利用带平面倾斜图案表面的校准对象校准VFL透镜系统的系统和方法技术方案

提供了一种用于利用聚焦状态校准对象来确定包括VFL透镜(例如，可调谐声梯度透镜)的可变焦距(VFL)透镜系统的校准数据的系统和方法。校准对象包括平面倾斜图案表面，在该平面倾斜图案表面上分布有聚焦状态参考区域(FSRR)(例如，倾斜光栅)的集合。FSRR相对于平面倾斜图案表面具有已知几何关系，并且相对于彼此具有已知区域关系。在周期性调节的不同相位定时处获取多个相机图像，并且至少部分地基于对多个相机图像的分析来确定校准数据。所确定的校准数据指示与VFL透镜系统的各个有效聚焦位置相对应的周期性调节的各个相位定时。

【技术实现步骤摘要】
利用带平面倾斜图案表面的校准对象校准VFL透镜系统的系统和方法
本公开涉及使用高速可变焦距(VariableFocalLength，VFL)透镜(例如，在机器视觉检查系统中)的精密计量，并且更具体地涉及对VFL成像系统执行校准。
技术介绍
精密非接触式计量系统，诸如精密机器视觉检查系统(或简称为“视觉系统”)，可用于获得对象的精密维度测量并检查各种其他对象特性，并且可包括计算机、相机和光学系统、以及可移动以允许工件遍历和检查的精密平台。一种示例性现有技术系统是可从位于伊利诺伊州的奥罗拉市的三丰美国公司(MAC)获得的QUICK系列的基于PC的视觉系统和软件。QUICK系列的视觉系统和软件的特征和操作例如在2003年1月发布的《QVPAK3DCNC视觉测量机用户指南》中作了一般性描述，其全部内容通过引用合并于此。这种类型的系统使用显微镜型光学系统并移动平台，以提供小的或相对大的工件的检查图像。通用精密机器视觉检查系统通常是可编程的，以提供自动视频检查。这样的系统通常包括GUI特征和预定义的图像分析“视频工具”，以便可以由“非专家”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于利用聚焦状态校准对象来确定用于可变焦距VFL透镜系统的校准数据的方法，/n所述VFL透镜系统包括：/nVFL透镜；/nVFL透镜控制器，其控制所述VFL透镜的驱动信号以在周期性调节内的各个相位定时处出现的光功率的范围内周期性地调节所述VFL透镜的光功率；/n相机，其在图像曝光期间接收沿着成像光路传输通过所述VFL透镜的光并提供对应的相机图像；/n物镜，其在图像曝光期间输入从工件或校准对象中的至少一个产生的图像光，并且在图像曝光期间将所述图像光沿着成像光路传输通过所述VFL透镜并且到所述相机，以在对应相机图像中提供工件图像或校准对象图像的至少一个，其中在图像曝光期间所述物镜前面的有效...

