TWI411862B - 影像量測對焦系統及方法 - Google Patents

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影像量測對焦系統及方法
本發明涉及一種影像量測對焦系統及方法，尤其涉及一種對表面光滑的待測工件進行對焦的影像量測對焦系統及方法。
影像量測是目前精密量測領域中最廣泛使用的量測方法，該方法不僅精度高，而且量測速度快。影像量測主要用於零件或者部件的尺寸物差和形位誤差的測量，對保證產品品質起著重要的作用。
一般而言，傳統的影像量測方法是採用工業光學鏡頭搭配高解析度的電荷耦合裝置(Charged Coupled Device，CCD)，透過影像擷取卡取得待測工件或者部件的影像，然後將獲取的影像傳送給電腦，透過計算中的量測軟體對該影像做進一步的處理。
在測量待測工件的輪廓或表面高度前，通常需要進行影像對焦，使得待測工件的表面到鏡頭的距離等於焦距。之前的影像自動對焦方法為：在一定範圍內移動CCD鏡頭，並不斷獲取待測工件表面的影像，然後根據獲取的影像資料計算出CCD鏡頭的焦點位置。
但是，在對表面光滑的待測工件進行對焦時，由於光射到待測工件的表面光滑反射回CCD時，所獲取的影像中的輪廓資訊非常少，在計算清晰度時準確度不高，從而影響對焦的準確性。
鑒於以上內容，有必要提出一種影像量測對焦系統及方法，其可以對表面光滑的待測工件進行快速對焦。
一種影像量測對焦系統，運行於電腦中，該電腦與一台影像量測機台相連，該影像量測機台的發光裝置中安裝有一張圖案片，所述系統包括：發送模組，用於發出控制指令給所述發光裝置，使其產生影像光源，該影像光源穿過所述圖案片，將該圖案片上的圖案投影到待測工件上；影像擷取模組，用於在設定的距離內控制影像量測機台的鏡頭移動，並擷取所述圖案片上的圖案投影到待測工件上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭的Z軸座標；清晰度計算模組，用於計算每張影像的清晰度；焦點獲取模組，用於從所計算出的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭的Z軸座標，該座標即為鏡頭的焦點位置。
一種影像量測對焦的方法，該方法包括步驟：發出控制指令給影像量測機台的發光裝置，使其產生影像光源，該影像光源穿過安裝在該發光裝置上的圖案片，將該圖案片上的圖案投影到待測工件上；在設定的距離內控制鏡頭移動，並截取所述圖案片上的圖案投影在待測工件上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭的Z軸座標；計算每張影像的清晰度；從所計算的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭的Z軸座標，該座標即為鏡頭的 焦點位置。
相較於習知技術，本發明所提供的影像量測對焦系統及方法，可透過電腦的控制，將影像量測機台上安裝的圖案片中的圖案投影到表面光滑的待測工件上，之後透過計算所獲取的待測工件影像的清晰度確定焦點的位置，實現對表面光滑的待測工件進行快速對焦，提高了對焦的準確度。
1‧‧‧電腦
2‧‧‧量測機台
3‧‧‧電荷耦合裝置
4‧‧‧發光裝置
5‧‧‧圖案片
6‧‧‧鏡頭
110‧‧‧發送模組
111‧‧‧影像擷取模組
112‧‧‧清晰度計算模組
113‧‧‧焦點獲取模組
114‧‧‧顯示模組
S10‧‧‧發出控制指令給所述發光裝置，使其產生影像光源，該影像光源穿過所述圖案片，將該圖案片上的圖案投影到待測工件上
S11‧‧‧在設定的距離內控制影像量測機台的鏡頭移動，並擷取所述圖案片上的圖案投影到待測工件上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭的Z軸座標
S12‧‧‧計算每張影像的清晰度
S13‧‧‧從所計算出的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭的Z軸座標，該座標即為鏡頭的焦點位置
S14‧‧‧將所述焦點位置顯示在顯示器上
圖1係本發明影像量測對焦系統較佳實施例的硬體架構圖。
圖2係圖1中影像量測對焦系統的功能模組圖。
圖3係本發明影像量測對焦方法較佳實施例的作業流程圖。
圖4係本發明計算影像清晰度的示意圖。
