一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及图像对焦领域，尤其是一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装置。本发明专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装置。数字全息重构算法以及推导出的物像空间关系用于调像过程，以快速预测达到对焦效果时的物距。本发明专利技术将物体移动到距离镜头三个位置中的任意一个Lx，通过镜头对物体进行图像采集，处理器通过相机得到图像，并在数字全息重构算法中令距离参数为得到的c0并进行计算，重建出分划板所在位置的光场强度分布，若某个Lx对应的物体成像清晰，则说明物体被正好成像在分划板上，对焦过程完成，此时的Lx为最终的对焦值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像对焦领域，尤其是一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装置。
技术介绍
日常摄影已经实现了自动对焦功能，且同时保证了准确性与高效性。但是实验室里的成像仪器或系统通常都不具有自动对焦的功能，对焦过程需要操作人员对多幅图像进行多次对比，耗时较长。对于实验室中将目标成像在底片上的对焦操作通常是这样进行的：将底片替换成分划板，并在分划板后放置一显微镜；调整显微镜与分划板的距离使从显微镜中能够清晰观察到分划板上的图案，此时固定显微镜与分划板的相对位置；调目标与镜头的距离使从显微镜中能够清晰观察到目标。目前，有些仪器或实验会在显微镜之后再放置一个相机以替待人眼，或者直接将相机放在底片位置。再考虑到这些科学级相机将数据传输至电脑的时间，以及目标十分微小时人员作出准确判断所用的时间，一次实验室里的对焦操作可能花费长达几个小时的时间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装置。数字全息重构算法以及推导出的物像空间关系用于调像过程，以快速预测达到对焦效果时的物距。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于数字全息重构算法的对焦方法包括：步骤1：将分划板、相机、相机镜头固定在同一平移台上，所述分划板设置在相机与相机镜头之间；步骤2：物体放置在镜头且远离相机一侧，物体距离镜头为L1；采用数字全息重构算法计算出分划板与相机感光面的距离c0、物体的像与相机感光面的距离c1或者-c1；步骤3：设置物体与镜头之间的距离为L2，所述L2小于L1；通过处理器采用数字全息重构算法计算物体的像与相机感光面的距离为c2或-c2；同时利用公式得到物体清晰成像在分划板上的可能值Lx，D1＝(c1-c0)时D2＝(c2-c0)；D1＝(c1-c0)时.D2＝(-c2-c0)；D1＝(-c1-c0)时,D2＝(-c2-c0)；；步骤5：将物体移动到距离镜头三个位置中的任意一个Lx，通过镜头对物体进行图像采集，处理器通过相机得到图像，并在数字全息重构算法中令距离参数为任意一个Lx对应的c0进行计算，重建出分划板所在位置的光场强度分布，若某个c0对应的物体成像清晰，则物体完成对焦，此时的Lx为最终的对焦值，根据此对焦值得到相应的物距。进一步的，所述步骤4中构建过程是：步骤21：假设相机的感光面在物空间的像距离相机镜头的距离为Z，设物体一开始位于某一位置，该位距离相机镜头的距离为L1，因此物体与相机感光面在物空间的像距离为Z-L1；采用数字全息重构算法，得到物体的像与相机感光面的距离为c1或-c1；由于空间线性关系可知，Z-L1＝M*c1或Z-L1＝-M*c1其中M代表缩放系数；步骤22：当物体距离相机镜头的距离为L2，因此物体与相机感光面在物空间的像距离为感光共轭物面的距离为Z-L2；采数字全息重构算法，得到此时物体的像与相机感光面的距离为c2或者-c2；由于空间线性关系可知，Z-L2＝M*c2或Z-L2＝-M*c2步骤3：采用数字全息重构算法