CN108833789A - 一种实时自动聚焦装置及自动聚焦方法 - Google Patents

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伍祥辰
张春艳
肖长力
刘振
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    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals

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Abstract

本发明公开了一种实时自动聚焦装置及自动聚焦方法，包含平台(1)，镜头(2)，第一分光元件(3)，第一图像采集设备(4)，第二分光元件组(5)，第二图像采集设备(6)，计算机处理系统(7)，以及平台位置控制器(8)；所述平台(1)可以沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述第一图像采集设备(4)和第二图像采集设备(6)中均通过信号线路与所述计算机处理系统(7)连接，将图像信息经过信号线路传输到计算机处理系统(7)进行处理；所述平台位置控制器(8)分别与所述平台(1)、计算机处理系统(7)连接，所述计算机处理系统(7)根据其处理结果，输出命令给平台位置控制器(8)，带动平台(1)移动。

Description

一种实时自动聚焦装置及自动聚焦方法
技术领域
本发明属于光学图像技术领域，涉及数字图像扫描及处理技术，更具体地涉及一种图像扫描时的实时自动聚焦装置及自动聚焦方法。
背景技术
自动聚焦，即不需要人为的操作，光学成像系统内部自动处理，通过机台和程序有效结合，能自动调节每个参数，比如物距、像距，能清楚地计算成像的图片的清晰度以及成像的具体位置，使最后成像的照片质量最优、分辨率最高。换句话说，对焦被检物，使被检物被摄在感光芯片平面上成清晰图像，画面上主体图像清晰。
普通的被检物表面均是复杂的曲面，在进行对物体表面进行扫描时，若被检测的物体本身弯曲程度大于设备景深时，我们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每一个部分都保持清晰，以方便我们观察和分析。在对被检测物体扫描时，有两个关键的指标，一个是扫描质量，一个是扫描速度，两者相互制约。
发明内容
发明目的：提供一种实时自动聚焦装置及自动聚焦方法，通过加入分光元件组，根据计算机处理系统判断图像的清晰程度，调整被检物的平台位置，既可以高速扫描物体，又可以得到清晰的图像。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
一种实时自动聚焦装置，包含平台，镜头，第一分光元件，第一图像采集设备，第二分光元件组，第二图像采集设备，计算机处理系统，以及平台位置控制器；所述平台承载被检物，可以沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述第一图像采集设备和第二图像采集设备中均设置有图像采集传感器，并通过信号线路与所述计算机处理系统连接，将第一图像采集设备和第二图像采集设备所成的图像信息经过信号线路传输到计算机处理系统进行处理；所述平台位置控制器通过信号线路分别与所述平台、计算机处理系统连接，所述计算机处理系统根据其处理结果，输出命令给平台位置控制器，所述平台位置控制器带动平台移动；
所述第一分光元件将光路分成两路，其中一路为成像光路，将被检物某一小部分直接成像在第一图像采集设备的图像采集传感器上；另一路为检测光路，其目的是便于判断成像光路是否聚焦在最清晰的位置上，所述检测光路经过第二分光元件组分成三个支路，且三个支路的光程不一样，在第二图像采集设备的图像采集传感器长度方向上的三等分上同时得到被检物某一小部分不同清晰度的三小幅图像，并将所述三小幅图像的信息通过信号线路传输到计算机处理系统进行处理，所述计算机处理系统根据处理结果，输出命令信息给平台位置控制器，调整平台的Z轴坐标，直到三小幅图像中的中间图像清晰度最佳时，此时第一图像采集设备的图像采集传感器上所采集的图像成为当前被检物某一小部分所成的最佳像，完成了对被检物某一小部分高速扫描且实时自动聚焦的动作。
所述实时自动聚焦装置的自动聚焦方法，包括具体步骤如下：
1、所述平台位置控制器移动平台至某一坐标位置(X1，Y1，Z1)；
2、第一图像采集设备和第二图像采集设备分别采集图像，计算机处理系统将图像信息进行处理，计算所述第二图像采集设备采集到的所述三小幅图像的清晰度，判断中间图像的清晰度是否最大：
(2.1)若为否，比较左右两幅图像的清晰度，所述平台位置控制器带动平台移动Z轴的上下至下一坐标位置(X1，Y1，Z2)；
(2.2)若中间图像的清晰度为最大值，则平台位置控制器带动平台移动X轴至坐标位置(X2，Y1，Z1)或Y轴至坐标位置(X1，Y2，Z1)，进行下一个位置的图像采集。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的实时自动聚焦装置，由于加入了分光元件组，增加了检测光路且分为三个支路，改变了检测光路的光程，其图像采集传感器上的像距均不一致，在图像采集传感器长度方向三等分采集到不同聚焦程度的三小副图像，通过计算机处理系统与机台结合，可以对应多种物距，带动平台1在Z轴上有方向性的运动，直到中间图像的清晰度最高时，完成了高速自动聚焦扫描成像。
附图说明
图1为本发明所述实时自动聚焦装置的结构示意图；
图2为本发明中的第二图像采集设备6的成像传感器采集到的三小幅图像示意图；
图3为本发明所述实时自动聚焦装置自动聚焦方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1为所述实时自动聚焦装置的结构示意图。
一种实时自动聚焦装置，包含平台1，镜头2，第一分光元件3，第一图像采集设备4，第二分光元件组5，第二图像采集设备6，计算机处理系统7，以及平台位置控制器8；所述平台1承载被检物9，可以沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述第一图像采集设备4和第二图像采集设备6中均设置有图像采集传感器10，并通过信号线路与所述计算机处理系统7连接，将第一图像采集设备4和第二图像采集设备6所成的图像信息经过信号线路传输到计算机处理系统7进行处理；所述平台位置控制器8通过信号线路分别与所述平台1、计算机处理系统7连接，所述计算机处理系统7根据其处理结果，输出命令给平台位置控制器8，所述平台位置控制器8带动平台1移动；
所述第一分光元件3将光路分成两路，其中一路为成像光路31，将被检物9某一小部分直接成像在第一图像采集设备4的图像采集传感器10上；另一路为检测光路32，其目的是便于判断成像光路31是否聚焦在最清晰的位置上，所述检测光路32经过第二分光元件组5分成三个支路，且三个支路的光程不一样，在第二图像采集设备6的图像采集传感器10长度方向上的三等分上同时得到被检物9某一小部分不同清晰度的三小幅图像，并将所述三小幅图像信息通过信号线路传输到计算机处理系统7进行处理，所述计算机处理系统7根据处理结果，输出命令给平台位置控制器8，调整平台1的Z轴坐标，直到三小幅图像中的中间图像清晰度最佳时，此时第一图像采集设备4的图像采集传感器上所采集的图像成为当前被检物9某一小部分所成的最佳像，完成了对被检物9某一小部分高速扫描且实时自动聚焦的动作。
具体的，所述第二图像采集设备6中图像采集传感器10所成的图像，如图2所示，由于三个支路的光程不一样，即像距不同，所述图像采集设备6的图像采集传感器10长度方向上平均分成三等分，这三等分分别采集到被检物9某一小部分的三小幅图像，取其各自中心部分A、B、C，通过计算机处理系统7对其进行图像处理，计算中心部分A、B、C的灰度变化，计算、评价图像的清晰度值。
所述实时自动聚焦装置的自动聚焦方法，包括具体步骤如下，其流程图如图3所示：
1、所述平台位置控制器8移动平台1至某一坐标位置(X1，Y1，Z1)；
2、第一图像采集设备4和第二图像采集设备6分别采集图像，计算机处理系统7将图像信息进行处理，计算所述第二图像采集设备6采集到的所述三小幅图像的清晰度，判断中间图像的清晰度是否最大：
(2.1)若为否，比较左右两幅图像的清晰度，所述平台位置控制器8带动平台1移动Z轴的上下至下一坐标位置(X1，Y1，Z2)，重复步骤2的工作；
(2.2)若中间图像的清晰度为最大值，则平台位置控制器8带动平台1移动X轴至坐标位置(X2，Y1，Z1)或Y轴至坐标位置(X1，Y2，Z1)，重复步骤2的工作,进行下一个位置的图像采集。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。应当指出，以上仅为本发明的优选实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明结构和方法的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些改进也应视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (4)