【技术特征摘要】
20181226 US 16/232,8741.一种用于利用聚焦状态校准对象来确定用于可变焦距VFL透镜系统的校准数据的方法，
所述VFL透镜系统包括：
VFL透镜；
VFL透镜控制器，其控制所述VFL透镜的驱动信号以在周期性调节内的各个相位定时处出现的光功率的范围内周期性地调节所述VFL透镜的光功率；
相机，其在图像曝光期间接收沿着成像光路传输通过所述VFL透镜的光并提供对应的相机图像；
物镜，其在图像曝光期间输入从工件或校准对象中的至少一个产生的图像光，并且在图像曝光期间将所述图像光沿着成像光路传输通过所述VFL透镜并且到所述相机，以在对应相机图像中提供工件图像或校准对象图像的至少一个，其中在图像曝光期间所述物镜前面的有效聚焦位置对应于在该图像曝光期间所述VFL透镜的光功率；以及
曝光时间控制器，被配置为控制用于相机图像的图像曝光定时，
所述校准对象包括平面倾斜图案表面，在所述平面倾斜图案表面上分布有聚焦状态参考区域FSRR的集合，其中所述FSRR相对于所述平面倾斜图案表面具有已知几何关系并且相对于彼此具有已知区域关系，并且当所述校准对象相对于所述VFL透镜系统布置在校准对象成像配置中时，所述FSRR被固定在相对于所述物镜的不同的各个有效聚焦位置处并且在校准对象图像中具有各个参考区域图像地点RRIL；
所述方法包括：
在周期性调节的不同相位定时处获取多个相机图像，其中，每个相机图像的获取包括：
将光源光输出到所述校准对象，所述校准对象布置在所述校准对象成像配置中；以及
从所述相机接收相机图像，其中，在校准对象图像曝光期间，校准对象图像光沿着成像光路传输以穿过所述VFL透镜并到达所述相机，以在所述相机图像中提供校准对象图像；以及
至少部分地基于对所述多个相机图像的分析来确定校准数据，其中，所述校准数据指示与各个有效聚焦位置相对应的周期性调节的各个相位定时。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述校准数据包括执行对准过程，所述对准过程包括利用对准图像和利用所述已知区域关系或所述已知几何关系中的至少一个来进行所述校准对象相对于所述VFL透镜系统的对准的确定或补偿中的至少一个，其中所述对准图像包括以下中的至少一个：
所述多个相机图像中的相机图像；
所述校准对象的扩展景深EDOF图像；或者
所述校准对象的关闭VFL相机图像，在所述VFL透镜处于所述VFL透镜的光功率不被调节并且所述VFL透镜不提供透镜效应的状态时，获取所述关闭VFL相机图像。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，利用所述对准图像包括分析所述对准图像以确定合成频率，所述合成频率指示所述校准对象相对于所述VFL透镜系统的对准。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过处理所述对准图像的2D傅里叶变换来确定所述合成频率。


5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述对准过程包括：
确定与所述校准对象相对于所述VFL透镜系统的旋转角相对应的所述校准对象的对准；以及
通过在进一步处理所述校准对象的至少一个图像之前将所述至少一个图像旋转所述旋转角来补偿所述校准对象相对于所述VFL透镜系统的对准。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述校准数据包括分析所述校准对象的关闭VFL相机图像以确定代表值，所述代表值指代所述多个相机图像的对应值并且对应于距所述物镜的工作距离，其中，在所述VFL透镜处于所述VFL透镜的光功率不被调节并且所述VFL透镜不提供透镜效应的状态时，获取所述关闭VFL相机图像。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述多个相机图像的两个对应值之间的插值，所述插值与所述关闭VFL相机图像的代表值匹配并且被指定为对应于所述工作距离。


8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述代表值是至少部分地通过对所述关闭VFL相机图像执行线扫描而确定的像素位置值。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，分析所述多个相机图像包括确定相机图像中的每个FSRR的聚焦特性值，以便确定每个FSRR的峰值聚焦特性值的相位定时。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，所确定的每个FSRR的聚焦特性值包括FSRR的定量对比度度量值。


11.根据权利要求9所述的方法，其中，分析所述多个相机图像还包括确定每个FSRR的有效聚焦位置。


12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定每个FSRR的有效聚焦位置包括确定一个或多个相机图像中具有每个FSRR的子像素准确度的像素地点，以及基于所确定的像素地点、所述校准对象和所述VFL透镜系统的已知物理特性来确定所述FSRR的有效聚焦位置，所述校准对象和所述VFL透镜系统的已知物理特性至少包括所述平面倾斜图案表面的倾斜角、所述物镜的放大率和像素尺寸。


13.根据权利要求11所述的方法，其中，确定所述校准数据还包括组合数据，所述数据包括与每个FSRR的峰值聚焦特性值相对应的所确定的相位定时和所确定的每个FSRR的有效聚焦位置，其中所组合的数据指示与所述VFL透镜系统的有效聚焦位置相对应的相位定时。


14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述校准数据还包括确定拟合到所组合的数据的正弦拟合等式，以及利用所述正弦拟合等式来确定与所述VFL透镜的调节范围内的等间隔有效聚焦位置相对应的相位定时，并且将所确定的与所述等间隔有效聚焦位置相对应的相位定时存储为所述校...

【专利技术属性】
技术研发人员：PG格拉德尼克，D基内尔，V塞内科里迈恩，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP