一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法和系统，该基于激光的物镜自动跟随对焦方法包括以下步骤：对采集图像信息进行处理，并得到光斑图像；通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值；基于计算出的所述调焦评价值控制物镜沿垂直方向上下移动，直至对焦完成。本发明专利技术通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值，能够判断处对焦状态，然后基于调焦评价值并快速粗调焦缩小调焦范围，可以提高调焦效率，具有一定的抗干扰能力，可避免陷入局部最优解；然后再慢速细调焦提高调焦精度，能够提高调焦精度，从而能够实现快速、精确、自动化的对焦，具有实时性、便捷性和高灵敏度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法和系统


[0001]本专利技术涉及光学检测
，具体来说，涉及一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法和系统。

技术介绍

[0002]据统计资料表明，人类从客观世界获取的信息，约有60
‑
70％来自视觉信息；光电成像系统已广泛应用于工业、农业、医学、军事等领域，作为一种获取图像信息的工具，它可以用于生成过程监控、工况检测、图像拍摄、显微观察、医学图像分析、地质遥感和军事遥感等等；光学成像系统作为获取图像信息的有效手段，具有广泛应用，图像是信息传递的重要载体，如何获取清晰、高质量的图像画面一直是人们探索的方向与目标，图像质量直接关系着后续的图像处理与应用；图像作为一种高容量的信息载体已深深融入每个人的日常生活之中；各种各样的图像输入、输出设备已渐渐成为多媒体计算机的普通外设，并具有广泛的需求前景。
[0003]目前，随着自动控制技术和图像处理技术的快速发展，采用图像处理方法的自动对焦技术被应用于多个领域，比如工业光学检测、医学成像系统、多媒体
等；在工业生产中常常需要对精密仪器进行质量检测，这就要求快捷、准确获取清晰的图像信息，自动对焦技术凸显至关重要的作用；
[0004]基于图像的自动调焦技术以其自身的优势逐渐成为国内外调焦技术的主流方向，基于图像的调焦方法日渐多样化，应用范围也越来越广，在调焦精度、速度、稳定度、可移植性等方面上得到了很大提升；例如，基于离焦深度法的自动调焦技术虽然只需采集少量图像即可估计出目标的深度信息，调焦速度块，但是其性能很大程度上依赖成像系统光学参数及离焦模型的准确性，调焦精度比较低，而对于清晰度算法来说是根据具体的应用场合提出的，但是当应用场合发生变化时，其调焦性能可能会下降，严重时甚至会导致调焦失败。
[0005]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法和系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
[0007]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0008]根据本专利技术的一方面，提供一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，该方法包括以下步骤：
[0009]S1、采集图像信息；
[0010]S2、对采集图像信息进行处理，并得到光斑图像；
[0011]S3、通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值；
[0012]S4、基于计算出的所述调焦评价值控制物镜沿垂直方向上下移动，直至对焦完成。
[0013]进一步的，所述采集图像信息包括以下步骤：
[0014]S11、初始化物镜位置；
[0015]S12、利用激光源向待观测物体发射激光束，并采集图像信息。
[0016]进一步的，所述对采集图像信息进行处理，并得到光斑图像包括以下步骤：
[0017]S21、对采集的图像进行直方图均衡化处理；
[0018]S22、对直方图均衡化处理后的图像进行去噪滤波处理；
[0019]S23、对去噪滤波处理的图像通过灰度转化公式进行灰度转换，并得到灰度值；
[0020]S24、对得到的所述灰度值进行平均灰度值计算。
[0021]进一步的，通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值的计算公式为：
[0022][0023]其中，f(I)表示光斑图像的调焦评价值；
[0024]I(x,y)表示光斑图像在(x,y)像素点处的强度；
[0025]μ表示光斑图像的平均灰度值。
[0026]进一步的，所述基于计算出的所述调焦评价值控制物镜沿垂直方向上下移动，直至对焦完成包括以下步骤：
[0027]S41、控制物镜进行快速粗调焦，并确定细调焦范围；
[0028]S42、控制物镜进行慢速细调焦，直至光斑图像最小时结束对焦。
[0029]进一步的，所述控制物镜进行快速粗调焦，并确定细调焦范围包括以下步骤：
[0030]S411、通过垂直位移台带动物镜快速垂直向下运动；
[0031]S412、计算机记录垂直位移台当前位置并与此时光斑图像的调焦评价值一一对应；