1.一种实时自动聚焦装置，其特征在于，包含平台(1)，镜头(2)，第一分光元件(3)，第一图像采集设备(4)，第二分光元件组(5)，第二图像采集设备(6)，计算机处理系统(7)，以及平台位置控制器(8)；所述平台(1)承载被检物(9)，可以沿X、Y、Z三个坐标轴移动，并带动所述被检物(9)移动；所述第一图像采集设备(4)和第二图像采集设备(6)中均设置有图像采集传感器(10)，并通过信号线路与所述计算机处理系统(7)连接，将第一图像采集设备(4)和第二图像采集设备(6)所成的图像信息经过信号线路传输到计算机处理系统(7)进行处理；所述平台位置控制器(8)通过信号线路分别与所述平台(1)、计算机处理系统(7)连接，所述计算机处理系统(7)根据其处理结果，输出命令给平台位置控制器(8)，所述平台位置控制器(8)带动平台(1)移动。
2.根据权利要求1所述的实时自动聚焦装置，其特征在于，所述第一分光元件(3)将光路分成两路，其中一路为成像光路(31)，将被检物(9)某一小部分直接成像在第一图像采集设备(4)的图像采集传感器(10)上；另一路为检测光路(32)，其经过第二分光元件组(5)分成三个支路，且三个支路的光程不一样，在第二图像采集设备(6)的图像采集传感器(10)长度方向上的三等分上同时得到被检物(9)某一小部分不同清晰度的三小幅图像，并将所述三小幅图像信息通过信号线路传输到计算机处理系统(7)进行处理，所述计算机处理系统(7)根据处理结果，输出命令给平台位置控制器(8)，调整平台(1)的Z轴坐标，直到三小幅图像中的中间图像清晰度最佳时，此时第一图像采集设备(4)的图像采集传感器(10)上所采集的图像成为当前被检物(9)某一小部分所成的最佳像。
3.根据权利要求2所述的实时自动聚焦装置，其特征在于，所述图像采集设备(6)的图像采集传感器(10)长度方向上的三等分采集到被检物(9)某一小部分的三小幅图像，取其各自中心部分(A、B、C)，通过计算机处理系统(7)对其进行图像处理，计算中心部分(A、B、C)的灰度变化，计算、评价图像的清晰度值。
4.根据权利要求2所述的实时自动聚焦装置的自动聚焦方法，其特征在于，包括具体步骤如下：
1)所述平台位置控制器(8)移动平台(1)至某一坐标位置(X1，Y1，Z1)；
2)第一图像采集设备(4)和第二图像采集设备(6)分别采集图像，计算机处理系统(7)将图像信息进行处理，计算所述第二图像采集设备(6)采集到的所述三小幅图像的清晰度，判断中间图像的清晰度是否最大：
2.1)若为否，比较左右两幅图像的清晰度，所述平台位置控制器(8)带动平台(1)移动Z轴的上下至下一坐标位置(X1，Y1，Z2)，重复步骤2)的工作；
2.2)若中间图像的清晰度为最大值，则平台位置控制器8带动平台1移动X轴至坐标位置(X2，Y1，Z1)或Y轴至坐标位置(X1，Y2，Z1)，重复步骤2)的工作,进行下一个位置的图像采集。
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