CN114415364B - 基于时分的多焦点成像系统 - Google Patents
基于时分的多焦点成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114415364B CN114415364B CN202210118047.2A CN202210118047A CN114415364B CN 114415364 B CN114415364 B CN 114415364B CN 202210118047 A CN202210118047 A CN 202210118047A CN 114415364 B CN114415364 B CN 114415364B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- liquid lens
- electrowetting
- time
- liquid interface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 104
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 4
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 7
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 7
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
- G02B26/005—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
本发明提出一种基于时分的多焦点成像系统，包括电润湿液体透镜模块、液体界面峰、谷延时时间测量模块、产生双延时触发信号模块和相机。本发明利用电润湿液体透镜在正弦电压信号激励下其液体界面在两个位置之间周期性振荡，界面的位置对应透镜的焦距，即透镜的焦距在两个焦距之间周期性变化，液体界面振荡的波峰和波谷处速度为零，波峰和波谷对应的时间相对于激励信号有延时，通过产生双延时触发信号装置产生的触发信号外触发相机，使其在液体界面处于波峰和波谷处采集图像，对应的图像为不同焦点成像系统获得的像，即通过时间区分使光学系统成为具有多焦点的成像系统，该系统可实现对不同距离处多目标清晰成像。
Description
技术领域
本发明属于光电成像技术领域，尤其涉及一种基于时分的多焦点成像系统。
背景技术
光学成像系统在机器视觉和视频监控等领域有着极其广泛的应用,光学成像系统分为定焦光学成像系统和变焦光学成像系统；其中，定焦光学成像系统用于视频监控其光学系统只有一个焦距，故成像系统只有一个景深，景深所在位置及景深的范围由焦距决定，目标只有在景深内才能清晰成像，为了扩大监控范围只能增加监控器数量；而变焦光学系统能在一定范围内快速改变系统的焦距，实现对不同位置处的物体或同一物体不同层次的清晰成像，例如用于视频监控，可实现广区域的清晰成像；用于显微镜，可通过层析成像法扩大景深，获得物体清晰的三维图像，其功能是定焦系统无法达到的。
变焦光学系统又分为传统变焦光学系统和以变焦透镜为核心部件的新型变焦光学系统，传统的变焦系统通常由两片或多片(固定)焦距的透镜组合而成，并利用电机和齿轮等机械装置来调节透镜间的相对位置来实现变焦，该系统具有结构复杂、变焦速度慢、精度低、价格昂贵、不利于微型化等缺点，制约了其应用范围。新型变焦光学系统相较于传统变焦光学系统核心优势是可以实现无机械运动的变焦，彭润玲等人在中国发明专利(专利号ZL 200610118878.0)中公开了一种基于介电润湿效应的无机械运动变焦光学系统；S.Liu等人在杂志Opt.Express(S.Liu,H.Hua,Opt.Express,2011,19(1):353-361)公开了利用变焦液体透镜设计的系统可以轻松获得所需的焦距，实现了单次曝光下对样品不同深度的采集，有效扩大了显微镜的景深，但上述方法都是通过改变变焦透镜的驱动信号实现变焦,随着驱动信号的改变,变焦透镜从在之前驱动信号作用下的稳定状态变化至在新驱动信号作用下新的稳定状态,二者的时间间隔是变焦透镜的变焦时间,变焦时间决定着变焦成像的帧率(速度)，变焦透镜从一个稳定状态变化至另一个稳定状态需较长的时间，这限制了变焦成像的帧率，另外实现变焦需改变驱动信号，这增加了系统的复杂性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于时分的多焦点成像系统，既没有机械运动,又无需改变变焦透镜的驱动信号，利用电润湿液体透镜在正弦电压信号激励下其液体界面在波峰和波谷之间周期性振荡，波峰和波谷对应的时间相对于激励信号有延时，产生触发信号外触发相机，获得不同焦点的像。
本发明所述的基于时分的多焦点成像系统，包括电润湿液体透镜模块，液体界面峰、谷延时时间测量模块，产生双延时触发信号模块和相机；
