CN114236746A - 光学镜头敏感镜片全自动调芯方法 - Google Patents

光学镜头敏感镜片全自动调芯方法 Download PDF

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杨文冠
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    • G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
    • G02B7/38—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals measured at different points on the optical axis, e.g. focussing on two or more planes and comparing image data

Abstract

本发明提出一种光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，包括以下步骤：成像传感器从初始位置沿Z轴向不断接近镜头，图像中心区域的成像历经从模糊到清晰再到模糊的过程，于图像中心区域由清晰到模糊的临界时停止并定义当前位置为对焦初始位置；使成像传感器Z轴向接近镜头至对焦初始位置，并由该对焦初始位置开始远离镜头进行中心对焦步骤；在中心对焦完成后，使镜头的敏感镜片在XY平面移动进行镜片调芯步骤；在镜片调芯完成后，成像传感器Z轴向到达对焦初始位置并由该对焦初始位置开始远离镜头执行离焦步骤。本发明针对调芯设备与调芯工序设置独特的调芯算法，使调芯设备自动执行镜头镜片的调芯操作，有效提升调芯效率与镜头解析度良品率。

Description

光学镜头敏感镜片全自动调芯方法
本申请是分案申请，原申请的申请号为202110790104.7，申请日为2021年07月13日，发明名称为“光学镜头镜片调芯方法及系统”。
技术领域
本发明涉及光学镜头敏感镜片全自动调芯方法。
背景技术
一个光学镜头是由多块镜片组成，其中光学设计会识别出当中的敏感镜片，这个敏感镜片的位置变化对光学镜头整体解析度影响非常大，因此，生产中使用镜片调芯设备在水平面移动这个敏感镜片的位置，以获得最佳解析度的位置，实现提高镜头解析度良品率，以及提升镜头解析度品质。
发明内容
本发明提出在镜片调芯设备上应用的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其通过以下技术手段实现：
本发明的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法包括以下步骤：
成像传感器从初始位置沿Z轴向不断接近镜头，图像中心区域的成像历经从模糊到清晰再到模糊的过程，于图像中心区域由清晰到模糊的临界时停止并定义当前位置为对焦初始位置；
使成像传感器Z轴向接近镜头至对焦初始位置，并由该对焦初始位置开始远离镜头进行中心对焦步骤；在中心对焦步骤中，采集多组图像清晰度值及对应的Z轴位置，最终记录图像清晰度最大值所对应的Z轴所在位置FocusBestPosition，并在对焦完成之后将成像传感器移动至位置FocusBestPosition；
在中心对焦完成后，使镜头的敏感镜片在XY平面移动进行镜片调芯步骤；在镜片调芯步骤中包括依次执行的粗调步骤、细调步骤和微调步骤；其中：
粗调步骤以位置FocusBestPosition为中心，使敏感镜片在设定的活动区域内移动以获得各坐标点对应的图像清晰度值，最终记录图像清晰度最大值对应的位置FocusWholeBestPosition1；并在粗调完成后将敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition1；
细调步骤以位置FocusWholeBestPosition1为中心，缩小敏感镜片的活动区域以获得该区域内各坐标点对应的图像清晰度值，最终记录图像清晰度最大值对应的位置FocusWholeBestPosition2；并在细调完成后将敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition2；
微调步骤以位置FocusWholeBestPosition2为中心，进一步缩小敏感镜片的活动区域以获得该区域内各坐标点对应的图像清晰度值，最终记录图像清晰度最大值对应的位置FocusWholeBestPosition3；并在微调完成后将敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition3；
在镜片调芯完成后，成像传感器Z轴向到达对焦初始位置并由该对焦初始位置开始远离镜头执行离焦步骤；在离焦步骤中，采集多组图像清晰度值及对应的Z轴位置，最终记录图像清晰度最大值所对应的Z轴所在位置FocusWholeBestPosition4；在离焦完成后将成像传感器移动至位置FocusWholeBestPosition4。
于本发明的一个或多个实施例当中，在中心对焦步骤中，以对焦过程中Z轴位置或运动距离为横坐标，中心区域的清晰度值FocusVal为纵坐标，输出中心对焦曲线。
