CN108628061B - 一种工业相机自适应自动对焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种工业相机自适应自动对焦方法及装置，涉及自动化检测技术领域。包括：保持工业相机移动轴线不变，自由移动工业相机，多次采集基准屏图像；计算每个基准屏图像的清晰度值，选出清晰度值最大的基准屏图像位置，作为对焦层β，提取关于对焦层β处基准屏图像的信息，并存储为模板信息；基于模板信息创建索引表信息；移动工业相机，采集待检测屏图像，将待检测屏图像信息与索引表信息进行对比判断；根据判断结果自适应自动对焦。该方法对焦简单，对焦速度快，高鲁棒性适应外界光照条件的变化，对不同机种的LCD屏，不同工序段的屏均能适应，检测精度高，能提高检测设备的自动化程度，提高工作效率。

Description

一种工业相机自适应自动对焦方法及装置

技术领域

本申请涉及自动化检测技术领域，尤其涉及一种工业相机自适应自动对焦方法及装置。

背景技术

随着电子产品功能、种类的不断增加，LCD屏(Liquid Crystal Display，液晶显示器)的需求量也不断增加，同时对LCD屏的要求也越来越高，这就需要对LCD屏进行严格检测，以确保屏幕功能达到使用要求。目前各类检测设备多采用工业相机进行辅助检测，工业相机可提高检测设备的自动化程度，现有工业相机的设计一般以爬坡法的搜索算法为基础，爬坡法利用启发信息进行引导，启发信息包括起始点位置、启发函数，使搜索不断前进，并最终找到最优的搜索位置。

爬坡法的具体过程为：设定起始位置，首先采用一个较大的固定步长朝一个方向前进，每前进一步，读取一次图像信息，计算图像清晰度，每次计算得到的图像清晰度值都要与前一次的图像清晰度值进行对比，从而判断移动方向。比如第n次图像计算的清晰度值为Q_n，第n+1次图像计算的清晰度值为Q_n+1，如果Q_n+1大于Q_n，则延既定方向继续前进，直至某一次图像清晰度值Q_n+1小于或等于Q_n，此时改变前进方向，朝反方向前进，且减小移动步长，重复以上过程，直到下一次图像清晰度值Q_m+1小于或等于Q_m，改变移动方向，继续减小移动步长……最后一次搜索位置则可认为是最优搜索位置，也就是图像最清晰时的位置。

采用爬坡法寻找图像最清晰位置，需要来回多次采集图像，采集数量多，耗时较长。并且采用爬坡法受外界条件的影响较大，比如光线发生变化时，调焦曲线有可能出现假波峰，即局部最大值，此时影响搜索结果，使得搜索结果停留在局部最大值处，造成误差。现有电子产品会采用不同的LCD屏，即使是同一产品在不同工序段，屏幕的组成也不尽相同，当外部环境比如光照条件等发生变化时，采用爬坡法算法得到的检测结果存在较大的误差。因此，以爬坡法搜索算法为基础的现有工业相机，需要不断的调整工业相机的位置和焦距，控制外部环境条件，这就存在对不同机种的LCD屏适应度不强、检测精度不高、对光照条件反应敏感、对焦过程复杂、对焦速度慢、降低设备自动化程度、降低设备节拍等问题。

发明内容

本申请提供了一种工业相机自适应自动对焦方法，以解决现有检测设备对LCD屏适应度不强、检测精度不高、对光照条件反应敏感、对焦过程复杂、对焦速度慢、降低设备自动化程度、降低设备节拍等问题。