所述电润湿液体透镜模块包括函数发生器、高压放大器、电润湿液体透镜，所述函数发生器产生周期信号经高压放大器放大，激励电润湿液体透镜，在周期信号的作用下，电润湿液体透镜的液体界面在波峰和波谷两个位置之间周期性振荡，界面位置对应电润湿液体透镜的焦距，液体界面振荡处于波峰和波谷时界面运动速度为零；
所述液体界面峰、谷延时时间测量模块测量电润湿液体透镜液体界面的波峰和波谷出现的时刻(相对于时间零点的延时时间)，并将测得的时刻传给产生双延时触发信号模块；
所述产生双延时触发信号模块根据接收的信号，在电润湿液体透镜液体界面的波峰和波谷时刻产生触发相机信号，使相机采集图像。
进一步的，所述函数发生器产生的周期信号为正弦周期信号，电润湿液体透镜的液体界面的振荡有一个波峰和一个波谷，所述电润湿液体透镜的液体界面在波峰和波谷两个位置之间周期性振荡，所述波峰和波谷两个位置对应所述电润湿液体透镜的两个稳定焦距。
进一步的，液体界面峰、谷延时时间测量模块包括He-Ne激光器、光电探测器、示波器和计算机，He-Ne激光器发出的激光经电润湿液体透镜作用在光电探测器探头上，光电探测器的输出信号反映了电润湿液体透镜液体界面位置随时间的变化，将光电探测器的输出接入示波器并将示波器的数据传输至计算机，从而得到电润湿液体透镜的屈光度D随时间的变化，结合函数发生器输出的同步信号，测得液界面峰和谷的延时时间分别为t1和t2。
进一步的，所述产生双延时触发信号模块包括数字延时器和32单片机，函数发生器产生驱动电润湿液体透镜信号的同时产生同步方波信号，所述数字延时器将同步方波信号延时t1，并通过32单片机产生占空比为的PWM波，其中T为光电探测器输出信号的周期，再检测PWM波上升沿和下降沿，产生用于外触发相机的双延时触发信号，使所述相机在液体界面处于波峰和波谷时刻采集图像。
本发明所述的有益效果为：本发明提出的基于时分的多焦点成像系统，利用电润湿液体透镜在正弦电压信号激励下其液体界面在波峰和波谷两个位置之间周期性振荡，界面的位置对应透镜的焦距，即透镜的焦距在波峰和波谷对应的两个焦距之间周期性变化，液体界面振荡的波峰和波谷处速度为零，波峰和波谷对应的时间相对于激励信号有延时，通过产生双延时触发信号装置产生的触发信号外触发相机，在液体透镜界面振荡处于峰和谷时，相机采集并获得清晰的图像,这两个时刻透镜的焦距不同；或者若电润湿液体透镜在不同频率合成的非正弦周期信号激励下，电润湿液体透镜的液体界面的振荡有多个波峰和多个波谷，每个波峰和波谷的位置均分别对应所述电润湿液体透镜稳定的焦距，分别在液体界面处于峰和谷时刻采集图像，光学系统有多个焦点，即有多个景深；每个景深位置不同，实现对不同距离处多目标清晰成像；本发明提出的多焦点成像系统既没有机械运动,又无需改变变焦透镜的驱动信号,具有结构简单、低复杂度、低成本、多焦点、高帧率等优点，可实现对不同距离处的多目标清晰成像，用于监控系统可扩大监控系统的监控范围。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为基于时分的多焦点成像系统结构示意图；
图2为不同时刻双液体透镜的界面；
图3为各信号间的时间关系示意图；
图4为延时t1触发相机采集的图像；
图5为延时t2触发相机采集的图像。
具体实施方式
如图1所示搭建的基于时分的多焦点成像系统，包括电润湿液体透镜模块，液体界面峰、谷延时时间测量模块，产生双延时触发信号模块和相机；
所述电润湿液体透镜模块包括函数发生器、高压放大器、电润湿液体透镜，所述函数发生器产生正弦信号经高压放大器放大，激励电润湿液体透镜，在正弦电压信号的作用下，电润湿液体透镜的液体界面具有一个波峰和一个波谷，液体界面在波峰和波谷两个位置之间周期性振荡，图2为不同时刻双液体透镜界面所处的位置；故其焦距在f1和f2之间周期性振荡，f1和f2的大小由激励电压的幅度和频率共同决定。
所述液体界面峰、谷延时时间测量模块包括He-Ne激光器、光电探测器、示波器和计算机，如图1所示，He-Ne激光器发出的激光经电润湿液体透镜作用在光电探测器探头上，光电探测器的输出信号反映了光强随时间的变化，而液体界面的位置对应液体透镜的焦距，焦距又对应作用在探测器上的光强，故光电探测器的输出信号反映了界面位置随时间的变化，从而得到液体透镜的屈光度D(焦距的倒数)随时间的变化，如图3中②所示，结合函数发生器输出的同步信号，如图3①所示。即可测得液界面峰和谷的延时时间分别为t1和t2，如图3②中所示。
所述产生双延时触发信号模块包括数字延时器和32单片机，函数发生器产生驱动电润湿液体透镜正弦信号的同时产生同步方波信号，所述数字延时器将同步方波信号延时t1，并通过32单片机产生占空比为(T为光电探测器输出信号的周期)的PWM波，如图3③所示，再检测PWM波上升沿和下降沿，产生用于外触发工业相机窄方波信号，即双延时触发信号，如图3④所示，故t1由同步信号延时决定，t2由t1和占空比共同决定；所述相机在液体界面处于波峰和波谷时刻采集图像。