于本发明的一个或多个实施例当中，在镜片调芯步骤中，以粗调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出粗调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
于本发明的一个或多个实施例当中，在镜片调芯步骤中，以细调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出细调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
于本发明的一个或多个实施例当中，在镜片调芯步骤中，以微调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出微调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
于本发明的一个或多个实施例当中，在离焦步骤中，以对焦过程中Z轴位置或运动距离为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出离焦曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
本发明的有益效果是：针对调芯设备与调芯工序设置独特的调芯算法，使调芯设备自动执行镜头镜片的调芯操作，包括镜头中心对焦、镜片调芯和镜片离焦三步操作，其中镜片调芯又设置了粗调、细调和微调步骤，有效提升调芯效率与镜头解析度良品率。
附图说明
图1为本发明的总流程图。
图2为本发明的镜头中心对焦流程图。
图3为本发明的镜片调芯粗调流程图。
图4为本发明的镜片调芯细调流程图。
图5为本发明的镜片调芯微调流程图。
图6为本发明的镜片离焦流程图。
图7为本发明的光学镜头镜片调芯系统的架构图。
图8为本发明的光学镜头镜片调芯系统的镜头中心对焦模块、镜片调芯模块与镜头离焦模块的架构图。
图9为本发明的图像采集模块采集图像的画面截图。
图10为本发明的离焦曲线图谱。
具体实施方式
如下结合附图1至10对本申请方案作进一步描述：
参见附图1至6，光学镜头敏感镜片全自动调芯方法包括以下步骤：
S1，通过Z轴机构使成像传感器从初始位置不断接近镜头，图像中心区域的成像历经从模糊到清晰再到模糊的过程，于图像中心区域由清晰到模糊的临时Z轴机构停止，并定义当前位置为对焦初始位置FocusStartPosition；
S2，通过Z轴机构使成像传感器远离镜头，执行中心对焦步骤：
S21，在每次移动前计算当前图像中心区域的清晰度值FocusVal；
S22，将清晰度值FocusVal与预设清晰度最大值FocusRef(清晰度可能的最大值)作比较，以控制下一步移动的距离：
当清晰度值FocusVal与预设清晰度最大值FocusRef的差值大于或等于阈值FocusDiff1时，成像传感器远离镜头移动距离MoveDistance1；
当清晰度值FocusVal与预设清晰度最大值FocusRef的差值大于或等于阈值FocusDiff2且小于阈值FocusDiff1时，成像传感器远离镜头移动距离MoveDistance2；
当清晰度值FocusVal接近或超过预设清晰度最大值FocusRef时，成像传感器远离镜头移动距离MoveDistance3，其中所述的接近是指清晰度值FocusVal与预设清晰度最大值FocusRef的差值小于阈值FocusDiff3；
S23，重复执行步骤S21和S22，记录清晰度值FocusVal出现过的清晰度最大值FocusMax以及在出现该清晰度最大值FocusMax时Z轴所在位置FocusBestPosition；
S24，当清晰度值FocusVal与清晰度最大值FocusMax的差值大于或等于阈值FocusDrop时，对焦完成；在对焦完成后将成像传感器移动至位置FocusBestPosition；
S25，以对焦过程中Z轴位置或运动距离为横坐标，中心区域的清晰度值FocusVal为纵坐标，输出中心对焦曲线；
S3，通过XY轴机构使镜头的敏感镜片在水平面上移动，以执行镜片调芯的粗调步骤：
S31，以当前位置FocusBestPosition作为平面中心，设定X轴和Y轴的活动区域为[XRange1,Yrange1]，以及轴单次的移动量为MoveStep1；
S32，将活动区域[XRange1,Yrange1]以移动量MoveSte1p1为单位划分成网格，网格内的每一交汇点即为运动的停止点；
S33，将敏感镜片遍历运动至每一停止点，并采集位于停止点时图像中心区域的清晰度值FocusValCen和多个周边区域的清晰度值FocusValAround(n)，n＝0,1,2,…；
S34，计算图像总体清晰度FocusWhole；
FocusWhole＝FocusValCen*CenPower+∑n FocusValAround(n)*AroundPower(n)，n＝0,1,2,…；其中，CenPower、AroundPower(n)为各个解析度的加权系数，取值范围是[0,1]；
S35，将总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA(清晰度可能的最大值)作比较，以控制下一步移动的距离：
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffA1时，敏感镜片移动距离MoveDistanceA1；