一种工业相机自适应自动对焦方法，所述方法包括：

S1保持工业相机移动轴线不变，自由移动工业相机，多次采集基准屏图像，其中，所述基准屏与所述工业相机同轴线设置；

S2计算每个所述基准屏图像的清晰度值，选出所述清晰度值最大的图像位置；

S3将所述清晰度值最大的图像位置设为对焦层β，提取关于所述对焦层β位置处所述基准屏的图像信息，将所述图像信息存储为模板信息；

S4基于所述模板信息创建索引表信息；

S5移动所述工业相机，采集待检测屏图像，将所述待检测屏图像的信息与所述索引表信息进行对比判断，得到判断结果；

S6根据所述判断结果自适应自动对焦。

可选的，在步骤S3之前，在步骤S2之后，还包括：

判断所述清晰度值最大的图像位置是否是第一张图像或最后一张图像的位置，

如果是，那么反复调整工业相机的移动步长，重复步骤S1、S2，直至所述清晰度值最大的图像位置在所述第一张图像和最后一张图像之间，达到收敛；

否则，执行步骤S3。

可选的，所述S4包括：

S41以所述对焦层β为中心，在其两侧划定γ脉冲范围，并选定所述γ脉冲范围任意一个端点为起始位置；

S42从所述起始位置开始，每间隔固定脉冲α，采集一次所述基准屏图像，直至所述γ脉冲范围内图像采集完毕；

S43将采集的所述基准屏图像的形状绘素信息与所述模板信息进行匹配，将匹配结果折算为形状匹配分值；

S44按照移动脉冲顺序将所述形状匹配分值记录下来，形成所述索引表信息。

可选的，步骤S43之前，步骤S42之后，还包括：

在所述γ脉冲范围内，选取所述形状匹配分值大于等于λ的所有所述基准屏图像信息，执行步骤S43、S44，其中，0<λ≤0.5。

可选的，对所述索引表信息进行分区，按照所述形状匹配分值从小到大依次划分为跳转区、粗对焦区、细对焦区。

可选的，所述S5包括：

如果所述形状匹配分值小于λ，那么判断所述工业相机对焦处于无匹配区；

如果所述形状匹配分值在λ到μ之间，那么判断所述工业相机对焦处于所述跳转区；

如果所述形状匹配分值在μ到ν之间，那么判断所述工业相机对焦处于所述粗对焦区；

如果所述形状匹配分值大于ν，那么判断所述工业相机对焦处于所述细对焦区；

其中，λ、μ、ν为归一化数值，0<λ<μ<ν<1。

可选的，所述S6包括：

如果所述工业相机对焦处于所述无匹配区，那么所述工业相机以ζ脉冲步长继续移动，直到跳转至所述跳转区、粗对焦区、细对焦区中的任意一个区；

如果所述工业相机对焦处于所述跳转区，那么所述工业相机以φ脉冲步长继续移动，直到跳转至所述粗对焦区、细对焦区中的任意一个区；

如果所述工业相机对焦处于所述粗对焦区，那么所述工业相机以η脉冲步长继续移动，直到跳转至细对焦区；

如果所述工业相机对焦处于所述细对焦区，那么所述工业相机以τ脉冲步长移动，直至得到所述清晰度值最大的图像，实现成功对焦；

其中，ζ>φ>η>τ。

可选的，所述ζ脉冲步长、φ脉冲步长、η脉冲步长、τ脉冲步长的大小分别为：

所述ζ脉冲步长的大小为所述索引表信息脉冲移动总跨度的1/2；

所述φ脉冲步长的大小为所述索引表信息中所述形状匹配分值最大的图像位置与所述形状匹配分值第一次被记录时图像位置之间的脉冲跨度；

所述η脉冲步长的大小为所述细对焦区脉冲总跨度的1/2；

所述τ脉冲步长为所述η脉冲步长的θ倍，其中0<θ<1。

一种工业相机自适应自动对焦装置，用于执行一种工业相机自适应自动对焦方法，所述装置包括：

显屏模块：用于放置基准屏和待检测屏；

图像采集模块：包括所述工业相机、滑道、驱动装置，所述驱动装置驱动所述工业相机沿所述滑道来回移动，移动轴线不变；

计算机控制模块：用于控制所述工业相机、所述驱动装置，并处理、存储所述工业相机采集的图像信息。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

