CN113532274A - 光学影像测量设备、方法、存储介质和终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学影像测量设备、方法、存储介质和终端，属于光学影像测量领域，设备包括光学成像装置、主控装置和预标定装置；光学成像装置采用一组位移组件；主控装置与光学成像装置电性连接，用于接收预定焦距信息、发出调焦位移信息和采集图像信息；预标定装置包括自上而下依次设置的特征板和标定位调组件，测量前，获得光学成像装置与预标定装置的对应预标定信息，测量时仅需通过一组位移组件控制图像采集，并根据预标定信息，计算获得待测物的高度和图像放大倍率，实现单位移组件获得平面二维尺寸测量。本申请的测量设备，只需要一组位移组件，仅需对设备进行预标定即可，以此省去第二组位移组件，节省了成本，提高了测量效率。

Description

光学影像测量设备、方法、存储介质和终端

技术领域

本申请属于光学影像测量领域，具体涉及一种基于焦距预标定的光学影像测量设备、方法、存储介质和终端。

背景技术

随着科技的发展，对光学影像测量设备的测量精度与测量速度的要求越来越高，而测量精度与测量速度的提高建立在快速准确获取高质量图像的基础上，快速自动对焦成为影像设备必不可以少的功能之一。

自动对焦是通过一系列过程来完成的，比如：拍摄运动过程中的图像、处理图像、计算清晰面位置、反馈清晰面位置结果以及定位到清晰面等。在精密影像测量设备中，自动聚焦必须保证光学系统光学倍率不变的情况下，通过自动聚焦功能找到清晰面，也就是只能调整待测物离光学系统的距离来得到清晰的图像。

现有技术中，大多数传统的光学系统通过引入电磁驱动马达和/或压电驱动装置来移动光学成像装置以调整光学成像装置与待测物之间的距离，并实现自动聚焦功能。在调整的过程中实际上是一段距离的机械运动。如我司已开发技术(专利申请号：202110398924.1)公开了一种基于光学影像测量设备的快速聚焦方法及聚焦设备，其涉及方案为：快速聚焦设备包括主控装置、光学成像装置和第二位移装置，其中，光学成像装置包括镜头组件、反射镜、图像传感器和第一位移组件，图像传感器与第一位移组件电性连接主控装置，第一位移组件用于驱动反射镜进行位移运动，图像传感器用于获取经过镜头组件成像的待测物的图像信息并将其发送给主控装置；第二位移装置电性连接主控装置，主控装置用于根据接收的图像信息确定待测物与光学成像装置之间的聚焦距离，并根据聚焦距离发送位移指令给第一位移组件，以使得第一位移组件驱动反射镜位移运动至原始位置，以及发送位移指令给第二位移装置，以使得第二位移装置驱动光学成像装置运动至目标位置，实现聚焦。该方案的问题在于:对应的聚焦方案需要第一位移组件和第二位移装置都参与聚焦，其原理为第一位移组件判断聚焦位置后，图像传感器已经可以获得清晰图像；之所以，需要第二位移装置再次动作，是反射镜组件移动后，镜头组件的放大倍率变化。由于光学成像装置的体积与质量都较大，具有相当大的系统惯性，在运动的过程中容易导致自动对焦系统响应速度较慢，无法快速实现自动对焦，严重影响测量设备的测量效率。而该方案需第二位移的移动步骤，仍存在设备复杂问题，需进一步在保证聚焦效率和精度的基础上精检机械机构，降低成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供光学影像测量设备、方法、存储介质和终端，其能解决上述问题。

一种基于焦距预标定的光学影像测量设备，设备包括光学成像装置、主控装置和预标定装置；

所述光学成像装置包括镜头组件、分光组件、反射镜、图像采集单元和一组位移组件，用于对待测物的图像信息采集；

所述主控装置与所述光学成像装置电性连接，用于接收预定焦距信息、发出调焦位移信息和采集图像信息；

所述预标定装置包括自上而下依次设置的特征板和标定位调组件，实际测量前，获得光学成像装置与预标定装置的对应预标定信息，实际测量时，仅需通过一组所述位移组件控制图像采集，并根据所述反射镜的目标位置P_t和所述预标定信息，计算获得待测物的高度和图像放大倍率，以此实现单组位移组件获得平面二维尺寸测量。

