CN116634273A - 基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，包括如下步骤：确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围；计算物距下镜头中视野的像素精度，按像素精度选择相应的标定靶；获取工业相机拍摄的标定靶图像发至图像清晰度检测平台；图像检测平台计算标定靶图像标定靶在相机视野上的MTF比值；根据MTF比值调节工业相机的焦距；返回执行标定靶图像发至图像清晰度检测平台的步骤，直至标定靶在相机的视野中调节清晰。通过标定靶在工业相机中的成像效果反馈给图像清晰度检测平台，平台发出指令控制光学调整组件来实现工业相机镜头在景深范围内的自动对焦，可自动调节机器人视觉检测模块在工作景深范围内的对焦，减少人工调试时间，提高产品一致性。

Description

基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法

技术领域

本申请涉及相机镜头自动对焦技术领域，尤其涉及一种基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法。

背景技术

随着机器视觉行业的持续发展，线阵扫描成像技术也越来越成熟。对于线阵扫描成像模块而言，相机镜头现有的调整方式为手动对焦确认清晰度，由于对焦清晰度的判断方面存在主观因素，所以不同模块之间的对焦效果会存在差异，从而对后续的检测识别算法造成影响。且手动对焦所需要耗费的时间长，造成时间成本的浪费。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，包括如下步骤：确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围；计算物距下所述镜头中视野的像素精度，按照所述像素精度选择相应的标定靶；获取所述工业相机拍摄的标定靶图像发送至图像清晰度检测平台；所述图像检测平台计算所述标定靶图像标定靶在相机视野上的MTF比值；根据所述MTF比值调节所述工业相机的焦距；返回执行所述获取所述工业相机拍摄的标定靶图像发送至图像清晰度检测平台的步骤，直至所述标定靶在所述工业相机的视野中调节清晰。

在一种可能的实现方式中，所述物距包括远物距、对焦物距和近物距；所述视野包括左视野、中间视野和右视野；所述计算物距下所述镜头中视野的像素精度，具体为：计算所述远物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度；计算所述对焦物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度；计算所述近物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度。

在一种可能的实现方式中，所述标定靶的数量为9个；在远物距、近物距与对焦物距分别放置3个所述标定靶；且位于同一物距下的所述标定靶分别放置在所述镜头的视野左边缘、视野右边缘与视野中间位置。

在一种可能的实现方式中，所述光学调整组件按照步进为[0.5°，1°]移动所述镜头的焦距，记录所述相机中视野的MTF最大值。

在一种可能的实现方式中，计算9个所述标靶点的MTF值与该位置最大MTF值的比值，所述光学调整组件顺时针移动镜头焦距的步进为[0.5°，1°]，每次移动计算9个位置的MTF值，判断最小MTF比值的变化趋势，根据变化趋势判断下一次移动方向。

在一种可能的实现方式中，9段所述标定靶位置的MTF比值相同，且是最佳的MTF比值，所述相机焦距的此时对焦即为图像平均清晰度一致。

在一种可能的实现方式中，在计算物距下所述镜头中视野的像素精度，按照像素精度更换相应的标定靶的步骤中；所述标定靶为黑白光栅，且在同一所述标定靶中相邻的光栅之间的间隔为该位置像素精度的两倍。

在一种可能的实现方式中，通过所述图像检测平台计算不同所述标定靶在相机视野上的MTF值后，将图像上各点的MTF值进行归一化处理。

在一种可能的实现方式中，在所述确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围步骤前；所述相机和激光调节至共面。

在一种可能的实现方式中，图像清晰度检测平台中的MTF比值在[0.5°-1°]内，所述相机对焦合格。

本申请的有益效果：该基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法通过标定靶在工业相机中的成像效果反馈给图像清晰度检测平台，经由图像清晰度检测平台发出指令控制光学调整组件来实现工业相机镜头在景深范围内的自动对焦，可以自动调节机器人视觉检测模块在工作景深范围内的对焦，减少人工调试的时间，提高产品的一致性，降低人为调节对焦的不可控性，消除人为主观性，减少镜头在景深范围内清晰度不一致的现象。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本申请的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本申请的原理。

图1示出本申请实施例的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法的流程简图；

图2示出本申请实施例的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦系统的使用示意图；

图3示出本申请实施例的工业相机调试装置的结构示意图；

图4示出本申请实施例另一角度的工业相机调试装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

图1示出本申请实施例的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法的流程简图；图2示出本申请实施例的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦系统的使用示意图；图3示出本申请实施例的工业相机调试装置的结构示意图；图4示出本申请实施例另一角度的工业相机调试装置的结构示意图。