与现有技术相比，本申请提供的一种工业相机自适应自动对焦方法，首先建立基准屏的图像信息，并对基准屏的规律、特征进行探索，形成索引表，作为待检测屏是否加速对焦或是否对焦成功的判断依据。针对同一机种、在同一工序段的不同LCD屏，首先保持工业相机移动轴线不变，自由移动工业相机，采集基准屏图像，计算每个图像的清晰度值，选出清晰度值最大的图像位置设为对焦层β，采集对焦层β处基准屏图像的信息作为模板信息，清晰度值最大时的图像位置应该在第一张图像和最后一张图像之间，否则需要反复调整工业相机移动的步长，重新采集基准屏图像信息。基于模板信息创建索引表信息，索引表信息按照形状匹配分值的大小分为多个不同区域，作为待检测屏自适应自动对焦的跳转依据。具体是，移动工业相机，采集待检测屏图像，并将待检测屏图像信息与索引表信息进行对比判断，判断工业相机所处的位置区域，位于不同区域，采用不同脉冲步长的移动，直至寻找到清晰度最大时的位置，完成自适应自动对焦，即成功对焦。对于不同机种、不同工序段的LCD屏，采用同样的方法。本申请提供的一种工业相机自适应自动对焦装置，用于执行一种工业相机自适应自动对焦方法。本申请提供的自适应自动对焦方法及装置，可加速工业相机对焦过程，提高设备节拍，提高工作效率。引入形状匹配分值，对不同机种的LCD屏，不同工序段的LCD屏，不同光照条件，均有较强的适应性，能够快速、高精度对焦，具有高鲁棒性，可大大提高检测设备的自动化程度，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的工业相机自适应自动对焦方法的流程示意图。

图2为本申请实施例提供的某成像***在不同对焦距离图像的清晰度曲线图。

图3为本申请实施例提供的某成像***在不同对焦距离图像的形状匹配分值曲线图。

图4为本申请实施例提供的索引表信息创建流程图。

图5为本申请实施例提供的自适应自动对焦过程示意图。

图6为本申请实施例提供的工业相机自适应自动对焦方法装置的结构框图。

附图标记说明：1、显屏模块；2、图像采集模块；3、计算机控制模块。

具体实施方式

请参见附图1，该图示出了一种工业相机自适应自动对焦方法的流程步骤。

一种工业相机自适应自动对焦方法，包括以下步骤：

步骤S1，保持工业相机移动轴线不变，自由移动工业相机，多次采集基准屏图像，其中，基准屏与工业相机同轴线设置。

基准屏，也就是基准LCD屏，与工业相机同轴线设置，基准屏设置在显屏位置处，保持不动，在该轴线上，来回移动工业相机，每次移动后，采集一次基准屏图像。

步骤S2，计算每个基准屏图像的清晰度值，选出清晰度值最大的图像位置。

每一个LCD屏，均存在一个清晰度值最大的图像位置，也是工业相机成功对焦位置。

步骤S3，将清晰度值最大的图像位置设为对焦层β，提取关于对焦层β位置处基准屏的图像信息，将图像信息存储为模板信息。

对步骤S1采集的所有基准屏图像进行清晰度值计算，从中选出清晰度值最大的图像及位置，该位置设为对焦层β，对焦层β处基准屏的图像信息将被存储为模板信息。模板信息也就是基准LCD屏的标准信息。

步骤S1、S2、S3是为待检测屏，也就是待检测LCD屏创建基准，对焦层β处的图像为基准LCD屏清晰度值最大的图像，这个位置也是工业相机成功对焦的位置，因而，在步骤S1中，图像采集的范围尽量大且密集，保证对焦层β位置的精确性。

