块支撑板(10)分别位于转接板(11)的上方和下方，所述成像暗箱(5)通过螺栓与支撑板(10)固定连接，所述支撑板(10)通过螺栓与第二连接板(13)固定连接。

7.一种利用如权利要求1所述的装置进行线阵相机自动对焦的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、操作计算机(17)，输入自动对焦起始控制信号；

步骤二、计算机(17)根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统(1)带动丝杠(4)转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下以速度v运动；成像暗箱(5)运动过程中，光栅尺(7)对成像暗箱(5)的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机(17)；其中，v的取值为0.02m/s～0.2m/s；

步骤三、计算机(17)对成像暗箱(5)的运动位置信号和线阵相机(18)采集的图像进行周期性采样，并调用图像聚焦评价函数计算模块计算每次采样得到的线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值；

步骤三的过程中，计算机(17)存储第一次计算得到的线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值和成像暗箱(5)的运动位置，并在后续过程中，计算机(17)将当前计算得到的线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值与其之前存储的聚焦评价函数值进行比较，当当前计算得到的线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值大于之前存储的聚焦评价函数值时，用当前的聚焦评价函数值和成像暗箱(5)的运动位置替换之前存储的聚焦评价函数值和成像暗箱(5)的运动位置；当当前计算得到的线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值小于之前存储的聚焦评价函数值的a％时，计算机(17)控制电机系统(1)反转，控制电机系统(1)带动丝杠(4)反向转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下反向运动，成像暗箱(5)反向运动过程中，光栅尺(7)对成像暗箱(5)的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机(17)，计算机(17)每间隔时间t采集一次成像暗箱(5)的运动位置信号，并将其采集到的成像暗箱(5)的运动位置与之前存储在其中的成像暗箱(5)的运动位置相比对，当计算机(17)采集到的成像暗箱(5)的运动位置与之前存储在其中的成像暗箱(5)的运动位置小于预先设定的位置差阈值D时，判断为完成了线阵相机(18)的自动对焦，计算机(17)控制电机系统(1)停止转动；其中，a的取值为30～70，D的取值为1μm～1mm。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤一中输入的自动对焦起始控制信号包括成像暗箱(5)向上运动对焦控制信号、成像暗箱(5)向下运动对焦控制信号和成像暗箱(5)运动整个行程控制信号，当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱(5)向上运动对焦控制信号时，步骤二中计算机(17)根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统(1)带动丝杠(4)逆时针转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下向上运动；

当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱(5)向下运动对焦控制信号时，步骤二中计算机(17)根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统(1)带动丝杠(4)顺时针转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下向下运动；

当步骤一中输入的自动对焦起始控制信号为成像暗箱(5)运动整个行程控制信号时，步骤二中计算机(17)根据输入的自动对焦起始控制信号，先控制电机系统(1)带动丝杠(4)逆时针转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下向上运动，直到计算机(17)根据光栅尺(7)检测到的成像暗箱(5)的运动位置判断为成像暗箱(5)向上运动到上部最高位置时，计算机(17)再控制电机系统(1)带动丝杠(4)顺时针转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下向下运动；或者，步骤二中计算机(17)根据输入的自动对焦起始控制信号，先控制电机系统(1)带动丝杠(4)顺时针转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下向下运动，直到计算机(17)根据光栅尺(7)检测到的成像暗箱(5)的运动位置判断为成像暗箱(5)向下运动到下部最低位置时，计算机(17)再控制电机系统(1)带动丝杠(4)逆时针转动，丝杠(4)通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱(5)在导轨(8)的导向作用下向上运动。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤三中计算机(17)调用图像聚焦评价函数计算模块计算线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值的具体过程为：计算机(17)根据公式计算线阵相机(18)采集图像的聚焦评价函数值F_Brenner，其中，f(i)为线阵相机(18)采集图像的第i个像素值，f(i+2)为线阵相机(18)采集图像的第i+2个像素值，i的取值为1～(N-2)的自然数，N为线阵相机(18)的像元数量。

10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤三中所述计算机(17)对成像暗箱(5)的运动位置信号和线阵相机(18)采集的图像进行周期性采样的采样周期为0.01ms～1ms，步骤三中所述a的取值为50，步骤三中所述D的取值为50μm。