得到分划板与相机感光面距离为c0；对焦的目的是使得物体被成像在分划板上，设满足这一条件时物体距离相机镜头的距离为Lx，则物体的像与相机感光面距离也应为c0；由于空间线性关系，所以Z-Lx＝-M*c0步骤24：令D1＝(c0-c1)时，D2＝(c0-c2)；当D1＝(c0-c1)时，D2＝(c2+c0)，当D1＝(c1+c0)时，D2＝(c0-c2)；当D1＝(c0+c1)时，D2＝c2+c0)；通过步骤21及步骤22中的公式可知，M=L2-L1c1-c2,M=L2-L1c2-c1,M=L2-L1-c1-c2]]>或M=L2-L1-c1+c2]]>将D1、D2代入上式可得：M=L1-L2c1-c2]]>同时根据步骤23公式可得Lx＝Z-M*c0步骤25：然后步骤21中公式得到Z的表达式，同时将代入Lx＝Z-M*c0，得到Lx-L1=-D1L2-L1D2-D1.]]>进一步的，所述分划板是在透明基底材料表面或内部设置的某一平面的任意图形。进一步的，所述相机与相机镜头的距离远远大于镜头与分划板的距离。一种基于数字全息重构算法的对焦装置包括：分划板、相机、相机镜头以及处理器；将分划板、相机、相机镜头固定在统一平移台上，所述分划板设置在相机与相机镜头之间；物体放置在镜头且远离相机一侧，物体距离镜头为L1；处理器采用数字全息重构算法计算出分划板与相机感光面的距离c0、物体的像与相机感光面的距离c1或者-c1；设置物体与镜头之间的距离为L2，所述L2小于L1；采用数字全息重构算法计算物体的像与相机感光面的距离为c2或-c2；利用公式得到物体清晰成像在分划板上的可能值Lx，其中D1＝(c1-c0)时D2＝(c2-c0)；D1＝(c1-c0)时.D2＝(-c2-c0)；D1＝(-c1-c0)时,D2＝(-c2-c0)；；将物体移动到距离镜头三个位置中的任意一个Lx，通过镜头对物体进行图像采集；处理器通过相机得到图像，并在数字全息重构算法中令距离参数为任意一个Lx对应的c0进行计算，重建出分划板所在位置的光场强度分布，若某个c0对应的物体成像清晰，则物体完成对焦，此时的Lx为最终的对焦值，根据此对焦值得到相应的物距。进一步的，所述构建过程是：步骤21：假设相机的感光面在物空间的像距离相机镜头的距离为Z，设物体一开始位于某一位置，该位距离相机镜头的距离为L1，因此物体与相机感光面在物空间的像距离为Z-L1；采用数字全息重构算法，得到物体的像与相机感光面的距离为c1或-c1；由于空间线性关系可知，Z-L1＝M*c1或Z-L1＝-M*c1其中M代表缩放系数；步骤22：当物体距离相机镜头的距离为L2，因此物体与相机感光面在物空间的像距离为感光共轭物面的距离为Z-L2；采数字全息重构算法，得到此时物体的像与相机感光面的距离为c2或者-c2；由于空间线性关系可知，Z-L2＝M*c2或Z-L2＝-M*c2步骤3：采用数字全息重构算法得到分划板与相机感光面距离为c0；对焦的目的是使得物体被成像在分划板上，设满足这一条件时物体距离相机镜头的距离为Lx，则物体的像与相机感光面距离也应为c0；由于空间线性关系，所以Z-Lx＝-M*c0步骤24：令D1＝(c0-c1)时，D2＝(c0-c2)；当D1＝(c0-c1)时，D2＝(c2+c0)，当D1＝(c1+c0)时，D2＝(c0-c2)；当D1＝(c0+c1)时，D2＝c2+c0)；通过步骤21及步骤22中的公式可知，M=L2-L1c1-c2,M=L2-L1c2-c1,M=L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字全息重构算法的对焦方法，其特征在于包括：步骤1：将分划板、相机、相机镜头固定在同一平移台上，所述分划板设置在相机与相机镜头之间；步骤2：物体放置在镜头且远离相机一侧，物体距离镜头为L1；采用数字全息重构算法计算出分划板与相机感光面的距离c0、物体的像与相机感光面的距离c1或者‑c1；步骤3：设置物体与镜头之间的距离为L2，所述L2小于L1；通过处理器采用数字全息重构算法计算物体的像与相机感光面的距离为c2或‑c2；同时利用公式得到物体清晰成像在分划板上的可能值Lx，其中D1＝(c1‑c0)时D2＝(c2‑c0)；D1＝(c1‑c0)时.D2＝(‑c2‑c0)；D1＝(‑c1‑c0)时,D2＝(‑c2‑c0)；步骤4：将物体移动到距离镜头三个位置中的任意一个Lx，通过镜头对物体进行图像采集，处理器通过相机得到图像，并在数字全息重构算法中令距离参数为步骤2中得到的c0并进行计算，重建出分划板所在位置的光场强度分布，若某个Lx对应的物体成像清晰，则说明物体被正好成像在分划板上，对焦过程完成，此时的Lx为最终的对焦值。