寻找对焦层β可通过以下步骤实现：

步骤T1：通过人工操作，首先找出一个清晰度值最大的图像位置，设为A₁。

步骤T2：以A₁位置起，向前推进m脉冲，以固定脉冲x，在反方向2m脉冲范围内，多次采集图像，其中，固定脉冲x的大小根据检测设备的精度进行设定。

步骤T3：选出清晰度值最大的图像位置A₂，A₂即为对焦层β的位置。

将对焦层β处基准LCD屏图像信息存储为模板信息。

需要说明的是，得到清晰度值最大的图像并不限于以上提到的方法，还可以通过遍历法、Fibonacci搜索法等方法实现。

如图2所示，为某成像***在不同对焦距离图像的清晰度曲线图，该图像包含了工业相机完整的对焦过程。在该图中，以0脉冲为界，左侧负值代表工业相机逐渐远离显屏位置，右侧正值代表工业相机逐渐靠近显屏位置，两侧均表示工业相机远离对焦层β。0脉冲时，得到的清晰度值最大，0脉冲处就是对焦层β的位置，该处的基准LCD屏图像信息，也就是模板信息。

步骤S4基于所述模板信息创建索引表信息。

索引表信息是工业相机自适应自动对焦是否加速判断、是否对焦成功的判断依据。

索引表信息的创建过程类似一个学习的过程，是对基准LCD屏具有的特征、规律进行探索并记录的过程。在对焦层β附近一定范围内，最好是对称区间，从区间的一侧开始，按照固定脉冲α采集图像，每次采集得到的图像信息与模板信息进行形状匹配，按照匹配程度得到相应的形状匹配分值，以移动脉冲的顺序将各形状匹配分值进行记录，形成索引表信息。

索引表信息内包含不同位置处的图像信息，数量有限，按照形状匹配分值的大小，划分为不同区域，包括跳转区、粗对焦区、细对焦区，三个区域的匹配分值依次增大，匹配分值最大时的图像包含在细对焦区内，即细对焦区内具有波峰值。

图3为根据某索引表信息记录的数据绘制的形状匹配分值曲线图，该图包含了索引表信息记录的全部数据。图3所示的曲线与图2中点线(跳转区)、虚线(粗对焦区)、实线(细对焦区)组成的区域对应，形状匹配分值较小的图像，不被记录在索引表信息中。

步骤S5移动工业相机，采集待检测屏图像，将待检测屏图像的信息与索引表信息进行对比判断，得到判断结果。

索引表信息创建后，可以加快其他LCD屏质量检测的速度，迅速完成对焦。

首先将待检测LCD屏放置在显屏位置处，点亮光照设备，工业相机开始对焦。移动工业相机，采集待检测屏图像，待检测屏图像信息主要包括不同绘素的分值，综合考量不同绘素分值，与索引表信息进行对比判断，得到一个判断结果。

步骤S6根据判断结果自适应自动对焦。

判断结果主要是指判断当前工业相机对焦所处的区域，自适应自动对焦是指计算机控制工业相机以不同的脉冲移动步长进行跳转，可快速锁定LCD屏清晰度值最大的位置，完成对焦过程。

本申请提供的一种工业相机自适应自动对焦方法，首先建立基准屏的图形信息，对基准屏的规律、特征进行探索，形成索引表，作为待检测屏是否加速对焦或者是否对焦成功的判断依据。针对同一机种、在同一工序段的不同LCD屏，首先保持工业相机移动轴线不变，自由移动工业相机，采集基准屏图像，计算每个图像的清晰度值，选出最清晰值最大的图像位置作为对焦层β，采集对焦层β处基准屏图像的信息作为模板信息，模板信息也就是基准LCD屏的标准信息。基于模板信息创建索引表信息，索引表信息按照形状匹配分值的大小分为多个不同区域，作为待检测屏自适应自动对焦的跳转依据。具体是，移动工业相机，采集待检测屏图像，并将图像信息与索引表信息进行对比判断，判断工业相机所处的位置区域，对位于不同区域的图像，采用不同脉冲步长的移动，直至寻找到清晰度最高时的位置，完成自适应自动对焦。对于不同机种、不同工序段的LCD屏，采用同样的方法。