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffA2且小于阈值FocusWholeDiffA1，敏感镜片移动距离MoveDistanceA2；
当总清晰度值FocusWhole接近或超出预设清晰度最大值FocusWholeRefA时，敏感镜片移动距离MoveDistanceA3，其中所述的接近是指总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusRef的差值小于阈值FocusWholeDiffA3；
S36，遍历各停止点并记录过程中总清晰度FocusWhole出现的总清晰度最大值FocusWholeMax以及与之对应的位置FocusWholeBestPosition1；在遍历各停止点后粗调芯完成，敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition1；
S37，以粗调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出粗调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线；
S4，通过XY轴机构令镜头的敏感镜片在水平面上移动，以执行镜片调芯的细调步骤：
S41，以当前位置FocusWholeBestPosition1作为平面中心，设定X轴和Y轴的活动区域为[XRange2,Yrange2]，以及轴单次的移动量为MoveStep2，其中，XRange2小于XRange1，Yrange2小于Yrange1，MoveStep2小于MoveStep1；
S42，将活动区域[XRange2,Yrange2]以移动量MoveSte1p2为单位划分成网格，网格内的每一交汇点即为运动的停止点；
S43，将敏感镜片遍历运动至每一停止点，并采集位于停止点时图像中心区域的清晰度值FocusValCen和多个周边区域的清晰度值FocusValAround(n)，n＝0,1,2,…；
S44，计算图像总体清晰度FocusWhole；
FocusWhole＝FocusValCen*CenPower+∑n FocusValAround(n)*AroundPower(n)，n＝0,1,2,…；其中，CenPower、AroundPower(n)为各个解析度的加权系数，取值范围是[0,1]；
S45，将总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA(清晰度可能的最大值)作比较，以控制下一步移动的距离：
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffA1时，敏感镜片移动距离MoveDistanceA1；
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffA2且小于阈值FocusWholeDiffA1，敏感镜片移动距离MoveDistanceA2；
当总清晰度值FocusWhole接近或超出预设清晰度最大值FocusWholeRefA时，敏感镜片移动距离MoveDistanceA3，其中所述的接近是指总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusRef的差值小于阈值FocusWholeDiffA3；
S46，遍历各停止点并记录过程中总清晰度最大值FocusWholeMax以及与之对应的位置FocusWholeBestPosition2；在遍历各停止点后，敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition2；
S47，以细调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出细调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线；
S5，通过XY轴机构使镜头的敏感镜片在水平面上移动，以执行镜片调芯的微调步骤：
S51，以当前位置FocusWholeBestPosition2作为平面中心，设定X轴和Y轴的活动范围为[XRange3,Yrange3]，以及轴单次的移动量为MoveStep3，其中，XRange3小于XRange2，Yrange3小于Yrange2，MoveStep3小于MoveStep2；
S52，将活动区域[XRange3,Yrange3]以移动量MoveSte1p3为单位划分成网格，网格内的每一交汇点即为运动的停止点；
S53，将敏感镜片遍历运动至每一停止点，并采集位于停止点时图像中心区域的清晰度值FocusValCen和多个周边区域的清晰度值FocusValAround(n)，n＝0,1,2,…；
S54，计算图像总体清晰度FocusWhole；
FocusWhole＝FocusValCen*CenPower+∑n FocusValAround(n)*AroundPower(n)，n＝0,1,2,…；其中，CenPower、AroundPower(n)为各个解析度的加权系数，取值范围是[0,1]；
S55，将总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA(清晰度可能的最大值)作比较，以控制下一步移动的距离：