优选的，所述预标定装置的标定位调组件包括精密Z向位移台和二维角度调整台；其中，所述精密Z向位移台设置在所述特征板下方，用于调节特征板的高度H；所述二维角度调整台设置在所述精密Z向位移台下方，用于调节特征板表面与光学成像装置的光轴夹角。

本发明还提供了一种基于焦距预标定的光学影像测量方法，方法包括：

P1、焦距预标定，获取光学成像装置的预标定信息；

P2、待测物放置，将待测物放置到光学成像装置的镜头组件下方的检测台上；

P3、位移组件驱动反射镜移动，图像采集单元同步获取一系列图像，每张图像I_i与反射镜位置P_i一一对应，计算各图像清晰度C_i，得到图像清晰度与反射镜的位置关系曲线F(C_i,P_i)，其中1≤i≤n，n为大于等于3的正整数，根据该曲线确定清晰度最高的图像C_max对应的反射镜的目标位置P_t；

P4、根据反射镜的目标位置P_t和预标定信息，计算待测物的高度和图像放大倍率，以实现待测物图像的平面二维尺寸测量。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行前述方法的步骤。

本发明还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行前述方法的步骤。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请的测量设备，只需要一组位移组件，仅需对设备进行预标定即可，以此省去第二组位移组件，节省了成本，提高了测量效率。

附图说明

图1为本申请的基于焦距预标定的光学影像测量设备示意图；

图2为本申请的光学影像测量设备的不同反射镜布置示意图；

图3为预标定装置的示意图；

图4为特征板的示意图；

图5为测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

第一实施例

一种基于焦距预标定的光学影像测量设备，参见图1，设备包括光学成像装置10、主控装置20和预标定装置30。所述主控装置20与所述光学成像装置10电性连接，用于接收预定焦距信息、发出调焦位移信息和采集图像信息。实际测量前，获得光学成像装置10与预标定装置30的对应预标定信息，实际测量时，仅需通过一组位移组件15控制图像采集，并根据光学成像装置10中反射镜13的目标位置P_t和预标定信息，计算获得待测物1的高度和图像放大倍率，以此实现单位移组件获得平面二维尺寸测量。具体结构如下。

光学成像装置

光学成像装置10，参见图1和图2，包括镜头组件11、分光组件12、反射镜13、图像采集单元14和一组位移组件15，用于对待测物1的图像信息采集。

图像采集单元14与位移组件15电性连接主控装置20，位移组件15用于驱动反射镜13进行位移运动，图像采集单元14用于获取经过镜头组件11成像的待测物1的图像信息并将其发送给主控装置20。

分光组件12位于图像采集单元14与反射镜13之间，分光组件12用于将经过镜头组件11的光进行分光。根据所需光的特性利用分光组件12来进行选择以满足需求，比如：需要偏振光、某些波段的光等。通过分光组件12的光到达图像采集单元14上后光能量将损失一半，故不适用对于进光量要求高的系统。分光组件12内的分光镜与镜头组件11的主光线可以是任意角度，本申请不做限定。分光组件12中的分光元件包括棱镜、分光镜、偏振分光镜、二向色镜中的一种。

位移组件15受控的驱动所述反射镜13运动实现光轴对准待测物1。在一实施例中，位移组件15包括驱动组件(图中未显示)与滑动组件(图中未显示)，反射镜13固定安装于滑动组件上，反射镜13在驱动组件的驱动力下跟随滑动组件做运动。

驱动组件包括微机电驱动、小型电磁驱动、压电驱动等，驱动组件根据需求选择适合的驱动组件，当然并不仅限于上述若干驱动。滑动组件优选包括滑块与滑轨的方式，当然并不仅限定于此。