參閱圖1所示，係本發明影像量測對焦系統較佳實施例的硬體架構圖。該硬體架構圖主要包括電腦1、放置待測工件7的影像量測機台2。其中，所述影像量測機台2在可移動軸，如Z軸方向(圖中未示出)上安裝有用於採集連續影像的電荷耦合裝置(Charged Coupled Device，CCD)3，及產生影像光源的發光裝置4。在本實施例中，該發光裝置4可以為發光二極體(Light Emitting Diode，LED)、鐳射裝置或其他任何領域內所熟知的能夠產生光源的發光裝置。另外，在該發光裝置4中安裝有一塊圖案片5。當發光裝置4產生的影像光源穿過圖案片5時，能夠將圖案片5中的圖案投影到待測工件7上，在本較佳實施例中，所述 圖案片5是一塊嵌有圖案的玻璃片，在其他實施例中，所述圖案片5還可以是嵌有圖案的塑膠片，及其他任何領域內所熟知的嵌有圖案的物件。所述CCD 3搭配一個鏡頭6，用於攝取待測工件7的影像，並將攝取的影像傳送到電腦1。該攝取的影像包括圖案片5投影到待測工件7上的圖案。
所述電腦1內裝有影像擷取卡10及影像量測對焦系統11。該影像擷取卡10透過一條影像資料線與所述CCD3相連，用於接收所述待測工件7的影像，並將該影像顯示在與該電腦1相連的顯示器(圖中未示出)上。
參閱圖2所示，係圖1中影像量測對焦系統11的功能模組圖。本發明所稱的各模組是完成特定功能的各個程式段，比程式本身更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此本發明對軟體的描述都以模組描述。
所述影像量測對焦系統11主要包括：發送模組110、影像擷取模組111、清晰度計算模組112、焦點獲取模組113及顯示模組114。
當用戶利用所述CCD3對待測工件7進行對焦時，所述發送模組110用於發出控制指令給發光裝置4，使其產生影像光源，所述產生的影像光源穿過圖案片5，將該圖案片5上的圖案投影到待測工件7上。
所述影像擷取模組111用於在設定的距離內控制鏡頭6移動，並擷取所述圖案片5上的圖案投影到待測工件7上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭6的Z軸座標。具體而言，影像擷取模組111控 制鏡頭6在設定的距離內(該距離可以根據量測需求進行設定，如20mm)沿Z軸方向從上至下進行移動，並透過CCD 3不斷擷取所述圖案片5上的圖案投影到待測工件7上所產生的影像，及此時鏡頭6的Z軸座標。
所述清晰度計算模組112用於計算每張影像的清晰度。具體而言，如圖4所示，是本發明計算影像清晰度的示意圖，所述計算影像的清晰度的公式為： 其中，G為影像的清晰度值，Abs( )表示取絕對值函數，D i,j 為每個圖元點的灰度值，S為該影像中所包含的圖元點個數。
所述焦點獲取模組113用於根據所計算出的影像清晰度，獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭6的Z軸座標，該座標即為鏡頭6的焦點位置。也就是說，焦點獲取模組113選取清晰度值最大的影像對應的鏡頭6的Z軸座標作為焦點位置。所述的焦點位置是指鏡頭6的焦點位置。
所述顯示模組114用於將所述焦點位置顯示在顯示器上。
參閱圖3所示，係本發明影像量測對焦方法較佳實施例的作業流程圖。
步驟S10，當用戶對待測工件7進行對焦時，發送模組110發出控 制指令給發光裝置4，使其產生影像光源，所述產生的影像光源穿過圖案片5，將該圖案片5上的圖案投影到待測工件7上。
步驟S11，影像擷取模組111在設定的距離內控制鏡頭6移動，並擷取所述圖案片5上的圖案投影到待測工件7上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭6的Z軸座標。具體而言，影像擷取模組111控制鏡頭6在設定的距離內(該距離可以根據量測需求進行設定，如20mm)沿Z軸方向從上至下進行移動，並透過CCD 3不斷擷取所述圖案片5上的圖案投影到待測工件7上所產生的影像及鏡頭6的Z軸座標。
步驟S12，清晰度計算模組112計算每張影像的清晰度。具體而言，如圖4所示，所述計算影像的清晰度的公式為： 其中，G為影像的清晰度值，Abs( )表示取絕對值函數，D i,j 為每個圖元點的灰度值，S為該影像中所包含的圖元點個數。
步驟S13，焦點獲取模組113從上述計算出的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭6的Z軸座標，該座標即為焦點位置。
