本发明专利技术提供一种激光式自动对焦装置，包括激光发射器、光栅镜片、聚焦镜、反射镜、物镜、图像采集装置和图像处理装置，所述激光发射器发射出的激光经光栅镜片过滤，剩余的光速经过聚焦镜形成平行光线后通过反射镜的反射，再经过能自动调整位置的物镜聚焦到被测物体上，之后，该光线以与所述路径对称的路径反射回去，然后通过光栅镜片反射到图像采集装置中，最后发送到图像处理装置对采集信息进行处理。本发明专利技术所提供的自动对焦装置降低了对焦时间，同时提高了对焦的精度。本发明专利技术所提供的对焦方法，能快速判断出离焦状态，单方向控制电机，减少了处理大量图像信息的工作，从而极大减少了对焦时间，同时又不减少对焦的精度，极大提高了对焦性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学检测
，尤其涉及一种激光式自动对焦装置及其对焦方 法。
技术介绍
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。一般的，采用图像处理方法的显微镜自动对焦方式是借助自然 光反射到凸透镜后呈现整个倒像，通过相机连续拍摄图像，并不断进行对比和分析，反复控 制移动镜头，直到找出最为清晰的图像作为聚焦点的判据，然而，这种自动对焦方式需要存 储和处理大量图像信息，影响自动对焦的速度，而且对焦的精确度也不高。
技术实现思路
针对上述现有对焦技术所存在的不足，本专利技术提供一种激光式自动对焦装置，该 对焦装置降低了对焦时间，同时提高了对焦的精度。本专利技术的另一目的是提供一种激光式自动对焦装置的对焦方法，该对焦方法能快 速判断出离焦状态，单方向控制电机，减少了处理大量图像信息的工作，从而极大减少了对 焦时间，同时又不减少对焦的精度，极大提高了对焦性能。本专利技术的技术解决方案为一种激光式自动对焦装置，包括激光发射器、光栅镜 片、聚焦镜、反射镜、物镜、图像采集装置和图像处理装置，所述激光发射器发射出的激光经 光栅镜片过滤，剩余的光速经过聚焦镜形成平行光线后通过反射镜的反射，再经过能自动 调整位置的物镜聚焦到被测物体上，之后，该光线以与所述路径对称的路径反射回去，然后 通过光栅镜片反射到图像采集装置中，最后发送到图像处理装置对采集信息进行处理。所述光栅镜片设置成能滤去一半的激光光束。除所述物镜外的部件的相对位置为固定。所述物镜是通过运动控制模块和对焦驱动模块来驱动对焦的，其中，运动控制模 块用于改变对焦的水平坐标位置，对焦驱动模块用于改变物距从而改变被测物体的成像信 肩、ο所述对焦驱动模块为伺服电机驱动。所述伺服电机驱动步长为1 μ m。所述图像采集装置为CXD图像采集模块。对该方案的进一步改进为还包括用于观察对焦平台环境的视频模块。再进一步的改进为还包括用于存储图片信息和计算结果的存储模块。一种激光式自动对焦装置的对焦方法，包括以下步骤 1)图像采集装置采集图像信息；2)将采集到的图像信息输送到图像处理装置进行灰度转换；3)对所得灰度值进行平均灰度值计算，呈现上半圆、中心圆、下半圆三种光斑图像；4)通过灰度分析法分析上述三种光斑图像的灰度值和灰度值分割点，判断离焦状态为 上离焦还是下离焦状态；5)根据所得离焦状态控制电机单方向运行移动物镜；6)对比前后帧图像灰度值；7)根据梯度法，判断灰度值梯度方向的转折点，找出最小平均灰度值，确定焦平面。本专利技术所提供的自动对焦装置降低了对焦时间，同时提高了对焦的精度。本专利技术 所提供的对焦方法，能快速判断出离焦状态，单方向控制电机，减少了处理大量图像信息的 工作，从而极大减少了对焦时间，同时又不减少对焦的精度，极大提高了对焦性能。附图说明图1为本专利技术实施例的激光光学回路示意图； 图2为本专利技术实施例的光斑离焦状态分析图3为本专利技术实施例对焦方法流程图； 图4为本专利技术实施例的初始离焦状态灰度分析图； 图5为本专利技术实施例的初始准对焦状态灰度分析图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，一种激光式自动对焦装置，包括激光发射器1、光栅镜片2、聚焦镜3、 反射镜4、物镜5、图像采集装置7和图像处理装置，所述激光发射器1发射出的激光经光栅 镜片2过滤，剩余的光速经过聚焦镜3形成平行光线后通过反射镜4的反射，再经过能自动 调整位置的物镜5聚焦到被测物体6上，之后，该光线以与所述路径对称的路径反射回去， 然后通过光栅镜片2反射到图像采集装置7中，最后发送到图像处理装置对采集信息进行 处理。