在一具体实施例中，如图1和图2所示，镜头组件11为光学倍率为0.3倍的远心镜头，镜头组件11的质量达到700g左右，并匹配35mm的图像采集单元，用于检测某一物体上的胶形，胶的特点是掺有荧光剂的UV胶，检测该胶时需通过紫外光365nm来激发产生可见光为400-700nm，为了避免波长为365nm的紫外光进入图像采集单元14中干扰胶形成像，必须滤除400nm一下的波段。故分光组件12优选为透过和反射波段400-700nm的分光镜，透射和反射比例为1:1。在本实施例中，如若采用传统的聚焦方式，通过整个光学成像系统(包括镜头组件、图像采集单元等)运动来搜寻清晰面，由于整个光学成像系统质量较大，因此其运动所需的驱动力也较大，导致光学成像系统的相应速度慢，聚焦速度也慢。而应用本申请实施例提供的快速聚焦方法即将整个光学系统的运动的搜寻过程采用小的反射镜的运动搜寻来替代，小的反射镜的质量较小大大提高聚焦的速度。

具体地，在位移组件15上安装有反射镜13，反射镜13在驱动组件的驱动力下进行移动运动，图像采集单元14捕捉到运动过程中待测物图像，并将其发送给主控装置20，主控装置20根据特定的图像算法将待测物图像数据与标准图像进行匹配，如果匹配率增大则说明平面反射镜的运动方向正确；反之，反射镜13的运动反向需要向相反方向运动。通过位移组件15驱动反射镜13平移运动在图像采集单元14的接收面上会呈现不同清晰程度的图像，主控装置20根据接收的图像信息和预标定信息进行分析计算，并发送指令给位移组件15，以使得位移组件15驱动反射镜13向正确的方向运动。图像采集单元14获取运动过程中的图像信息并发送给主控装置20，直到反射镜13运动至位置P_t时，图像采集单元14的接收面上呈现清晰的像，主控装置20根据获取当前反射镜13的位置和预标定信息，并计算出聚焦距离，实现平面二维尺寸测量。

在另一个具体实施例中，镜头组件11的光学倍率为0.75～4.5X连续变倍镜头，光学成像装置10通常要配置多角度多环光和其他配件(图中未显示)。如果采用传统的聚焦方式，光学成像装置10的质量较大，严重降低聚焦的速度，同时这种镜头NA通常较小，进光量相对较小。为了尽可能提高进光量，直接在镜头组件11的后面加入反射镜13。在反射镜13移动之前，待测物面经过光学成像装置10成像在成像接收面的后面，通过反射镜13的运动使得图像采集单元14的接收面成像不同清晰程度的图像，具体测量方法同上，此处不再赘述。

主控装置

主控装置20包括标定模块、图像处理及焦距判定模块、存储模块和聚焦驱动模块。

标定模块用于预先标定反射镜13移动距离与图像采集单元14放大倍率的关系，以获取预标定信息。

图像处理及焦距判定模块用于接收图像采集单元14采集的待测物1的图像信息，并根据预标定信息与图像信息判定实际焦距。

存储模块用于存储聚焦程序、实时预标定信息、实时采集的图像信息以及形成的实际焦距信息。

聚焦驱动模块用于根据实际焦距信息形成位移驱动信息，并驱动所述位移组件15根据所述位移驱动信息快速移动至目标位置实现自动对焦。

主控装置20用于根据接收的图像信息确定待测物1与光学成像装置10之间的聚焦距离，并根据存储的预标定信息和聚焦距离发送位移指令给位移组件15，以使得位移组件15驱动反射镜13位移运动目标位置，实现聚焦。

预标定装置

预标定装置30，参见图3和图4，包括自上而下依次设置的特征板31和标定位调组件。

特征板31，参见图4，包括板体311和设在板体311上的多个同心圆312。各同心圆312的直径已知。

标定位调组件包括精密Z向位移台32和二维角度调整台33；其中，精密Z向位移台32设置在特征板31下方，用于调节特征板31的高度H；二维角度调整台33设置在精密Z向位移台32下方，用于调节特征板31表面与光学成像装置10的光轴夹角。

其中，精密Z向位移台32和二维角度调整台33采用手动调节或自动调节模式。

其中，精密Z向位移台32如采用Z轴滑台，而二维角度调整台33则可采用角度调节滑台，二者组合使用，实现高度和角度的调节，可以采用手动滑台，如匹配千分尺或角度尺的手调旋钮；也可以电动滑台，如增加步进电机驱动等方式调节。