需要说明的是，对于同一机种、同一工序段的LCD屏，只需对基准LCD屏创建一个索引表信息，即步骤S1、S2、S3、S4只需按顺序执行一次，而每一个待检测屏需要按顺序执行步骤S5、S6。

对于不同机种、不同工序段采用相同的方法。

本申请提供的自适应自动对焦方法，工业相机的跳转步数少，可加速工业相机对焦过程，提高设备节拍，提高工作效率。本申请引入形状匹配分值作为工业相机寻找对焦位置的特征量，可满足不同光照条件，利用索引表信息划分不同区域，简化对焦过程，提高对焦速度，对不同机种的LCD屏，同一机种不同工序段的LCD屏，均有较强的适应性，能够快速、高精度对焦，具有高鲁棒性，大大提高检测设备的自动化程度，提高工作效率。

可选的，在步骤S3之前，在步骤S2之后，还包括：

判断清晰度值最大的图像位置是否是第一张图像或最后一张图像的位置，如果是，那么反复调整工业相机的移动步长，重复步骤S1、S2，直至清晰度值最大的图像位置在第一张图像和最后一张图像之间，达到收敛；否则，执行步骤S3。

清晰度值最大的图像位置，不能为第一张图像或者最后一张图像，否则基于模板信息创建索引表信息时，会造成索引表信息的不完整，影响后续LCD屏的检测。

当第一张图像或最一张图像的清晰度值最大时，反复调整工业相机的移动步长，重新多次采集基准屏图像，并计算清晰度值，直至得到清晰度值最大的图像位于第一张图像和最后一张图像之间，达到收敛。以此为准建立的索引表信息范围较大，能更好的适应LCD屏的检测。

可选的，S4包括：

步骤S41以对焦层β为中心，在其两侧划定γ脉冲范围，并选定γ脉冲范围任意一个端点为起始位置。

步骤S42从起始位置开始，每间隔固定脉冲α，采集一次基准屏图像，直至γ脉冲范围内图像采集完毕。

步骤S43将采集的基准屏图像的形状绘素信息与模板信息进行匹配，将匹配结果折算为形状匹配分值。

步骤S44按照移动脉冲顺序将形状匹配分值记录下来，形成索引表信息。

如图4所示，该图示出了索引表信息创建的流程步骤。

以对焦层β为中心，向前、向后外扩γ/2脉冲，形成一个总跨度为γ脉冲的范围。

在γ脉冲范围内，选择任意一个端点作为采集基准屏图像的起始位置，每间隔固定脉冲α进行一次图像采集，直至γ脉冲范围内的图像被采集完毕，将每一个采集的图像信息与模板信息进行匹配，折算后得到形状匹配分值，最后按照移动脉冲顺序将形状匹配分值记录下来，形成索引表信息。

形状匹配分值为归一化数值，范围在0～1之间，形状匹配分值越大，相应的图像清晰度值越大，距离对焦层β的位置越近，也就是越接近成功对焦位置。

匹配包括绘素对比，绘素对比是指当前位置处图像的各种绘素，比如红(R)、绿(G)、蓝(B)、白(W)等，与模板信息记录的绘素值的对比。其中，绘素记录的是图像所包含的最小单位，比如，有些LCD屏只包含R、G、B三种绘素，则只记录这三种绘素值。

各个绘素值综合考量，折算后得到形状匹配分值，按照移动脉冲顺序将形状匹配分值记录下来，最后形成索引表信息，为待检测屏加速跳转、快速对焦提供依据。

γ脉冲通过两种方式得到，一是通过经验值设定，在以往检测经验的基础上，事先设定γ脉冲的大小，保证基准LCD屏所有具有清晰度值的图像都有能被采集到，从而提高索引表信息的精确度；二是通过自动获取方式设定，首先设定一个估值γ₀脉冲大小，在该范围的起始位置采集的第一张图像如果具有一定的清晰度值，则停止采集图像，反复扩大γ₀脉冲，直至采集的第一张图像没有清晰度值，此时扩大后的γ₀脉冲为对焦层β移动的脉冲跨度。