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffA1时，敏感镜片移动距离MoveDistanceA1；
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffA2且小于阈值FocusWholeDiffA1，敏感镜片移动距离MoveDistanceA2；
当总清晰度值FocusWhole接近或超出预设清晰度最大值FocusWholeRefA时，敏感镜片移动距离MoveDistanceA3，其中所述的接近是指总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusRef的差值小于阈值FocusWholeDiffA3；
S56，遍历各停止点并记录过程中总清晰度最大值FocusWholeMax以及与之对应的位置FocusWholeBestPosition3；在遍历各停止点后，敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition3；
S57，以微调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出微调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线；
经历粗调、细调到微调步骤，使镜头的敏感镜片定位到更精准的位置；
S6，通过Z轴使成像传感器到达对焦初始位置FocusStartPosition，并由该位置开始不断远离镜头，执行离焦步骤：
S61，在每次移动前采集图像并计算图像中心区域的清晰度值FocusValCen和多个周边区域的清晰度值FocusValAround(n)，n＝0,1,2,…；
S62，计算图像总体清晰度FocusWhole；
FocusWhole＝FocusValCen*CenPower+∑n FocusValAround(n)*AroundPower(n)，n＝0,1,2,…；其中，CenPower、AroundPower(n)为各个解析度的加权系数，取值范围是[0,1]；
S63，将总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefB(清晰度可能的最大值)作比较，以控制下一步移动的距离：
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefB的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffB1时，成像传感器远离镜头移动距离MoveDistanceB1；
当总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值大于或等于阈值FocusWholeDiffB2且小于阈值FocusWholeDiffA1，成像传感器远离镜头移动距离MoveDistanceB2；
当总清晰度值FocusWhole接近或超出预设清晰度最大值FocusWholeRefB时，成像传感器远离镜头移动距离MoveDistanceB3，其中所述的接近是指总清晰度值FocusWhole与预设清晰度最大值FocusWholeRefA的差值小于阈值FocusWholeDiffA3；
S64，重复执行步骤S61-S63，标记过程中总清晰度值FocusWhole出现过的清晰度最大值FocusWholeMax以及在出现该清晰度最大值FocusWholeMax时Z轴所在位置FocusWholeBestPosition4；
S65，当记录的总清晰度值FocusWhole与清晰度最大值FocusWholeMax的差值大于或等于阈值FocusWholeDrop时，或者是当移动总长度超过阈值MoveDistanceMax时，离焦完成；
S66，在离焦完成后将成像传感器移动至位置FocusWholeBestPosition4；
S67，以对焦过程中Z轴位置或运动距离为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出离焦曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
参见附图7至8，执行以上方法的光学镜头镜片调芯系统包括：
图像采集模块，其连接有成像传感器，用于选取图像的中心或/和若干个周边区域拍摄相同特征形状的图形；
运动控制模块，其用于控制XY轴机构以驱使镜头的敏感镜片作水平向运动，以及用于控制Z轴机构驱使成像传感器作竖直向运行；
镜头中心对焦模块，用于对所采集的图像数据进行运算处理以完成镜头对焦，并生成中心对焦数据；
镜片调芯模块，用于对所采集的图像数据进行运算处理以完成镜片调芯，并生成调芯数据；
镜头离焦模块，用于对所采集的图像数据进行运算处理以完成镜头离焦，并生成离焦数据。
具体的，所述镜头中心对焦模块包括用于计算当前图像中心区域清晰度值的第一清晰度计算单元、用于根据当前清晰度值的比较结果产生驱动成像传感器下一步移位距离的指令的第一成像传感器竖直移动计算与控制单元、用于判定清晰度峰值以产生驱动成像传感器移位至与清晰度峰值对应的Z轴位置的指令的第一清晰度峰值判定与定位单元，以及用于输出中心对焦曲线的对焦曲线输出单元；
