一种基于水盒的显微系统及其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基于水盒的显微系统及其自动对焦方法，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；水盒，其内盛有深度可调的液体，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；水盒液位控制单元，设置于上位机和水盒之间，用于根据上位机的控制指令改变水盒内的液体的深度。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水盒，并通过水盒液位控制单元，控制液位，从而改变拍摄目标到显微物镜之间的光程，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】
一种基于水盒的显微系统及其自动对焦方法
本专利技术属于显微视觉
，具体涉及一种基于水盒的显微系统及其自动对焦方法。
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基于水盒的显微系统及其自动对焦方法，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；水盒，其内盛有深度可调的液体，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；水盒液位控制单元，设置于上位机和水盒之间，用于根据上位机的控制指令改变水盒内的液体的深度。进一步地，所述水盒液位控制单元包括控制盒，所述控制盒与所述水盒连通，形成连通器结构；在所述控制盒内放置有铁块，所述铁块与电磁组件磁耦合连接，所述电磁组件与电流控制电路电连接，所述电流控制电路与所述上位机电连接。<br>进一步地，所述电磁组件为带线圈的铁磁体，所述线圈与所述电流控制电路电连接。进一步地，所述水盒内的液体为水。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，提供一种显微系统的自动对焦方法，采用第一方面所述的显微系统，包括：按照设定的规律改变水盒内的液体的深度；在水盒内的液体处于不同的深度时，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水盒内的液体的深度，直至完成自动对焦。进一步地，所述按照设定的规律改变水盒内的液体的深度，具体为：增大作用于电磁组件的电流，铁块上浮，水盒内的液位下降；减小作用于电磁组件的电流，铁块下沉，水盒内的液位上升。进一步地，所述基于清晰度评价函数值调整水盒内的液体的深度，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流差ΔI增大作用于电磁组件上的电流；直到清晰度评价函数值下降，则将作用于电磁组件上的电流减小ΔI，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流差ΔI减小作用于电磁组件上的电流，直到清晰度评价函数值下降，则将作用于电磁组件上的电流增大ΔI，此时认为已经对焦。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水盒，并通过水盒液位控制单元，控制液位，从而改变拍摄目标到显微物镜之间的光程，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聚焦的位置变为：即，此时拍摄目标在这个位置上，可以实现对焦。由于水的折射率大于空气的折射率，本实施例中，采用盛有水的水盒(由透明材料制作，如玻璃、透明树脂、塑料等)代替透明晶体2，当水盒中的水位发生变化时，聚焦位置也会随之发生变化；本实施例中也可以采用折射率大于水的其它透明液体。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，改变电流，控制铁磁体的磁力，调整铁块的高度，控制水位发生变化，改变厚度，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；水盒6，其内盛有深度可调的液体，设置在被测物体4与图像采集系统3的物镜31之间，用于改变被测物体4的成像位置；水盒液位控制单元，设置于上位机5和水盒6之间，用于根据上位机5的控制指令改变水盒6内的液体的深度。本实施例中，水盒液位控制单元包括控制盒71，控制盒71与水盒6连通，形成连通器结构；在控制盒71内放置有铁块72，铁块72与电磁组件73磁耦合连接，电磁组件73与电流控制电路74电连接，电流控制电路74与上位机5电连接。电磁组件73为带线圈的铁磁体，线圈与电流控制电路74电连接。水盒6内的液体为水。图像采集系统3为显微镜系统，显微镜系统采用CCD或CMOS相机33，目镜32，物镜31。目镜32、物镜31都是凸透镜。被测物体4的表面经过物镜31和目镜32两次放大，由相机33采集相应的图像。对于电磁组件产生的磁力为：其中，u0为真空磁导率，S为电磁组件与铁块重合的面积，I为电流，W为线圈匝数，R1为磁组。这些变量中，只有电流I是可变量。对于铁块的受力：F＝G-ρVg(3)式中：G为铁块的重力，V为铁块浸入水中的体积，g为重力加速度，ρ为水的密度。通过改变电流的值，可以改变磁力，从而改变铁块浸入水中的体积，从而改变液面的高度。最终实现聚焦位置的变化。图2中，R表示圆柱状水盒的半径，r表示圆柱状铁块的半径，H表示水位高度，h表示铁块浸入水中的高度。本实施例通过在显微物镜和拍摄目标之间增加一个水盒，并通过水盒液位控制单元，控制液位，从而改变拍摄目标到显微物镜之间的光程，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：按照设定的规律改变水盒内的液体的深度；具体为：增大作用于电磁组件的电流，铁块上浮，水盒内的液位下降；减小作用于电磁组件的电流，铁块下沉，水盒内的液位上升。在水盒内的液体处于不同的深度时，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水盒内的液体的深度，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流差ΔI增大作用于电磁组件上的电流；直到清晰度评价函数值下降，则将作用于电磁组件上的电流减小ΔI，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流差ΔI减小作用于电磁组件上的电流，直到清晰度评价函数值下降，则将作用于电磁组件上的电流增大ΔI，此时认为已经对焦。本实施例中，显微系统本文档来自技高网...

【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水盒，其内盛有深度可调的液体，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水盒液位控制单元，设置于上位机和水盒之间，用于根据上位机的控制指令改变水盒内的液体的深度。/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；
水盒，其内盛有深度可调的液体，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；
水盒液位控制单元，设置于上位机和水盒之间，用于根据上位机的控制指令改变水盒内的液体的深度。


2.根据权利要求1所述的显微系统，其特征是，所述水盒液位控制单元包括控制盒，所述控制盒与所述水盒连通，形成连通器结构；在所述控制盒内放置有铁块，所述铁块与电磁组件磁耦合连接，所述电磁组件与电流控制电路电连接，所述电流控制电路与所述上位机电连接。


3.根据权利要求2所述的显微系统，其特征是，所述电磁组件为带线圈的铁磁体，所述线圈与所述电流控制电路电连接。


4.根据权利要求1所述的显微系统，其特征是，所述水盒内的液体为水。


5.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。


6.一种显微系统的自动对焦方法，其特征是，采用...

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