CN111866365A - 一种能够自动对焦的工业相机及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业相机，尤其是涉及一种能够自动对焦的工业相机及控制方法。包括包括：电动镜头：能够电动对焦调节，通过镜头接口与机身连接；镜头接口：设有信号探针，与电动镜头接触进行通信；机身：设置有控制器，用于驱动电动镜头对焦，并进行镜头成像的数字转换并将其传输至外部设备；供电电路：通过电源连接器与电源适配器连接，用于产生相机内部各电路需要的电源。能够在没有人工干预的情况自动完成整个调焦过程，时间快、精度高。

Description

一种能够自动对焦的工业相机及控制方法
技术领域
本发明涉及一种工业相机，尤其是涉及一种能够自动对焦的工业相机及控制方法。
背景技术
近几年来，随着工业4.0的发展，机器视觉已成功应用到各行各业，比如自动驾驶、自动光学检测、医疗、人工智能等等。工业相机作为机器视觉系统中一个关键组件，就好比人类的眼睛，起着至关重要的作用。工业相机其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号，工业相机通常由机身和镜头组成，镜头将物体通过光学原理生成清晰的像面，机身则将光信号转换成电信号，然后输出图像数据。在使用工业相机之前，有一必要步骤，就是需调节镜头对焦，使成像达到最清晰，目前市场上的工业相机都是采用手动调节镜头对焦，在许多应用场合，带来了极大不便，比如当工业相机安装在高处，或者安装在狭小的空间，这些都不便于人工操作；即使人工能方便操作，有时相机和PC相隔太远，调节过程中人员不知道是否将镜头调到最佳位置，这种情况往往需要两个人配合，增加人力成本。特别是在需要对焦调节频率较高的场合，极不方便。目前市场上也有一些商用电动镜头，例如佳能和尼康，这些镜头中有许多光学素质不错的产品是可以满足工业应用，但是工业相机机身不支持电动调节，也无法将这些镜头的电动功能发挥作用，如何实现一种能够支持电动镜头，并且能够自动对焦的工业相机就是本发明要解决的问题。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，包括：
电动镜头：能够电动对焦调节，通过镜头接口与机身连接；
镜头接口：设有信号探针，与电动镜头接触进行通信；
机身：设置有控制器，用于驱动电动镜头对焦，并进行镜头成像的数字转换并将其传输至外部设备；
供电电路：通过电源连接器与电源适配器连接，用于产生相机内部各电路需要的电源。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述控制器包括镜头驱动电路，与镜头接口连接，所述镜头驱动电路用于产生镜头需要的信号电平并将其通过镜头接口传输至电动镜头驱动器驱动其电动对焦调节。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述控制器还包括CMOS图像传感器，设置在电动镜头后方，用于光电转换，接收电动镜头传输的镜头成像，并将其转换成数字图像数据。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述控制器还包括FPGA模块，与CMOS图像传感器和镜头驱动电路连接，用于接收数字图像数据并对其进行图像处理，将处理后的图像信号传输给CameraLink接口电路；同时给镜头驱动电路控制信号用于自动对焦控制电动镜头。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述控制器还包括DDR3存储模块，与FPGA模块连接，用于数据缓存。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述控制器还包括CameraLink接口电路，与FPGA模块连接，用于产生标准的CameraLink接口电平，供外部电缆连接。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述控制器还CameraLink连接器，CameraLink接口电平通过CameraLink连接器与外部电缆连接。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，镜头接口处设有8根信号探针，8根探针能够与镜头上的触点连接，实现电气连接。
在上述的一种能够自动对焦的工业相机，所述机身为一个机身外壳，镜头接口、供电电路以及控制器均设置在外壳内。
一种能够自动对焦的工业相机的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1、电动镜头捕捉镜头画面，并通过CMOS图像传感器转换成数字图像信号传至FPGA模块中待处理；
步骤2、程序控制镜头调焦电机从0向最大值正向旋转，步进值100，每旋转一次步进值的位移，进行取图并计算图片亮度值，再保存亮度值和当前调焦电机的位置，生成亮度值与位置的表格，直到调焦电机旋转到最大位置，完成电动镜头全范围粗调。
步骤3、从生成的亮度值与位置表格中寻找最大亮度值对应的位置，记为位置A，控制调焦电机移动到位置A。
步骤4、然后进行微调，控制调焦电机从A-100的位置以步进值1旋转到A+100的位置，每次旋转进行取图并计算图片亮度值，再保存亮度值和当前调焦电机的位置，生成亮度值与位置的表格。
步骤5、从步骤4生成的表格中找到最大的亮度值对应的位置，控制调焦电机移动到该位置，该位置为最佳调焦点，完成对焦过程。
因此，本发明具有如下优点：能够在没有人工干预的情况自动完成整个调焦过程，时间短、精度高。
附图说明
附图1是本发明的一种硬件连接结构示意图。
附图2是本发明的镜头接口的结构示意图。
附图3是本发明的控制方法流程示意图。
附图4是未对焦时获取的图像示意图。
附图5是完成粗调对焦后获取的图像示意图。
附图6是完成微调对焦后获取的图像示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
如图1所示，本发明主要包括：
1)电动镜头：具有电动对焦调节功能的电动镜头通过镜头接口与机身连接。
2)镜头接口：机身上的镜头接口带有信号探针，可与电动镜头接触进行通信。
