一种显微系统及其非机械位移自动对焦方法技术方案

本发明专利技术公开了显微视觉技术领域的一种显微系统及其非机械位移自动对焦方法，包括：图像采集系统，用于采集被测物体的图像，并传输至上位机；透明晶体，设置在被测物体与图像采集系统的物镜之间，用于改变被测物体的成像位置；调压电路，分别与上位机和透明晶体电连接，用于根据上位机的控制指令改变作用于透明晶体上的电压值。本发明专利技术通过在显微物镜和拍摄目标之间增加一个透明晶体，并通过外加电压控制透明晶体的折射率，改变拍摄目标到显微物镜之间的光程，从而调节焦点的位置实现自动聚焦，具有对焦速度快、精度高，制造、使用成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种显微系统及其非机械位移自动对焦方法
本专利技术属于显微视觉
，具体涉及一种显微系统及其非机械位移自动对焦方法。
技术介绍
显微视觉被广泛地应用于医学、IC制造、生物工程、微机电系统装配等领域，具有视场小、景深短等特点。显微视觉须通过聚焦来获取清晰图像。自动聚焦技术是自动控制显微视觉系统的核心功能，是显微视觉高精度测量基础，而准确、快速聚焦又是自动聚焦技术的关键。目前，自动聚焦主要通过观测到拍摄目标的图像特征或镜头与目标的距离，判定离焦状态，进而通过机械运动调整物镜或整体设备与晶圆的相对位置，从而实现对焦的目的。该方法虽然可以快速实现对焦，但其对焦过程，对焦精度都依赖于机械运动的精度与速度，导致成本高。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种显微系统及其非机械位移自动对焦方法，具有对焦速度快、精度高，制造、使用成本低等特点。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：第一方面，提供一种显微系统，包括：图像采集系统，用于采集被测物体的图像，并传输至上位机；透明晶体，设置在被测物体与图像采集系统的物镜之间，用于改变被测物体的成像位置；调压电路，分别与上位机和透明晶体电连接，用于根据上位机的控制指令改变作用于透明晶体上的电压值。进一步地，所述透明晶体为电光晶体，包括钽铌酸钾晶体。进一步地，所述透明晶体为液晶，包括热致液晶。进一步地，所述图像采集系统为显微镜系统，所述显微镜系统采用CCD或CMOS相机。第二方面，提供一种显微系统非机械位移自动对焦方法，采用第一方面所述的显微系统，包括：基于透明晶体在电场作用下的折射率变化特点，按照设定的电压差改变作用于透明晶体上的电压值，从而改变透明晶体的折射率；在透明晶体处于不同的电压值时，分别采集被测物体的图像并计算图像的清晰度评价函数，获得清晰度评价函数值；基于清晰度评价函数值调整作用于透明晶体上的电压值，直至完成自动对焦。进一步地，所述基于清晰度评价函数值调整作用于透明晶体上的电压值，直至完成自动对焦，具体包括：如清晰度评价函数值增大，则继续按照设定的电压差ΔV增大作用于透明晶体上的电压；直到清晰度评价函数值下降，则将作用于透明晶体上的电压减小ΔV，此时认为已经对焦；如清晰度评价函数值减小，则继续按照设定的电压差ΔV减小作用于透明晶体上的电压，直到清晰度评价函数值下降，则将作用于透明晶体上的电压增大ΔV，此时认为已经对焦。进一步地，所述透明晶体为电光晶体或液晶。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术通过在显微物镜和拍摄目标之间增加一个透明晶体，并通过外加电压控制透明晶体的折射率，改变拍摄目标到显微物镜之间的光程，从而调节焦点的位置实现自动聚焦，具有对焦速度快、精度高，制造、使用成本低等特点。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种显微系统的对焦原理示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种显微系统的系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例一：如图1所示，凸透镜1的焦距为f，在凸透镜1和焦点之间增加一个厚度为d,折射率为n的透明晶体2时，此时凸透镜1聚焦的位置L变为：即，此时拍摄目标在这个位置上，可以实现对焦。