本发明所述的基于时分的多焦点成像系统，其原理是：电润湿液体透镜在正弦电压信号的作用下，其液体界面会产生稳定的周期性振荡，液体界面处在波峰和波谷时，液体界面的运动速度为零，在这两个时刻触发相机采集图像，可得到清晰的图像。对驱动液体透镜正弦信号的同步方波信号，用数字延时器将同步信号延时t1，并用32单片机产生占空比为的PWM波，再检测PWM波上升沿和下降沿，产生用于外触发相机的窄方波信号，即双延时触发信号，用产生的双延时触发信号触发相机采集图像；延时t1采集的图像对应焦距f1的图像,延时t2采集的图像对应焦距f2的图像；可确保相机在液体透镜液体界面的波峰和波谷处采集并获得清晰图像，波峰、波谷对应不同的焦点，即有两个景深，这两个时刻采集的图像也就对应不同焦距光学系统所成的像。
为便于更好的理解本发明的技术方案，下面结合实例进行说明。
在电润湿液体透镜模块中，将输出设置为高阻的函数发生器输出的正弦信号电压调至1.1V(有效值，0.4-1.8V可调)，频率为150HZ(1-800HZ可调)，输入高压放大器，高压放大器的放大倍数调至63.6(0-90可调)，高压放大器输出振幅为70V频率为150HZ的正弦信号驱动液体透镜，此时透镜的界面产生周期性振荡，峰对应焦距为4.1cm，谷对应焦距为4.9cm，即焦距在4.1cm至4.9cm范围内周期性变化。
由液体界面峰、谷延时时间测量模块中的He-Ne激光器、光电探测器、示波器、计算机和电润湿液体透镜模块测得延时时间t1＝1.31ms，t2＝4.99ms，T＝6.7ms。
由产生双延时触发信号模块中的函数发生器、数字延时器和32单片机得到延时1.31ms，占空比为0.55的PWM波，再检测PWM波每一个上升沿和下降沿，产生用来外触发相机采集图像的窄方波信号。
将相机放置距离透镜6.8cm处，并将目标1和目标2放置在透镜的另一侧，距离透镜分别为17.5cm、10.3cm。
双延时触发信号外触发相机采集图像，图4和图5分别为液体界面处于峰和谷时采集的图像。
当所述函数发生器产生的周期信号为不同频率合成的非正弦周期信号时，电润湿液体透镜液体界面的振荡有多个波峰和多个波谷；此时，触发相机分别在多个波峰和波谷时刻采集图像，光学系统有多个焦点，即有多个景深；每个景深的位置不同，可实现对不同距离处多目标清晰成像，该内容在本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于时分的多焦点成像系统，其特征在于，包括电润湿液体透镜模块，液体界面峰、谷延时时间测量模块，产生双延时触发信号模块和相机；
所述电润湿液体透镜模块包括函数发生器、高压放大器、电润湿液体透镜，所述函数发生器产生周期信号经高压放大器放大，激励电润湿液体透镜，在周期信号的作用下，电润湿液体透镜的液体界面在波峰和波谷两个位置之间周期性振荡，界面位置对应电润湿液体透镜的焦距，液体界面振荡处于波峰和波谷时界面运动速度为零；
所述液体界面峰、谷延时时间测量模块测量电润湿液体透镜液体界面的波峰和波谷出现的时刻，并将测得的时刻传给产生双延时触发信号模块；
所述产生双延时触发信号模块根据接收的信号，在电润湿液体透镜液体界面的波峰和波谷时刻产生触发相机信号，使相机采集图像；
其中，所述产生双延时触发信号模块包括数字延时器和32单片机，函数发生器产生驱动电润湿液体透镜信号的同时产生同步方波信号，所述数字延时器将同步方波信号延时t1，并通过32单片机产生占空比为的PWM波，其中T为光电探测器输出信号的周期，再检测PWM波上升沿和下降沿，产生用于外触发相机的双延时触发信号，使所述相机在液体界面处于波峰和波谷出采集图像。
2.根据权利要求1所述的基于时分的多焦点成像系统，其特征在于，所述函数发生器产生的周期信号为正弦周期信号，电润湿液体透镜的液体界面的振荡有一个波峰和一个波谷，所述电润湿液体透镜的液体界面在波峰和波谷两个位置之间周期性振荡，所述波峰和波谷两个位置对应所述电润湿液体透镜的两个稳定焦距。
3.根据权利要求1-2任一项所述的基于时分的多焦点成像系统，其特征在于，液体界面峰、谷延时时间测量模块包括He-Ne激光器、光电探测器、示波器和计算机，He-Ne激光器发出的激光经电润湿液体透镜作用在光电探测器探头上，光电探测器的输出信号反映了电润湿液体透镜液体界面位置随时间的变化，将光电探测器的输出接入示波器并将示波器的数据传输至计算机，从而得到电润湿液体透镜的屈光度D随时间的变化，结合函数发生器输出的同步信号，测得液界面峰和谷的延时时间分别为t1和t2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210118047.2A CN114415364B (zh) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | 基于时分的多焦点成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210118047.2A CN114415364B (zh) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | 基于时分的多焦点成像系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114415364A CN114415364A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114415364B true CN114415364B (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=81278520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210118047.2A Active CN114415364B (zh) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | 基于时分的多焦点成像系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114415364B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103036145A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种多窄脉冲激光光源及其实现方法 |
| CN103036539A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种可产生多个超窄脉冲的信号发生器及其实现方法 |
| JP2015008563A (ja) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | パナソニック株式会社 | モータ駆動装置 |
| CN107147382A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-08 | 麦克维尔空调制冷(武汉)有限公司 | 基于dsp控制的晶闸管调压电路pwm驱动方法 |
| CN108415153A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-17 | 南京邮电大学 | 一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法及系统 |
| CN112394507A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-23 | 天津中科智能识别产业技术研究院有限公司 | 一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法 |
| CN113785225A (zh) * | 2019-03-18 | 2021-12-10 | 康宁公司 | 连续聚焦期间具有改善的图像质量的可变透镜、视频记录装置及包括该可变透镜和该视频记录装置的系统和方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4452306B2 (ja) * | 2007-12-26 | 2010-04-21 | シャープ株式会社 | パルス信号遅延回路及びｌｅｄ駆動回路 |
| JP6186726B2 (ja) * | 2013-01-07 | 2017-08-30 | 株式会社リコー | Ｐｗｍ信号生成回路、プリンタ、及びｐｗｍ信号生成方法 |
| CN103605226B (zh) * | 2013-11-25 | 2016-03-23 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 背光源调节电路及液晶显示装置 |
| CN110709732A (zh) * | 2017-04-05 | 2020-01-17 | 康宁股份有限公司 | 液体透镜控制系统和方法 |
| US10578827B2 (en) * | 2018-04-27 | 2020-03-03 | Mitutoyo Corporation | Variable focal length lens system with quasi-sinusoidal periodic intensity modulated light |
-
2022
- 2022-02-08 CN CN202210118047.2A patent/CN114415364B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103036145A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种多窄脉冲激光光源及其实现方法 |
| CN103036539A (zh) * | 2011-09-30 | 2013-04-10 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种可产生多个超窄脉冲的信号发生器及其实现方法 |