3)镜头驱动电路：用于产生镜头需要的信号电平。
4)CMOS图像传感器：用于光电转换，将镜头成像转换成数字图像数据。
5)FPGA：一方面用于图像处理，处理后的图像信号传输给CameraLink接口电路。另一方面用于自动对焦控制。
6)DDR3：用于数据缓存。
7)CameraLink接口电路：用于产生标准的CameraLink接口电平，然后传输到CameraLink连接器，供外部电缆连接。
8)电源连接器：用于连接电源适配器，供电电路用于产生相机内部各电路需要的电源。
如图3所示，本发明提供能够自动对焦的工业相机的控制方法，包括：
步骤1、电动镜头捕捉镜头画面，并通过CMOS图像传感器转换成数字图像信号传至FPGA模块中待处理；
步骤2、程序控制镜头调焦电机从0向最大值正向旋转，步进值100，每旋转一次步进值的位移，进行取图并计算图片亮度值，再保存亮度值和当前调焦电机的位置，生成亮度值与位置的表格，直到调焦电机旋转到最大位置，完成电动镜头全范围粗调。
步骤3、从生成的亮度值与位置表格中寻找最大亮度值对应的位置，记为位置A，控制调焦电机移动到位置A。
步骤4、然后进行微调，控制调焦电机从A-100的位置以步进值1旋转到A+100的位置，每次旋转进行取图并计算图片亮度值，再保存亮度值和当前调焦电机的位置，生成亮度值与位置的表格。
步骤5、从步骤4生成的表格中找到最大的亮度值对应的位置，控制调焦电机移动到该位置，该位置为最佳调焦点，完成对焦过程。
下面结合一个具体实例进行说明。
本实例使用的电动镜头调焦电机移动范围为0～4200，首先，电动镜头捕捉镜头画面，得到如图4所示画面，开启自动对焦功能后，进入粗调阶段，电动镜头开始从0开始正向旋转，步进量为100，完成第一次旋转后，调焦电机位置到达100，然后取图，相机内部处理器计算图片亮度值，并将亮度值与当前位置存储在相机内部存储器，然后再次旋转，位置到达200，再次取图计算图片亮度值，并将亮度值与当前位置存储在相机内部存储器，依次类推，直到调焦电机旋转到4200的位置，总共产生43个亮度值，处理器将这43个亮度值与对应的位置生成表格，然后从中找到最大亮度值对应的位置，本实例最大亮度对应的位置为2700，处理器控制调焦电机旋转到该位置，完成对焦粗调，得到图5所示画面。接下来进入微调阶段，调焦电机先移动到2700-100＝2600的位置，然后开始正向旋转，步进量为1，完成第一次旋转后，调焦电机位置到达2601，然后取图，相机内部处理器计算图片亮度值，并将亮度值与当前位置存储在相机内部存储器，然后再次旋转，位置到达2602，再次取图计算图片亮度值，并将亮度值与当前位置存储在相机内部存储器，依次类推，直到调焦电机旋转到2700+100＝2800的位置，总共产生201个亮度值，处理器将这201个亮度值与对应的位置生成表格，然后从中找到最大亮度值对应的位置，本实例最大亮度对应的位置为2763，处理器控制调焦电机旋转到该位置，完成对焦微调，得到图6所示画面，2763即为本次调焦的最佳位置。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，包括：
电动镜头：能够电动对焦调节，通过镜头接口与机身连接；
镜头接口：设有信号探针，与电动镜头接触进行通信；
机身：设置有控制器，用于驱动电动镜头对焦，并进行镜头成像的数字转换并将其传输至外部设备；
供电电路：通过电源连接器与电源适配器连接，用于产生相机内部各电路需要的电源。
2.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述控制器包括镜头驱动电路，与镜头接口连接，所述镜头驱动电路用于产生镜头需要的信号电平并将其通过镜头接口传输至电动镜头驱动器驱动其电动对焦调节。
3.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述控制器还包括CMOS图像传感器，设置在电动镜头后方，用于光电转换，接收电动镜头传输的镜头成像，并将其转换成数字图像数据。
4.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述控制器还包括FPGA模块，与CMOS图像传感器和镜头驱动电路连接，用于接收数字图像数据并对其进行图像处理，将处理后的图像信号传输给CameraLink接口电路；同时给镜头驱动电路控制信号用于自动对焦控制电动镜头。
5.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述控制器还包括DDR3存储模块，与FPGA模块连接，用于数据缓存。
6.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述控制器还包括CameraLink接口电路，与FPGA模块连接，用于产生标准的CameraLink接口电平，供外部电缆连接。
7.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述控制器还CameraLink连接器，CameraLink接口电平通过CameraLink连接器与外部电缆连接。
8.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，镜头接口处设有8根信号探针，8根探针能够与镜头上的触点连接，实现电气连接。
9.根据权利要求1所述的一种能够自动对焦的工业相机，其特征在于，所述机身为一个机身外壳，镜头接口、供电电路以及控制器均设置在外壳内。
10.一种能够自动对焦的工业相机的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1、电动镜头捕捉镜头画面，并通过CMOS图像传感器转换成数字图像信号传至FPGA模块中；
步骤2、FPGA模块对数字图像信号进行处理，经FPGA处理后得到图像数据，对图像数据进行计算评估，判断是否合焦，若尚未合焦，再判断镜头调节的方向和调节量，然后将调节参数通过镜头驱动电路发送给电动镜头，驱动电动镜头根据参数进行运动；
步骤3、重复步骤1、2直至镜头调到最佳位置，即合焦。
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