如图1-图4所示，该基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，包括如下步骤：确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围，计算物距下镜头中视野的像素精度，按照像素精度选择相应的标定靶11，获取工业相机拍摄的标定靶11图像发送至图像清晰度检测平台，图像检测平台计算标定靶图像标定靶11在相机视野上的MTF比值，返回执行所述获取所述工业相机拍摄的标定靶图像发送至图像清晰度检测平台的步骤，直至标定靶在工业相机的视野中调节清楚。也就是说，图像清晰度检测平台发出指令，通过光学调整组件3调节相机的焦距，镜头采集图像，并通过图像检测平台计算不同标定靶11在相机视野上的MTF(调制传递函数)比值，光学调整组件3根据所述MTF比值调节工业相机的焦距，直至所述标定靶在所述工业相机的视野中调节清晰。

在此实施例中，该基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法通过标定靶11在工业相机中的成像效果反馈给图像清晰度检测平台，经由图像清晰度检测平台发出指令控制光学调整组件3来实现工业相机镜头在景深范围内的自动对焦，可以自动调节机器人视觉检测模块在工作景深范围内的对焦，减少人工调试的时间，提高产品的一致性，降低人为调节对焦的不可控性，消除人为主观性，减少镜头在景深范围内清晰度不一致的现象。

在其中一个具体实施例中，本申请所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法大致分为：

S1:确定光圈大小、对焦物距和景深范围。

S2:计算远物距下左视野、中间视野和右视野像素精度；计算对焦物距下左视野、中间视野和右视野像素精度；计算近物距下左视野、中间视野和右视野像素精度。按照像素精度更换相应标定靶11。

S3:通过标定靶11在工业相机中的成像效果反馈给图像清晰度检测平台，经由图像清晰度检测平台发出指令控制光学调整组件3。

S4:通过光学调整组件3调节相机焦距。

S5:采集图像，并通过图像检测平台计算不同标靶在相机视野上的MTF值，进行归一化处理，并发出指令控制光学调整组件3调整焦距，直到最后各个标靶在相机视野中的MTF值相等且整体清晰。

在其中一个具体实施例中，物距包括远物距、对焦物距和近物距，视野包括左视野、中间视野和右视野，具体为：计算远物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度，计算对焦物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度，计算近物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度。

在其中一个具体实施例中，标定靶11的数量为9个，在远物距、近物距与对焦物距分别放置3个标定靶11，且位于同一物距下的标定靶11分别放置在镜头的视野左边缘、视野右边缘与视野中间位置。

在其中一个具体实施例中，光学调整组件3按照步进为[0.5°，1°]移动镜头的焦距，记录相机中视野的MTF最大值。

在其中一个具体实施例中，计算9个标靶点的MTF值与该位置最大MTF值的比值，光学调整组件3顺时针移动镜头焦距的步进为[0.5°，1°]，每次移动计算9个位置的MTF值，判断最小MTF比值的变化趋势，根据变化趋势判断下一次移动方向。

在其中一个具体实施例中，图像清晰度检测平台中的9段MTF比值在[0.5°-1°]内，即为相机对焦合格。

需要具体解释的是，MTF(调制传递函数)比值类似正态分布，也就是说，MTF比值的标准为现有技术，本领域技术人员能够根据标靶点的MTF值与该位置最大MTF值的比值，判断下一次镜头焦距的移动方向。

在其中一个具体实施例中，9段标定靶11位置的MTF比值相同，且是最佳的MTF比值，相机焦距的此时对焦即为图像平均清晰度一致。

需要特别指出的是，MTF比值结合了分辨率和对比度两种指标，表示了成像系统将分辨率转换为对比度的能力。而本申请中所指的最佳的MTF比值，表示了待调焦的工业相机在分辨率升高的情况下，尽可能保证对比度的最优可能，故同一待调焦的工业相机在不同的使用场景中，在小范围内浮动的不同的MTF比值，均可能为实施人员所需的最佳MTF比值，本文中只需确保最佳MTF比值为标定靶在所述工业相机的视野中调节至最清晰的方案即可，其余不做赘述。