步驟S14，顯示模組114將所述焦點位置顯示在顯示器上。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而 非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
S10‧‧‧發出控制指令給所述發光裝置，使其產生影像光源，該影像光源穿過所述圖案片，將該圖案片上的圖案投影到待測工件上
S11‧‧‧在設定的距離內控制影像量測機台的鏡頭移動，並擷取所述圖案片上的圖案投影到待測工件上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭的Z軸座標
S12‧‧‧計算每張影像的清晰度
S13‧‧‧從所計算出的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭的Z軸座標，該座標即為鏡頭的焦點位置
S14‧‧‧將所述焦點位置顯示在顯示器上

Claims (10)

  1. 一種影像量測對焦系統，運行於電腦中，該電腦與一台影像量測機台相連，該影像量測機台的發光裝置中安裝有一張圖案片，所述系統包括：發送模組，用於發出控制指令給所述發光裝置，使其產生影像光源，該影像光源穿過所述圖案片，將該圖案片上的圖案投影到待測工件上；影像擷取模組，用於在設定的距離內控制影像量測機台的鏡頭移動，並擷取所述圖案片上的圖案投影到待測工件上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭的Z軸座標；清晰度計算模組，用於計算每張影像的清晰度；及焦點獲取模組，用於從所計算出的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭的Z軸座標，該座標即為鏡頭的焦點位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像量測對焦系統，其中，所述發光裝置為發光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像量測對焦系統，其中，所述圖案片是一塊嵌有圖案的玻璃片或塑膠片。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像量測對焦系統，其特中，所述清晰度計算模組計算每張影像的清晰度的公式為： 其中，Abs( )表示取絕對值函數，D i,j 為每個圖元點的灰度值，S為該影像中所包含的圖元點個數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像量測對焦系統，其中，所述系統還包括顯示模組，用於顯示所述焦點位置。
  6. 一種影像量測對焦的方法，該方法包括步驟：發出控制指令給影像量測機台的發光裝置，使其產生影像光源，該影像光源穿過安裝在該發光裝置上的圖案片，將該圖案片上的圖案投影到待測工件上；在設定的距離內控制鏡頭移動，並截取所述圖案片上的圖案投影在待測工件上所產生的影像及每張影像所對應的鏡頭的Z軸座標；計算每張影像的清晰度；及從所計算的影像清晰度中獲取清晰度最高的影像所對應的鏡頭的Z軸座標，該座標即為鏡頭的焦點位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像量測對焦方法，其中，所述發光裝置為發光二極體。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之影像量測對焦方法，其中，所述圖案片為一塊嵌有圖案的玻璃片或塑膠片。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之影像量測對焦方法，其中，所述計算每張影像的清晰度的公式為： 其中，Abs( )表示取絕對值函數，D i,j 為每個圖元點的灰度值，S為該影像中所包含的圖元點個數。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之影像量測對焦方法，其中，該方法還包括如下步驟：顯示所述焦點位置。
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