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字全息重构算法的对焦方法，其特征在于包括：
步骤1：将分划板、相机、相机镜头固定在同一平移台上，所述分划板设置在相机与相机
镜头之间；
步骤2：物体放置在镜头且远离相机一侧，物体距离镜头为L1；采用数字全息重构算法
计算出分划板与相机感光面的距离c0、物体的像与相机感光面的距离c1或者-c1；
步骤3：设置物体与镜头之间的距离为L2，所述L2小于L1；通过处理器采用数字全息重
构算法计算物体的像与相机感光面的距离为c2或-c2；同时利用公式
得到物体清晰成像在分划板上的可能值Lx，其中D1＝(c1-c0)时D2＝
(c2-c0)；D1＝(c1-c0)时.D2＝(-c2-c0)；D1＝(-c1-c0)时,D2＝(-c2-c0)；
步骤4：将物体移动到距离镜头三个位置中的任意一个Lx，通过镜头对物体进行图像采
集，处理器通过相机得到图像，并在数字全息重构算法中令距离参数为步骤2中得到的c0并
进行计算，重建出分划板所在位置的光场强度分布，若某个Lx对应的物体成像清晰，则说明
物体被正好成像在分划板上，对焦过程完成，此时的Lx为最终的对焦值。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字全息重构算法的对焦方法，其特征在于所述步
骤4中构建过程是：
步骤21：假设相机的感光面在物空间的像距离相机镜头的距离为Z，设物体一开始位于
某一位置，该位置距离相机镜头的距离为L1，因此物体与相机感光面在物空间的像距离为
Z-L1；采用数字全息重构算法，得到物体的像与相机感光面的距离为c1或-c1；由于镜头成
像为一线性过程，可知，Z-L1＝M*c1或Z-L1＝-M*c1其中M代表缩放系数；
步骤22：当物体距离相机镜头的距离为L2，因此物体与相机感光面在物空间的像距离
为感光共轭物面的距离为Z-L2；采数字全息重构算法，得到此时物体的像与相机感光面的
距离为c2或者-c2；由于镜头成像为一线性过程，可知，Z-L2＝M*c2或Z-L2＝-M*c2步骤23：采用数字全息重构算法得到分划板与相机感光面距离为c0；对焦的目的是使
得物体被成像在分划板上，设满足这一条件时物体距离相机镜头的距离为Lx，则物体的像
与相机感光面距离也应为c0；由于由于镜头成像为一线性过程，所以
Z-Lx＝-M*c0步骤24：令D1＝(c0-c1)时，D2＝(c0-c2)；当D1＝(c0-c1)时，D2＝(c2+c0)，当D1＝(c1+c0)
时，D2＝(c0-c2)；当D1＝(c0+c1)时，D2＝c2+c0)；
通过步骤21及步骤22中的公式可知，
或将D1、D2代入上式可得：
同时根据步骤23公式可得
Lx＝Z-M*c0步骤25：然后步骤21中公式得到Z的表达式，同时将
代入Lx＝Z-M*c0，得到3.根据权利要求1所述的一种基于数字全息重构算法的对焦方法，其特征在于所述分
划板是在透明基底材料表面或内部设置的某一平面的任意图形。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字全息重构算法的对焦方法，其特征在于所述相
机与相机镜头的距离远远...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇，李军，罗振雄，钟杰，刘振清，叶雁，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51