在其中一个具体实施例中，在计算物距下镜头中视野的像素精度，按照像素精度更换相应的标定靶11的步骤中，标定靶11为黑白光栅，且在同一标定靶11中相邻的光栅之间的间隔为该位置像素精度的两倍。

在其中一个具体实施例中，通过图像检测平台计算不同标定靶11在相机视野上的MTF值后，将图像上各点的MTF值进行归一化处理。

在其中一个具体实施例中，在确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围步骤前，相机和激光调节至共面。

在其中一个具体实施例中，图像清晰度检测平台中的MTF比值在[0.5°-1°]内，相机对焦合格。

另一方面，本申请公开了一种工业相机调整系统，使用上述任一实施例中所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法进行对焦，包括上述前文中所述的工业相机调试装置10与标定靶11，工业相机调试装置10在最远预设工作距离处分别设置左侧、中部、右侧三个标定靶11，工业相机调试装置10在最近预设工作距离处分别设置左侧、中部、右侧三个标定靶11，工业相机调试装置10在焦点预设距离分别设置分别设置左侧、中部、右侧三个标定靶11。

如图2所示，在此实施例中所指的最近预设工作距离为图2中a，焦点预设距离为图2中b，最远预设工作距离为图2中c。

具体的，工业相机调整系统中的工业相机调试装置10包括：镜头板5、相机主体4、发光单元，镜头板5上相邻设置有第一安装孔与第二安装孔，相机主体4与镜头板5可拆卸连接，相机主体4的镜头1穿设安装在第一安装孔内，光学调整组件3套设在镜头1的外周，光学调整组件3与镜头1的光圈相适配；发光单元与镜头板5可拆卸连接，发光单元中包括、激光镜头2、激光镜头2穿设安装在第二安装孔内。

通过在镜头板5上分别可拆卸安装相机主体4与发光单元，且相机主体4与发光单元在镜头板5上相邻设置，以形成结构紧凑的小型调试平台，并通过在相机主体4的镜头1上套设有光学调整组件3，用以实现自动在该平台上自动进行对焦调试。

在其中一个具体实施例中，镜头板5为长方形板，第一安装孔为圆孔，第二安装孔为圆孔，第一安装孔与第二安装孔沿镜头板5的长度方向排列。

在其中一个具体实施例中，还包括光学调整组件3，光学调整组件3套设在镜头1的外周，光学调整组件3与镜头1的光圈相适配。

在其中一个具体实施例中，光学调整组件33包括动力部与传动组件，传动组件呈环形结构，传动组件的内壁适用于与镜头1的光圈卡接固定，动力部设置在传动组件的外周，与传动组件传动连接。

更具体的，在其中一个具体实施例中，当光学调整组件3与镜头的光圈传动连接，且光学调整组件3与镜头的变焦圈传动连接时，光学调整组件3包括第一电机、第一抱紧环、第二电机与第二抱紧环，第一电机与第二电机均设置在镜头板上，且二者位于相机主体的同侧相邻设置，第一抱紧环呈具有开口的弧形结构，第一抱紧环的凹弧侧与镜头的光圈相匹配，凸弧侧通过齿轮与第一电机传动连接，第二抱紧环呈具有开口的弧形结构，第二抱紧环的凹弧侧与镜头的变焦圈相匹配，凸弧侧通过齿轮与第二电机传动连接。

在此实施例中，需要特别说明的是，第一抱紧环及其齿轮外周、第二抱紧环及其齿轮外周，包覆有保护环，保护壳呈环形结构，保护环能够有效避免光学调整组件3的传动结构直接暴露在外部环境中，套设保护环的实施例兼具美观性以及对机械传动结构的保护功能，利于延长本申请的工业相机调整组件的使用寿命。图3中示出的仅为其套设在机械传动部件外的保护环结构，且对于同侧且相邻设置的第一电机与第二电机其内部的并未示出，在此实施例中，只需确保第一电机、第二电机位于同侧设置，易于本领域技术人员装配即可。

在其中一个具体实施例中，当光学调整组件3与镜头的光圈传动连接时，光学调整组件3包括第一电机与第一抱紧环，第一电机设置在镜头板上，与镜头的光圈邻近设置，第一抱紧环呈具有开口的弧形结构，第一抱紧环的凹弧侧与镜头的光圈相匹配，凸弧侧通过齿轮与第一电机传动连接。

