CN108989676A - 一种增加反射元件提高景深的自动聚焦装置及自动聚焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增加反射元件提高景深的自动聚焦装置及自动聚焦方法，包含平台(1)，镜头(2)，反射元件(3)，图像采集设备(4)，计算机处理系统(5)，以及平台位置控制器(6)；所述平台(1)可沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述图像采集设备(4)中设置一个图像采集传感器(7)；所述反射元件(3)的法线与镜头的光轴形成倾角(θ)的范围为39.5°<θ<50.5°；所述图像采集设备(4)通过信号线路与所述的计算机处理系统(5)连接；所述平台位置控制器(6)通过信号线路分别与所述的平台(1)、计算机处理系统(5)连接，所述计算机处理系统(5)传输命令信号到平台位置控制器(6)，使平台(1)平移扫描。

Description

一种增加反射元件提高景深的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通过增加反射元件提高景深的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。对于一个光学检测系统来说，它的景深都会因分辨率越大而减小。为了得到高分辨率的图像，需采用大数值孔径的镜头，若采用传统的方法放置图像采集设备，即采集设备与光轴正交，该光学装置的景深为δ，不能有效提高景深，也不能高速扫描物体、得到清晰的图像。

发明内容

发明目的：提供一种提高景深的自动聚焦装置及自动聚焦方法，加入一个反射元件，提高了光学系统的景深，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：

一种增加反射元件提高景深的自动聚焦装置，包含平台，镜头，反射元件，图像采集设备，计算机处理系统，以及平台位置控制器；所述平台可以沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述图像采集设备中设置一个图像采集传感器；所述反射元件的法线与镜头的光轴所成一定的倾角θ，所述倾角θ的角度范围为39.5°<θ<50.5°；所述图像采集设备通过信号线路与所述的计算机处理系统连接，将图像采集设备采集到的图像信息传输给计算机处理系统进行分析处理；所述平台位置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，所述计算机处理系统根据处理结果，再传输命令信号到平台位置控制器，平台位置控制器使平台平移扫描。

优选的，所述图像采集传感器选用CCD、CMOS或其它型号的图像采集传感器；

优选的，所述倾角为41°，保证被检物中心视场成像在图像采集传感器的长度方向上，且图像采集传感器上的部分图像清晰，光学系统的景深可以达到3δ。

所述增加反射元件提高景深的自动聚焦装置的自动聚焦方法，包括如下步骤：

1、所述图像采集传感器沿着其长度方向上平均分成三等分，在进行X-Y方向上扫描时，通过镜头和反射元件，调整反射元件法线与镜头的光轴倾斜的角度以及与镜头的间距，使图像采集传感器长度方向上三等分分别采集到被检物上某一小部分的三小幅图像，其中总有一小幅图像对于该小部分是清晰的；

2、被检物上的每个部分均能采集到三小幅不同清晰度的图像；

3、最后计算机处理系统把扫描到的被检物的全部聚焦最佳的图像进行处理，拼接得到一幅清晰的完整图像，完成高速自动聚焦扫描成像。

更具体的，在步骤1中，所述三等分中某一区域采集到某一小幅图像后，图像采集设备上的图像采集传感器通过信号线路传输到计算机处理系统，计算机处理系统再根据处理结果，传输命令信号到平台位置控制器，平台位置控制器使平台在X-Y上平移扫描，最后完成三等分所有区域采集到三小幅图像，其中总有一小幅图像对于被检物该小部分是清晰的，选取该最清晰的一小幅图像进行图像处理。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的提高景深的自动聚焦装置，由于将图像采集设备与镜头间加入了反射元件，改变了光路的光程，图像采集传感器上的像距均不一致，可以对应多个物距，提升了光学镜头的景深；且平台无需在Z方向上移动采集图像，节省了扫描时间，实现高速运动；后续经过图像处理，将聚焦最佳的图像拼接成一幅完成的清晰图像，完成了高速自动聚焦扫描成像。

附图说明

图1为本发明所述增加反射元件提高景深的自动聚焦装置的结构示意图；

图2为本发明中的被检物9某一小部分A成像在图像采集传感器的长度方向上第一个三等分B区域的成像示意图；

图3为本发明中的被检物9某一小部分A成像在图像采集传感器的长度方向上第二个三等分C区域的成像示意图；

图4为本发明中的被检物9某一小部分A成像在图像采集传感器的长度方向上第三个三等分D区域的成像示意图。

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所示，一种提高景深的自动聚焦装置，包含平台1，镜头2，反射元件3，图像采集设备4，计算机处理系统5，以及平台位置控制器6；所述平台1可以沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述图像采集设备4中设置一个图像采集传感器7；所述反射元件3的法线与镜头的光轴形成一定的倾角θ，所述倾角θ的角度范围为39.5°<θ<50.5°；所述图像采集设备4通过信号线路与所述的计算机处理系统5连接，将图像采集设备4采集到的图像信息传输给计算机处理系统5进行分析处理；所述平台位置控制器6通过信号线路分别与所述的平台1、计算机处理系统5连接，所述计算机处理系统5根据处理结果，再传输命令信号到平台位置控制器6，平台位置控制器6使平台1平移扫描。