所述镜片调芯模块包括用于计算当前图像中心和周边区域清晰度值的第二清晰度计算单元、用于根据当前总清晰度值的比较结果产生驱动敏感镜片下一步移位距离的指令的镜片平面移动计算与控制单元、用于执行镜片粗调操作的镜片粗调单元、用于执行镜片细调操作的镜片细调单元、用于执行镜片微调操作的镜片微调单元，以及用于输出调芯曲线的调芯曲线输出单元；
所述镜头离焦模块包括用于计算当前图像中心和周边区域清晰度值的第三清晰度计算单元、用于根据当前总清晰度值的比较结果产生驱动成像传感器下一步移位距离的指令的第二成像传感器竖直移动计算与控制单元、用于判定清晰度峰值以产生驱动成像传感器移位至与清晰度峰值对应的Z轴位置的指令的第二清晰度峰值判定与定位单元，以及用于输出离焦曲线的离焦曲线输出单元。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (6)

1.光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其特征在于，包括以下步骤：
成像传感器从初始位置沿Z轴向不断接近镜头，图像中心区域的成像历经从模糊到清晰再到模糊的过程，于图像中心区域由清晰到模糊的临界时停止并定义当前位置为对焦初始位置；
使成像传感器Z轴向接近镜头至对焦初始位置，并由该对焦初始位置开始远离镜头进行中心对焦步骤；在中心对焦步骤中，采集多组图像清晰度值及对应的Z轴位置，最终记录图像清晰度最大值所对应的Z轴所在位置FocusBestPosition，并在对焦完成之后将成像传感器移动至位置FocusBestPosition；
在中心对焦完成后，使镜头的敏感镜片在XY平面移动进行镜片调芯步骤；在镜片调芯步骤中包括依次执行的粗调步骤、细调步骤和微调步骤；其中：
粗调步骤以位置FocusBestPosition为中心，使敏感镜片在设定的活动区域内移动以获得各坐标点对应的图像清晰度值，最终记录图像清晰度最大值对应的位置FocusWholeBestPosition1；并在粗调完成后将敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition1；
细调步骤以位置FocusWholeBestPosition1为中心，缩小敏感镜片的活动区域以获得该区域内各坐标点对应的图像清晰度值，最终记录图像清晰度最大值对应的位置FocusWholeBestPosition2；并在细调完成后将敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition2；
微调步骤以位置FocusWholeBestPosition2为中心，进一步缩小敏感镜片的活动区域以获得该区域内各坐标点对应的图像清晰度值，最终记录图像清晰度最大值对应的位置FocusWholeBestPosition3；并在微调完成后将敏感镜片运动到位置FocusWholeBestPosition3；
在镜片调芯完成后，成像传感器Z轴向到达对焦初始位置并由该对焦初始位置开始远离镜头执行离焦步骤；在离焦步骤中，采集多组图像清晰度值及对应的Z轴位置，最终记录图像清晰度最大值所对应的Z轴所在位置FocusWholeBestPosition4；在离焦完成后将成像传感器移动至位置FocusWholeBestPosition4。
2.根据权利要求1所述的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其特征在于：在中心对焦步骤中，以对焦过程中Z轴位置或运动距离为横坐标，中心区域的清晰度值FocusVal为纵坐标，输出中心对焦曲线。
3.根据权利要求1所述的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其特征在于：在镜片调芯步骤中，以粗调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出粗调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
4.根据权利要求1所述的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其特征在于：在镜片调芯步骤中，以细调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出细调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
5.根据权利要求1所述的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其特征在于：在镜片调芯步骤中，以微调步骤中各停止点的遍历顺序号为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出微调芯曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
6.根据权利要求1所述的光学镜头敏感镜片全自动调芯方法，其特征在于：在离焦步骤中，以对焦过程中Z轴位置或运动距离为横坐标，清晰度值为纵坐标，输出离焦曲线；其中，分别以不同颜色或线型来标示中心区域清晰度值FocusValCen和周边区域清晰度值FocusValAround(n)所对应的曲线。
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