在其中一个具体实施例中，当光学调整组件3与镜头的变焦圈传动连接时，光学调整组件3包括第二电机与第二抱紧环，第二电机设置在镜头板上，与镜头的变焦圈邻近设置，第二抱紧环呈具有开口的弧形结构，第二抱紧环的凹弧侧与镜头的变焦圈相匹配，凸弧侧通过齿轮与第二电机传动连接。

在其中一个具体实施例中，当光学调整组件3与镜头的光圈传动连接，且光学调整组件3与镜头的变焦圈传动连接时，光学调整组件3包括第一电机、第一抱紧环、第二电机与第二抱紧环，第一电机与第二电机均设置在镜头板上，且二者位于相机主体的同侧相邻设置，第一抱紧环呈具有开口的弧形结构，第一抱紧环的凹弧侧与镜头的光圈相匹配，凸弧侧通过齿轮与第一电机传动连接，第二抱紧环呈具有开口的弧形结构，第二抱紧环的凹弧侧与镜头的变焦圈相匹配，凸弧侧通过齿轮与第二电机传动连接。

在其中一个具体实施例中，发光单元为圆柱体结构，所述发光单元的中部向外周延伸有安装盘21，安装盘与所述镜头板相贴付，安装盘上开设有螺纹孔；镜头板5上开设有相对应的所述螺纹孔，发光单元与所述镜头板5螺接固定。

进一步的，在其中一个具体实施例中，镜头板5与相机主体的镜头朝向相反的一侧板面上开设有安装槽51，所述安装槽51呈长方形槽，略小于镜头板5在此板面的面积，所述第一安装孔与所述第二安装孔开设在所述安装槽51中，发光单元上的安装盘21呈方形结构，且安装盘的厚度与所述安装槽51的深度保持一致。

在其中一个具体实施例中，发光单元还包括激光器模块，激光器模块与激光镜头2通过光纤连接。

在其中一个具体实施例中，激光镜头2为一字线激光镜头2。

在其中一个具体实施例中，镜头板5沿所述第一安装孔的周向均匀布设有多个相机固定孔9。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围；

计算物距下所述镜头中视野的像素精度，按照所述像素精度选择相应的标定靶；

获取所述工业相机拍摄的标定靶图像发送至图像清晰度检测平台；

所述图像检测平台计算所述标定靶图像标定靶在相机视野上的MTF比值；

根据所述MTF比值调节所述工业相机的焦距；

返回执行所述获取所述工业相机拍摄的标定靶图像发送至图像清晰度检测平台的步骤，直至所述标定靶在所述工业相机的视野中调节清晰。

2.根据权利要求1所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，所述物距包括远物距、对焦物距和近物距；

所述视野包括左视野、中间视野和右视野；

所述计算物距下所述镜头中视野的像素精度，具体为：

计算所述远物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度；

计算所述对焦物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度；

计算所述近物距下的左视野像素精度、中间视野像素精度和右视野像素精度。

3.根据权利要求2所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，所述标定靶的数量为9个；

在远物距、近物距与对焦物距分别放置3个所述标定靶；

且位于同一物距下的所述标定靶分别放置在所述镜头的视野左边缘、视野右边缘与视野中间位置。

4.根据权利要求1所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，所述光学调整组件按照步进为[0.5°，1°]移动所述镜头的焦距，记录所述相机中视野的MTF最大值。

5.根据权利要求3所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，计算9个所述标靶点的MTF值与该位置最大MTF值的比值，所述光学调整组件顺时针移动镜头焦距的步进为[0.5°，1°]，每次移动计算9个位置的MTF值，判断最小MTF比值的变化趋势，根据变化趋势判断下一次移动方向。

6.根据权利要求5所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，9段所述标定靶位置的MTF比值相同，且是最佳的MTF比值，所述相机焦距的此时对焦即为图像平均清晰度一致。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，在计算物距下所述镜头中视野的像素精度，按照像素精度更换相应的标定靶的步骤中；

所述标定靶为黑白光栅，且在同一所述标定靶中相邻的光栅之间的间隔为该位置像素精度的两倍。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，通过所述图像检测平台计算不同所述标定靶在相机视野上的MTF值后，将图像上各点的MTF值进行归一化处理。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，在所述确定镜头的光圈大小，对焦物距和景深范围步骤前；

所述相机和激光调节至共面。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的基于工业相机镜头在景深范围内的自动对焦方法，其特征在于，图像清晰度检测平台中的MTF比值在[0.5°-1°]内，所述相机对焦合格。