本实施例中，透明晶体采用电光晶体(如KDP)或液晶，利用电光效应，在晶体上加上电压，可以通过改变电压改变晶体的折射率。利用传统的自动聚焦中的判断离焦的方法，如计算图像清晰度方法,确定是否离焦。产生信号，控制晶体上的电压变化，改变晶体的折射率，从而改变聚焦位置，实现聚焦，获得清晰的图像。如图2所示，一种显微系统，包括：图像采集系统3，用于采集被测物体4的图像，并传输至上位机5；透明晶体2，设置在图像采集系统的物镜31与被测物体4之间，用于改变被测物体4的成像位置；调压电路6，分别与上位机5和透明晶体2电连接，用于根据上位机5的控制指令改变作用于透明晶体2上的电压值。本实施例中，透明晶体为电光晶体，包括钽铌酸钾(KTN)晶体，或液晶，包括热致液晶，本实施例采用电光晶体；图像采集系统3为显微镜系统，显微镜系统包括CCD或CMOS相机33、目镜32和物镜31。目镜32、物镜31都是凸透镜。被测物体4表面经过物镜31和目镜32两次放大，由相机33采集相应的图像。本实施例通过在显微物镜和拍摄目标之间增加一个透明晶体，并通过外加电压控制透明晶体的折射率，改变拍摄目标到显微物镜之间的光程，从而调节焦点的位置实现自动聚焦，具有对焦速度快、精度高，制造、使用成本低等特点。实施例二：基于实施例一所述的一种显微系统，本实施例提供一种显微系统的自动对焦方法，包括：基于透明晶体在电场作用下的折射率变化特点，按照设定的电压差改变作用于透明晶体上的电压值，从而改变透明晶体的折射率；在透明晶体处于不同的电压值时，分别采集被测物体的图像并计算图像的清晰度评价函数，获得清晰度评价函数值；基于清晰度评价函数值调整作用于透明晶体上的电压值，直至完成自动对焦；具体包括：如清晰度评价函数值增大，则继续按照设定的电压差ΔV增大作用于透明晶体上的电压；直到清晰度评价函数值下降，则将作用于透明晶体上的电压减小ΔV，此时认为已经对焦；如清晰度评价函数值减小，则继续按照设定的电压差ΔV减小作用于透明晶体上的电压，直到清晰度评价函数值下降，则将作用于透明晶体上的电压增大ΔV，此时认为已经对焦。本实施例中，显微系统的具体对焦过程如下：1、将被测物体放置在如图2所示的显微系统的物镜前；2、在电光晶体上加上初始电压V0，其初始折射率为n0；3、相机拍摄显微图片，并计算图像清晰度评价函数；4、增加电压ΔV，提高折射率，再次拍摄、计算图像清晰度评价函数；5、采用清晰度评价函数中的梯度评价函数，如函数值增加则继续增大电压ΔV，提高折射率；直到函数值下降，则将电压下降ΔV，此时认为已经聚焦。如函数值减小，则减小电压ΔV，降低折射率，提高函数值，直到函数值下降，则将电压增加ΔV，此时认为已经聚焦。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微系统，其特征是，包括：/n图像采集系统，用于采集被测物体的图像，并传输至上位机；/n透明晶体，设置在被测物体与图像采集系统的物镜之间，用于改变被测物体的成像位置；/n调压电路，分别与上位机和透明晶体电连接，用于根据上位机的控制指令改变作用于透明晶体上的电压值。/n

【技术特征摘要】
1.一种显微系统，其特征是，包括：
图像采集系统，用于采集被测物体的图像，并传输至上位机；
透明晶体，设置在被测物体与图像采集系统的物镜之间，用于改变被测物体的成像位置；
调压电路，分别与上位机和透明晶体电连接，用于根据上位机的控制指令改变作用于透明晶体上的电压值。


2.根据权利要求1所述的显微系统，其特征是，所述透明晶体为电光晶体，包括钽铌酸钾晶体。


3.根据权利要求1所述的显微系统，其特征是，所述透明晶体为液晶，包括热致液晶。


4.根据权利要求1所述的显微系统，其特征是，所述图像采集系统为显微镜系统，所述显微镜系统采用CCD或CMOS相机。


5.一种显微系统的自动对焦方法，其特征是，采用权利要求1～4任一项所述的显微系统，包括：
基于透明晶体在电场作用下的折射率变化特点，按照设定的电压差改变作用于透明晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，何睿清，覃翠，魏峘，赵静，余辉龙，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32