[0032]S413、通过判断公式判断当前位置对应的调焦评价值是否满足停止条件，若满足，则将物镜自当前位置k向上移动150μm至m点位置，并进入慢速细调焦阶段，若不满足，则垂直位移台继续垂直向下移动。
[0033]进一步的，所述控制物镜进行慢速细调焦，直至光斑图像最小时结束对焦包括以下步骤：
[0034]S421、通过垂直位移台带动物镜慢速垂直向下运动，将物镜自m点位置向下移动300μm至n点位置；
[0035]S422、实现物镜所处位置与此时光斑图像的调焦评价值一一对并绘制调焦评价曲线；
[0036]S423、基于调焦评价曲线计算出焦点F的位置，并将物镜移动至对应位置。
[0037]进一步的，所述通过判断公式判断当前位置对应的调焦评价值的判断公式为：
[0038][0039]其中，xk表示当前位置k处的调焦评价值；
[0040]h表示检测阈值；
[0041]表示当前位置k前k
‑
1个位置评价值的均值；
[0042]σ表示当前位置k前k
‑
1个位置评价值的标准差。
[0043]进一步的，所述采集图像信息采用CCD相机进行图像采集。
[0044]根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于激光的物镜自动跟随对焦系统，该系统包括：图像采集模块、图像处理模块、调焦评价值计算模块及自动对焦模块；
[0045]所述图像采集模块，用于采集图像信息；
[0046]所述图像处理模块，用于对采集图像信息进行处理，并得到光斑图像；
[0047]所述调焦评价值计算模块，用于通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值；
[0048]所述自动对焦模块，用于基于计算出的所述调焦评价值控制物镜沿垂直方向上下移动，直至对焦完成。
[0049]本专利技术的有益效果为：
[0050]1、本专利技术利用激光源向待观测物体发射激光束，然后采用CCD相机采集待观测物体表面的图像，并经过直方图均衡化、去噪滤波处理以及灰度转化处理，从而能够避免由于光照条件的影响，造成图像曝光不足或过度，图像动态范围受限，图像对比度下降，进而提高了图像的清晰度，提高了图像质量的准确性，能够为后续的处理提供基础。
[0051]2、本专利技术通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值，能够判断处对焦状态，然后基于调焦评价值并快速粗调焦缩小调焦范围，可以提高调焦效率，具有一定的抗干扰能力，可避免陷入局部最优解；然后再慢速细调焦提高调焦精度，能够提高调焦精度，从而能够实现快速、精确、自动化的对焦，具有实时性、便捷性和高灵敏度。
附图说明
[0052]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、采集图像信息；S2、对采集图像信息进行处理，并得到光斑图像；S3、通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值；S4、基于计算出的所述调焦评价值控制物镜沿垂直方向上下移动，直至对焦完成。2.根据权利要求1所述的一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，其特征在于，所述采集图像信息包括以下步骤：S11、初始化物镜位置；S12、利用激光源向待观测物体发射激光束，并采集图像信息。3.根据权利要求1所述的一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，其特征在于，所述对采集图像信息进行处理，并得到光斑图像包括以下步骤：S21、对采集的图像进行直方图均衡化处理；S22、对直方图均衡化处理后的图像进行去噪滤波处理；S23、对去噪滤波处理的图像通过灰度转化公式进行灰度转换，并得到灰度值；S24、对得到的所述灰度值进行平均灰度值计算。4.根据权利要求3所述的一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，其特征在于，通过调焦评价函数计算出光斑图像的调焦评价值的计算公式为：其中，f(I)表示光斑图像的调焦评价值；I(x,y)表示光斑图像在(x,y)像素点处的强度；μ表示光斑图像的平均灰度值。5.根据权利要求4所述的一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，其特征在于，所述基于计算出的所述调焦评价值控制物镜沿垂直方向上下移动，直至对焦完成包括以下步骤：S41、控制物镜进行快速粗调焦，并确定细调焦范围；S42、控制物镜进行慢速细调焦，直至光斑图像最小时结束对焦。6.根据权利要求5所述的一种基于激光的物镜自动跟随对焦方法，其特征在于，所述控制物镜进行快速粗调焦，并确定细调焦范围包括以下步骤：S411、通过垂直位移台带动物镜快速垂直向下运动；S412、计算机记录垂直位移台当前位置并与此时光斑图像的调焦评价值...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾磊，朱剑桥，张伟，
申请(专利权)人：南京光优达光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：