当然，还可以增加旋转滑台等，使得承载物在XY平面内旋转。

第二实施例

一种基于焦距预标定的光学影像测量方法，参见图5，方法包括以下步骤。

P1、焦距预标定，获取光学成像装置10的预标定信息；步骤P1包括以下步骤：

—P11、将光学成像装置10固定在的预标定装置30上方，镜头组件11正对特征板31；

—P12、调节光学成像装置10的高度(通过精密Z向位移平台32)，使特征板31上的特征成像清晰；

—P13、调节二维角度调整台33，使其表面与光学成像装置10光轴垂直；

—P14、调节过精密Z向位移台32改变特征板31的高度H_i，此时特征板31上的特征成像模糊，调整反射镜13的位置，使成像清晰，记录反射镜13的位置P_i、并通过图像计算放大倍率M_i；

—P15、继续调节精密Z向位移台32改变特征板31的不同高度H₁、H₂、…、H_i…、H_n，得到特征板31的高度H_i与反射镜13位置P_i的关系曲线F(H_i,P_i)，以及放大倍率M_i与反射镜13位置P_i的关系曲线G(M_i,P_i)，其中，1≤i≤n，n为大于等于3的正整数；

—P16、标定完成，将光学成像装置10从预标定装置30上取下。

由此，在实际测量前，获得了反射镜13移动距离与图像采集单元14放大倍率的关系的确定，完成了光学成像装置10的标定。

P2、待测物放置，将待测物1放置到光学成像装置10的镜头组件11下方的检测台上。

P3、位移组件15驱动反射镜13移动，图像采集单元14同步获取一系列图像，每张图像I_i与反射镜13位置P_i一一对应，计算各图像清晰度C_i，得到图像清晰度与反射镜13的位置关系曲线F(C_i,P_i),其中1≤i≤n，n为大于等于3的正整数，根据该曲线确定清晰度最高的图像C_max对应的反射镜13的目标位置P_t，目标位置P_t∈位置P_i。

即，在控制上，主控装置20根据待测物1对应的实际焦距信息发出位移驱动信息，位移组件15根据位移驱动信息驱动反射镜13快速移动至目标位置P_t实现自动对焦，使得图像采集单元成像清晰。

P4、根据反射镜13的目标位置P_t和预标定信息，计算待测物1的高度和图像放大倍率，以实现待测物1图像的平面二维尺寸测量。

即，计算待测物高度和图像放大倍率：根据反射镜位置和预标定信息，计算待测物高度和图像放大倍率，以实现待测物图像的平面二维尺寸测量。

效果：通过预标定，仅需一组位移组件15即可实现对待测物1的图像测量，而无需第二组位移组件15，这减少了零部件降低了成本。

第三实施例

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行前述方法的步骤。其中，所述方法请参见前述部分的详细介绍，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(PRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(tranPitory media)，如调制的数据信号和载波。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Pcala、Pmalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、ViPualBaPic、Fortran2003、Perl、COBOL2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或处理设备上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(PaaP)。

第四实施例

本发明还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有数据提供方信息和能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行前述方法的步骤。其中，所述方法请参见前述部分的详细介绍，此处不再赘述。

需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于焦距预标定的光学影像测量设备，其特征在于：设备包括光学成像装置(10)、主控装置(20)和预标定装置(30)；

所述光学成像装置(10)包括镜头组件(11)、分光组件(12)、反射镜(13)、图像采集单元(14)和一组位移组件(15)，用于对待测物(1)的图像信息采集；

所述主控装置(20)与所述光学成像装置(10)电性连接，用于接收预定焦距信息、发出调焦位移信息和采集图像信息；

所述预标定装置(30)包括自上而下依次设置的特征板(31)和标定位调组件，实际测量前，获得所述光学成像装置(10)与所述预标定装置(30)的对应预标定信息，实际测量时，仅需通过一组所述位移组件(15)控制图像采集，并根据所述反射镜(13)的目标位置P_t和所述预标定信息，计算获得所述待测物(1)的高度和图像放大倍率，以此实现单组所述位移组件(15)获得平面二维尺寸测量。