所述光栅镜片2设置成能滤去一半的激光光束。除所述物镜5外的部件的相对位置为固定。所述物镜5是通过运动控制模块和对焦驱动模块来驱动对焦的，其中，运动控制 模块用于改变对焦的水平坐标位置，对焦驱动模块用于改变物距从而改变被测物体的成像 fn息ο所述对焦驱动模块为伺服电机驱动。所述伺服电机驱动步长为1 μ m。所述图像采集装置7为CXD图像采集模块。对该方案的进一步改进为还包括用于观察对焦平台环境的视频模块。再进一步的改进为还包括用于存储图片信息和计算结果的存储模块。—种激光式自动对焦装置的对焦方法，包括以下步骤1)图像采集装置采集图像信息；2)将采集到的图像信息输送到图像处理装置进行灰度转换；3)对所得灰度值进行平均灰度值计算，呈现上半圆、中心圆、下半圆三种光斑图像；4)通过灰度分析法分析上述三种光斑图像的灰度值和灰度值分割点，判断离焦状态为 上离焦还是下离焦状态；5)根据所得离焦状态控制电机单方向运行移动物镜，若处于下离焦状态，则控制电机 下移物镜，反之，则控制电机上移物镜；6)对比前后帧图像灰度值；7)根据梯度法，判断灰度值梯度方向的转折点，找出最小平均灰度值，确定焦平面。 本专利技术激光式自动对焦装置的成像原理符合凸透镜成像原理。参照图1，根据凸透 镜成像原理，一个高度为H的被测物体6在经过具有焦距f的物镜5和反射镜4，在聚焦镜 3上形成高为h的倒像，其中，物镜5到被测物体6的距离A为物距，聚焦镜3到光栅镜片2 的距离a为像距，那么，根据凸透镜成像的原理，焦距f与物距A和像距a应当满足下列关 系式然而，由于半光线的特殊光学回路，以致只有半个物体成像，对于图像的采集而言，根 据图1所示光线几何关系，满足以下关系式参照图1，光栅镜片2的水平夹角θ为45°，其最终投射到CCD图像采集模块中的真 实成像尺寸为rh，满足以下关系式rh = fv(3)结合公式(2)和公式(3)，可得到将公式(4)带入到公式(1)，可以得至IJ -1H/ 厂、以上计算得出正确对焦情况下的焦距。本专利技术自动对焦装置中物镜5为可移动，其余组件为固定，因此，像距a固定不变， 结合以上计算，可知要想实现正确对焦需要调整物距A，本专利技术对焦方法通过控制电机上下 移动物镜5，使其物距A与焦距f相等，从而实现准确对焦。参照图1，通过移动物镜，会出现上离焦、准对焦和下离焦三种状态，相应地，投射 到CCD图像采集模块的图像信息同样出现三种光斑图像，参照图2，理想状态下，上离焦状 态呈现上半圆光斑图像P1，准确对焦呈现中心圆点光斑图形P2，下离焦状态呈现下半圆光 斑图像P3。参照图3，该流程图描述本专利技术完成对焦的一种方法，以如下步骤进行S1 =CCD图 像采集模块采集光斑图像信息，获取图像信息；S2 根据灰度转换公式进行灰度转换，得出 像素点i的灰度值权利要求1.一种激光式自动对焦装置，包括激光发射器(1)、光栅镜片(2)、聚焦镜(3)、反射镜 (4)、物镜(5)、图像采集装置(7)和图像处理装置，其特征在于所述激光发射器(1)发射出 的激光经光栅镜片(2)过滤，剩余的光速经过聚焦镜(3)形成平行光线后通过反射镜(4)的 反射，再经过能自动调整位置的物镜(5)聚焦到被测物体(6)上，之后，该光线以与所述路 径对称的路径反射回去，然后通过光栅镜片(2)反射到图像采集装置(7)中，最后发送到图 像处理装置对采集本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种激光式自动对焦装置，包括激光发射器（１）、光栅镜片（２）、聚焦镜（３）、反射镜（４）、物镜（５）、图像采集装置（７）和图像处理装置，其特征在于：所述激光发射器（１）发射出的激光经光栅镜片（２）过滤，剩余的光速经过聚焦镜（３）形成平行光线后通过反射镜（４）的反射，再经过能自动调整位置的物镜（５）聚焦到被测物体（６）上，之后，该光线以与所述路径对称的路径反射回去，然后通过光栅镜片（２）反射到图像采集装置（７）中，最后发送到图像处理装置对采集信息进行处理。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：程良伦，黄加异，朱玮，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81
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