通过该方法创建的索引表信息的特点是，从起始位置到终点位置，形状匹配分值先逐渐增大后逐渐减小，用曲线图表示如图3所示，该图存在一个最大的波峰，即0脉冲处，波峰位置即为对焦成功位置，也就是对焦层β的位置。

可选的，步骤S43之前，步骤S42之后，还包括：在γ脉冲范围内，选取形状匹配分值大于等于λ的所有基准屏图像信息，执行步骤S43、S44，其中，0<λ≤0.5。

为了加快对焦过程，γ脉冲范围内形状匹配分值小于λ的图像将不被记录在索引表信息内，因此，索引表信息的脉冲总跨度总是小于γ脉冲。这样，一方面在保证索引表信息完整的前提下，提高了索引表信息的创建过程；另一方面可加速待检测屏的跳转速度，实现快速定位，快速对焦。

图像的形状匹配分值过小，代表工业相机距离对焦层β较远，记录此时的图像信息，只会增加检测工作量。当形状匹配分值小于λ时，图像基本处于非常模糊的状态，计算机程序直接默认为当前图像的形状匹配分值为0，可直接排除此处位置为成功对焦位置。

可选的，对索引表信息进行分区，按照形状匹配分值从小到大依次划分为跳转区、粗对焦区、细对焦区。

将索引表信息按照匹配分值的大小划分为跳转区、粗对焦区、细对焦区，对应如图2中点线、虚线、实线组成的区域范围，在图2中0脉冲处，图像清晰度值最大，在图3中，0脉冲处形状匹配分值最大。

可选的，S5包括：

如果形状匹配分值小于λ，那么判断工业相机对焦处于无匹配区。

如果形状匹配分值在λ到μ之间，那么判断工业相机对焦处于所述跳转区。

如果形状匹配分值在μ到ν之间，那么判断工业相机对焦处于所述粗对焦区。

若果形状匹配分值大于ν，那么判断工业相机对焦处于所述细对焦区。

其中，λ、μ、ν为归一化数值，0<λ<μ<ν<1。

将待检测LCD屏放置在显屏位置处，点亮照明装置，移动工业相机开始对焦，采集待检测LCD屏的图像信息。

每采集一次图像，将当前图像信息与索引表信息进行对比，可快速定位工业相机所处的区域范围，根据索引表信息对不同区域范围移动步长的设定，指示工业相机以不同步长进行移动，从而快速的实现成功对焦。

需要说明的是，索引表信息中，形状匹配分值的范围是λ到1，如果形状匹配分值小于λ，可认为当前图像的清晰度值很小，即图像为模糊状态，那么认为工业相机处于无匹配区。

可选的，S6包括：

如果工业相机对焦处于无匹配区，那么工业相机以ζ脉冲步长继续移动，直到跳转至所述跳转区、粗对焦区、细对焦区中的任意一个区。

如果工业相机对焦处于跳转区，那么工业相机以φ脉冲步长继续移动，直到跳转至所述粗对焦区、细对焦区中的任意一个区。

如果工业相机对焦处于粗对焦区，那么工业相机以η脉冲步长继续移动，直到跳转至细对焦区。

如果工业相机对焦处于细对焦区，那么工业相机以τ脉冲步长移动，直至得到清晰度值最大的图像，实现成功对焦。

其中，ζ>φ>η>τ。

如图5所示，该图示出了自适应自动对焦的全过程，波峰位置即为对焦层β的位置。

索引表信息不包含无匹配区的图像信息，当图像的形状匹配分值小于λ时，代表工业相机距离对焦层β位置较远，那么工业相机需要采用一个较大的步长进行移动，才能快速找到具有一定清晰度值的图像范围，迅速完成对焦。