2.根据权利要求1所述的光学影像测量设备，其特征在于：所述预标定装置(30)的所述标定位调组件包括精密Z向位移台(32)和二维角度调整台(33)；其中，所述精密Z向位移台(32)设置在所述特征板(31)下方，用于调节所述特征板(31)的高度H；所述二维角度调整台(33)设置在所述精密Z向位移台(32)下方，用于调节所述特征板(31)表面与所述光学成像装置(10)的光轴夹角。

3.根据权利要求2所述的光学影像测量设备，其特征在于：所述特征板(31)包括板体(311)和设在所述板体(311)上的多个同心圆(312)；所述精密Z向位移台(32)和所述二维角度调整台(33)采用手动调节或自动调节模式。

4.根据权利要求2所述的光学影像测量设备，其特征在于：所述位移组件(15)受控的驱动所述反射镜(13)运动实现光轴对准所述待测物(1)。

5.根据权利要求2所述的光学影像测量设备，其特征在于：

所述主控装置(20)包括标定模块、图像处理及焦距判定模块、存储模块和聚焦驱动模块；其中，所述标定模块用于预先标定所述反射镜(13)移动距离与所述图像采集单元(14)放大倍率的关系，以获取所述预标定信息；所述图像处理及所述焦距判定模块用于接收所述图像采集单元(14)采集的所述待测物(1)的图像信息，并根据所述预标定信息与所述图像信息判定实际焦距；所述存储模块用于存储聚焦程序、所述实时预标定信息、实时采集的所述图像信息以及形成的实际焦距信息；所述聚焦驱动模块用于根据所述实际焦距信息形成位移驱动信息，并驱动所述位移组件(15)根据所述位移驱动信息快速移动至目标位置实现自动对焦。

6.一种基于焦距预标定的光学影像测量方法，其特征在于，方法包括：

P1、焦距预标定，获取光学成像装置(10)的预标定信息；

P2、待测物放置，将待测物(1)放置到所述光学成像装置(10)的镜头组件(11)下方的检测台上；

P3、位移组件(15)驱动反射镜(13)移动，图像采集单元(14)同步获取一系列图像，每张图像I_i与所述反射镜(13)位置P_i一一对应，计算各图像清晰度C_i，得到所述图像清晰度C_i与所述反射镜(13)的位置关系曲线F(C_i,P_i),其中1≤i≤n，n为大于等于3的正整数，根据该曲线确定清晰度最高的图像C_max对应的所述反射镜(13)的目标位置P_t；

P4、根据所述反射镜(13)的所述目标位置P_t和所述预标定信息，计算所述待测物(1)的高度和图像放大倍率，以实现所述待测物(1)图像的平面二维尺寸测量。

7.根据权利要求6所述的光学影像测量方法，其特征在于，步骤P1包括以下步骤：

P11、将所述光学成像装置(10)固定在所述预标定装置(30)上方，所述镜头组件(11)正对特征板(31)；

P12、调节所述光学成像装置(10)的高度，使所述特征板(31)上的特征成像清晰；

P13、调节二维角度调整台(33)，使其表面与所述光学成像装置(10)光轴垂直；

P14、调节过精密Z向位移台(32)改变所述特征板(31)的高度H_i，此时所述特征板(31)上的特征成像模糊，调整所述反射镜(13)的位置，使成像清晰，记录所述反射镜(13)的位置P_i、并通过图像计算放大倍率M_i；

P15、继续调节所述精密Z向位移台(32)改变所述特征板(31)的不同高度H₁、H₂、…、H_i…、H_n，得到所述特征板(31)的高度H_i与所述反射镜(13)位置P_i的关系曲线F(H_i,P_i)，以及放大倍率M_i与所述反射镜(13)位置P_i的关系曲线G(M_i,P_i)，其中，1≤i≤n，n为大于等于3的正整数；

P16、标定完成，将所述光学成像装置(10)从所述预标定装置(30)上取下。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于：所述计算机指令运行时执行权利要求6或7所述方法的步骤。

9.一种终端，包括存储器和处理器，其特征在于：所述存储器上储存有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求6或7所述方法的步骤。

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