优选的，所述图像采集传感器7选用CCD、CMOS或其它型号的图像采集传感器；

优选的，所述倾角θ为41°，可保证被检物中心视场成像在图像采集传感器7的长度方向上，且图像采集传感器7上的部分图像清晰，光学系统的景深可以达到3δ。

所述提高景深的自动聚焦装置的自动聚焦方法，包括如下步骤：

1、所述图像采集传感器7沿着其长度方向上平均分成三等分，在进行X-Y方向上扫描时，通过镜头2和反射元件3，调整反射元件3法线与镜头2的光轴倾斜的角度以及与镜头的间距，使图像采集传感器7长度方向上三等分分别采集到被检物9上某一小部分A的三小幅图像，其中总有一小幅图像对于该小部分是清晰的；

2、被检物9上的每个部分均能采集到三小幅不同清晰度的图像；

3、最后计算机处理系统5把扫描到的被检物9的全部聚焦最佳的图像进行处理，拼接得到一幅清晰的完整图像，完成高速自动聚焦扫描成像。

更具体的，在步骤1中，所述三等分中某一区域采集到某一小幅图像后，图像采集设备4上的图像采集传感器7通过信号线路传输到计算机处理系统5，计算机处理系统5再根据处理结果，传输命令信号到平台位置控制器6，平台位置控制器6使平台1在X-Y上平移扫描，最后完成三等分所有区域采集到三小幅图像，其中总有一小幅图像对于被检物9该小部分A是清晰的，选取该最清晰的一小幅图像进行图像处理。

具体的，图2所示为平台1上放置的被检物9某一小部分A成像在图像采集传感器7的长度方向上第一个三等分B区域上，得到第一小幅图像；图像采集完成后，图像采集设备3通过信号线路传输到计算机处理系统4，计算机处理系统4再传输信号到平台位置控制器5，平台控制器5使平台1在X-Y上平移扫描。

图3所示为平台1移动后，某一小部分A成像在图像采集传感器7的长度方向上第二个三等分C区域上，得到第二小幅图像；图像采集完成后，图像采集设备3通过信号线路传输到计算机处理系统4，计算机处理系统4再传输信号到平台位置控制器5，平台控制器5使平台1在X-Y上平移扫描。

图4所示为平台1移动后，某一小部分A成像在图像采集传感器7的长度方向上第三个三等分D区域上，得到第三小幅图像；图像采集完成后，图像采集设备3通过信号线路传输到计算机处理系统4，计算机处理系统4再传输信号到平台位置控制器5上。

至此，被检物9的同一小部分A成像在图像采集设备的图像采集传感器7上三个不同区域，共采集了三小幅图像，三小幅图像的聚焦程度不同，选取该小部分A成像最清晰的一小幅图像进行图像处理。同理，被检物其它小部分均可按此方法进行采集图像并进行图像处理，最后将聚焦最佳的图像拼接成一幅完成的清晰图像，完成了高速自动聚焦扫描成像。

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 (5)

1.一种增加反射元件提高景深的自动聚焦装置，其特征在于，包含平台(1)，镜头(2)，反射元件(3)，图像采集设备(4)，计算机处理系统(5)，以及平台位置控制器(6)；所述平台(1)可沿X、Y、Z三个坐标轴移动；所述图像采集设备(4)中设置一个图像采集传感器(7)；所述反射元件(3)的法线与镜头的光轴形成一定的倾角(θ)，其角度范围为39.5°<θ<50.5°；所述图像采集设备(4)通过信号线路与所述的计算机处理系统(5)连接，将图像采集设备(4)采集到的图像信息传输给计算机处理系统(5)进行分析处理；所述平台位置控制器(6)通过信号线路分别与所述的平台(1)、计算机处理系统(5)连接，所述计算机处理系统(5)根据处理结果，再传输命令信号到平台位置控制器(6)，平台位置控制器(6)使平台(1)平移扫描。

2.根据权利要求1所述的增加反射元件提高景深的自动聚焦装置，其特征在于，所述图像采集传感器(7)选用CCD、CMOS或其它型号的图像采集传感器。

3.根据权利要求1所述的增加反射元件提高景深的自动聚焦装置，其特征在于，所述倾角(θ)为41°，保证被检物(9)中心视场成像在图像采集传感器(7)的中心上，且图像采集传感器(7)上部分图像清晰，光学系统的景深达到3δ。

4.根据权利要求1-3任一所述的增加反射元件提高景深的自动聚焦装置的自动聚焦方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)所述图像采集传感器(7)沿着其长度方向上平均分成三等分，在进行X-Y方向上扫描时，通过镜头(2)和反射元件(3)，调整反射元件(3)法线与镜头(2)的光轴倾斜的角度以及与镜头的间距，使图像采集传感器(7)长度方向上三等分分别采集到被检物(9)上某一小部分(A)的三小幅图像，其中总有一小幅图像对于该小部分(A)是清晰的；

2)被检物(9)上的每个部分均能采集到三小幅不同清晰度的图像；

3)最后计算机处理系统(4)把扫描到的被检物(9)的全部聚焦最佳的图像进行处理，拼接得到一幅清晰的完整图像。

5.根据权利要求4所述的增加反射元件提高景深的自动聚焦装置的自动聚焦方法，其特征在于，在步骤1)中，所述三等分中某一区域采集到某一小幅图像后，图像采集设备(3)上的图像采集传感器(7)通过信号线路传输到计算机处理系统(4)，计算机处理系统(4)再根据处理结果，传输命令信号到平台位置控制器(5)，平台控制器(5)使平台(1)在X-Y上平移扫描，最后完成三等分所有区域采集到三小幅图像，其中总有一小幅图像对于该小部分(A)是清晰的。