工业相机处于无匹配区时，以ζ脉冲步长进行移动。可将无匹配区分为三个部分，分别为P1、P2、P3，在P1区内，当以ζ脉冲步长进行移动后，工业相机将直接跳转至跳转区；在P2区内，当以ζ脉冲步长进行移动后，工业相机将跳转至粗对焦区；在P3区内，当以ζ脉冲步长进行移动后，工业相机将跳转至细对焦区。

工业相机处于跳转区时，以φ脉冲步长进行移动，可将跳转区分为两个部分，分别为Q1、Q2，在Q1区内，当以φ脉冲步长进行移动后，工业相机将跳转至粗对焦区；在Q2区内，当以φ脉冲步长进行移动后，工业相机将跳转至细对焦区。

工业相机处于粗对焦区时，当以η脉冲步长进行移动，工业相机将跳转至细对焦区。

工业相机处于细对焦区，以τ脉冲步长进行移动，寻找成功对焦位置。

需要说明的是，以ζ、φ、η、τ脉冲步长移动次数大于等于1且为有限次。

采用该自适应自动对焦方法，可以快速的将工业相机定位到对焦层β位置处，可节约时间，提高工作效率。

可选的，ζ脉冲步长、φ脉冲步长、η脉冲步长、τ脉冲步长的大小分别为：

ζ脉冲步长的大小为索引表信息脉冲移动总跨度的1/2。

φ脉冲步长的大小为索引表信息中形状匹配分值最大的图像位置与形状匹配分值第一次被记录时图像位置之间的脉冲跨度。

η脉冲步长的大小为细对焦区脉冲总跨度的1/2。

τ脉冲步长为η脉冲步长的θ倍，其中0<θ<1。

当ζ脉冲步长的大小为索引表信息脉冲移动总跨度的1/2时，无论工业相机处在什么位置，移动数个ζ脉冲步长后，工业相机只会向跳转区、粗对焦区、细对焦区跳转。

当φ脉冲步长的大小为索引表信息中匹配分值最大的图像位置与匹配分值第一次被记录时图像位置之间的脉冲跨度时，无论工业相机处在什么位置，移动数个φ脉冲步长后，工业相机只会向粗对焦区、细对焦区跳转。

当η脉冲步长的大小为细对焦区脉冲总跨度的1/2，无论工业相机处在什么位置，移动数个φ脉冲步长后，工业相机只会向细对焦区跳转。

当τ脉冲步长为η脉冲步长的θ倍，其中0<θ<1，在细对焦区内，τ脉冲步长能保证检测设备的精度，快速定位到对焦层β的位置。

需要说明的，本方法提到的移动，并不限定为沿同一方向上的移动，可来回反复移动。

本申请提供的工业相机自适应自动对焦方法，能够快速、高精度对焦，具有高鲁棒性，引入形状匹配分值特征量后，能适应外界光照变化工况，并对不同机种的LCD屏，同一机种不同工序段的LCD屏均能适应，提高检测设备的自动化程度，提高工作效率。

一种工业相机自适应自动对焦装置，用于执行所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，如图6所示，本申请实施例提供的装置主要包括以下三个模块。分别为：

显屏模块1，用于放置基准屏和待检测屏。

图像采集模块2，包括工业相机、滑道、驱动装置，驱动装置驱动工业相机沿滑道来回移动，移动轴线保持不变。

计算机控制模块3，用于控制工业相机、驱动装置，并处理、存储工业相机采集的图像信息。

本申请提供的工业相机自适应自动对焦装置，自动化程度高，检测精度高，能大幅度提供工作效率。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，所述方法包括：

S1保持工业相机移动轴线不变，自由移动工业相机，多次采集基准屏图像，其中，所述基准屏与所述工业相机同轴线设置；

S2计算每个所述基准屏图像的清晰度值，选出所述清晰度值最大的图像位置；

S3将所述清晰度值最大的图像位置设为对焦层β，提取关于所述对焦层β位置处所述基准屏的图像信息，将所述图像信息存储为模板信息；

S4基于所述模板信息创建索引表信息，并对所述索引表信息进行分区，按照形状匹配分值从小到大依次划分为跳转区、粗对焦区、细对焦区；

S5移动所述工业相机，采集待检测屏图像，将所述待检测屏图像的信息与所述索引表信息进行对比判断，得到判断结果；

S6根据所述判断结果自适应自动对焦。

2.根据权利要求1所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，在步骤S3之前，在步骤S2之后，还包括：

判断所述清晰度值最大的图像位置是否是第一张图像或最后一张图像的位置，

如果是，那么反复调整工业相机的移动步长，重复步骤S1、S2，直至所述清晰度值最大的图像位置在所述第一张图像和最后一张图像之间，达到收敛；

否则，执行步骤S3。

3.根据权利要求1所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，所述S4包括：

S41以所述对焦层β为中心，在其两侧划定γ脉冲范围，并选定所述γ脉冲范围任意一个端点为起始位置；

S42从所述起始位置开始，每间隔固定脉冲α，采集一次所述基准屏图像，直至所述γ脉冲范围内图像采集完毕；

S43将采集的所述基准屏图像的形状绘素信息与所述模板信息进行匹配，将匹配结果折算为形状匹配分值；

S44按照移动脉冲顺序将所述形状匹配分值记录下来，形成所述索引表信息。

4.根据权利要求3所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，步骤S43之前，步骤S42之后，还包括：

在所述γ脉冲范围内，选取所述形状匹配分值大于等于λ的所有所述基准屏图像信息，执行步骤S43、S44，其中，0<λ≤0.5。

5.根据权利要求1所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，所述S5包括：

如果所述形状匹配分值小于λ，那么判断所述工业相机对焦处于无匹配区；

如果所述形状匹配分值在λ到μ之间，那么判断所述工业相机对焦处于所述跳转区；

如果所述形状匹配分值在μ到ν之间，那么判断所述工业相机对焦处于所述粗对焦区；

如果所述形状匹配分值大于ν，那么判断所述工业相机对焦处于所述细对焦区；

其中，λ、μ、ν为归一化数值，0<λ<μ<ν<1。

6.根据权利要求5所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，所述S6包括：

如果所述工业相机对焦处于所述无匹配区，那么所述工业相机以ζ脉冲步长继续移动，直到跳转至所述跳转区、粗对焦区、细对焦区中的任意一个区；

如果所述工业相机对焦处于所述跳转区，那么所述工业相机以φ脉冲步长继续移动，直到跳转至所述粗对焦区、细对焦区中的任意一个区；

如果所述工业相机对焦处于所述粗对焦区，那么所述工业相机以η脉冲步长继续移动，直到跳转至细对焦区；

如果所述工业相机对焦处于所述细对焦区，那么所述工业相机以τ脉冲步长移动，直至得到所述清晰度值最大的图像，实现成功对焦；

其中，ζ>φ>η>τ。

7.根据权利要求6所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，所述ζ脉冲步长、φ脉冲步长、η脉冲步长、τ脉冲步长的大小分别为：

所述ζ脉冲步长的大小为所述索引表信息脉冲移动总跨度的1/2；

所述φ脉冲步长的大小为所述索引表信息中所述形状匹配分值最大的图像位置与所述形状匹配分值第一次被记录时图像位置之间的脉冲跨度；

所述η脉冲步长的大小为所述细对焦区脉冲总跨度的1/2；

所述τ脉冲步长为所述η脉冲步长的θ倍，其中0<θ<1。

8.一种工业相机自适应自动对焦装置，用于执行权利要求1-7任意一项所述的一种工业相机自适应自动对焦方法，其特征在于，所述装置包括：

显屏模块(1)：用于放置基准屏和待检测屏；

图像采集模块(2)：包括所述工业相机、滑道、驱动装置，所述驱动装置驱动所述工业相机沿所述滑道来回移动，移动轴线不变；

计算机控制模块(3)：用于控制所述工业相机、所述驱动装置，并处理、存储所述工业相机采集的图像信息。

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