| JP2015008563A (ja) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | パナソニック株式会社 | モータ駆動装置 |
| CN107147382A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-08 | 麦克维尔空调制冷(武汉)有限公司 | 基于dsp控制的晶闸管调压电路pwm驱动方法 |
| CN108415153A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-17 | 南京邮电大学 | 一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法及系统 |
| CN113785225A (zh) * | 2019-03-18 | 2021-12-10 | 康宁公司 | 连续聚焦期间具有改善的图像质量的可变透镜、视频记录装置及包括该可变透镜和该视频记录装置的系统和方法 |
| CN112394507A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-23 | 天津中科智能识别产业技术研究院有限公司 | 一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 减少电润湿液体透镜变焦时间的实验研究;徐荣青;《光学学报》;第40卷(第13期);第1-5页 * |
| 电润湿双液体透镜的建模仿真;陈博伟;《电脑知识与技术》;第14卷(第15期);第192-195 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114415364A (zh) | 2022-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102724401B (zh) | 一种线阵ccd相机多点自动调焦方法 | |
| CN102980561B (zh) | 一种移动终端测距方法及装置 | |
| JP5094068B2 (ja) | 撮像装置及びフォーカス制御方法 | |
| CN1291261C (zh) | 摄像装置和摄像装置的聚焦控制方法 | |
| CN103487926B (zh) | 显微视觉检测系统景深扩展装置及方法 | |
| US20020067480A1 (en) | Terahertz wave spectrometer | |
| US20080247741A1 (en) | Image-taking apparatus | |
| CN107820075A (zh) | 一种基于光流相机的vr设备延迟测试装置 | |
| CN102422629A (zh) | 照相机、包括照相机的系统、操作照相机的方法和用于对记录的图像去卷积的方法 | |
| US20160220120A1 (en) | Optical imaging apparatus for multi-depth image | |
| CN104931957A (zh) | 一种基于移动终端的测距方法和装置 | |
| JP2011059415A5 (zh) | ||
| CN114415364B (zh) | 基于时分的多焦点成像系统 | |
| Martel et al. | Real-time depth from focus on a programmable focal plane processor | |
| CN110873908A (zh) | 可变焦距透镜装置和控制方法 | |
| Martel et al. | High-speed depth from focus on a programmable vision chip using a focus tunable lens | |
| CN104125382A (zh) | 集成式多ccd采集读数摄像机 | |
| CN103868680A (zh) | 基于斑点干涉成像的地基望远镜离焦像差探测方法 | |
| CN203658653U (zh) | 一种光学变焦、自动对焦镜头 | |
| WO2019061650A1 (zh) | 三维图像采集设备及方法 | |
| CN204101461U (zh) | 拉曼探头和可自动对焦的拉曼信号探测装置 | |
| US3385159A (en) | Ranging instrument | |
| CN203658667U (zh) | 一种基于锁相环的液态镜头对焦系统 | |
| CN116125487A (zh) | 一种涡旋光束综合多普勒频移测量的系统及方法 | |
| CN211878174U (zh) | 测距仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |