CN109916335B - 影像测量设备及影像测量设备的自动对焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种影像测量设备和影像测量设备的自动对焦方法，该影像测量设备包括底座，底座的上端面设置有载物平台，底座后端固定安装有立柱，立柱上固定安装有Z向位置调整单元，Z向位置调整单元的活动端固定连接有镜头相机单元，镜头相机单元的镜头底端正对所述载物平台的上端面；还包括用于控制驱动所述Z向位置调整单元和镜头相机单元实现自动对焦的控制器。本发明可高效的实现产品的测量检测。

Description

影像测量设备及影像测量设备的自动对焦方法

技术领域

本发明属于检测仪器技术领域，特别涉及一种影像测量设备及影像测量设备的自动对焦方法。

背景技术

制造业的发展离不开检测设备及技术的发展，高品质的产品不仅需要高质量的加工设备，而且更依赖于所用测量设备的性能的优劣。影像测量设备是基于机器视觉的检测设备，通常采用工业光学镜头搭配高分辨率的电荷耦合器件CCD，获取被测产品的影像，基于该图像进行相应计算处理以得到出测量值，适用于以二维坐标测量为目的应用领域，在机械、电子、仪表、五金、塑胶等行业应用广泛。

影像测量设备的测量基础是获取清晰的图像，即需对被测产品进行准确对焦，在对焦确定的焦点位置进行图像拍摄采集。现有的影像测量设备在实际应用中，通常采用操作人员手工调整镜头与被测产品的位置，人工判别图像的清晰度来确定焦点位置，该方法精度难以保证，在被测产品换型频繁情况下，效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种影像测量设备，可实现对被测产品的自动对焦，以高效的实现产品的检测测量。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种影像测量设备，其包括底座，所述底座的上端面设置有用于放置被测产品的载物平台，所述底座后端固定安装有立柱，所述立柱上固定安装有Z向位置调整单元，所述Z向位置调整单元的活动端固定连接有镜头相机单元，所述镜头相机单元的镜头底端正对所述载物平台的上端面；

还包括用于控制驱动所述Z向位置调整单元和镜头相机单元实现自动对焦的控制器。

进一步地，所述镜头相机单元包括双侧远心镜头以及与所述双侧远心镜头的相机接口固定连接的CCD相机。

进一步地，所述Z向位置调整单元包括电机丝杠机构；

所述镜头相机单元通过支撑连接架与所述电机丝杠机构的滑块固定连接。

进一步地，所述载物平台由透明材质制成，所述底座内还设置有平行光源，所述平行光源的出光面正对所述载物平台的下端面。

进一步地，所述测量触发装置包括设置在所述底座前端面的测量触发按键。

进一步地，还包括固定在所述立柱上部的第一保护罩壳，所述上第一保护罩壳下部设有开口，所述镜头相机单元处于所述第一保护罩壳内，所述镜头相机单元的镜头底端与所述开口相对；

还包括由前壳体和后壳体构成的第二保护罩壳，所述前壳体和后壳体分别与所述立柱固定连接，所述立柱、所述Z向位置调整单元和所述控制器均位于所述第二保护罩壳内。

本申请的实施例还提供了一种应用于上述实施例中影像测量设备的自动对焦方法，其包括以下步骤，

驱动镜头相机单元在第一搜索范围内运动并对被测产品拍照，得到所述镜头相机单元在第一搜索范围内各位置拍摄的被测产品的一次图像，并计算各幅所述一次图像的焦点评价值，将焦点评价值最大的一次图像所对应的拍摄位置确定为第一焦点位置；

基于所述第一焦点位置确定第二搜索范围，其中所述第二搜索范围小于所述第一搜索范围；

驱动所述镜头相机单元在所述第二搜索范围内运动并对被测产品拍照，得到所述镜头相机单元在第二搜索范围内各位置拍摄的被测产品的二次图像，并计算各幅所述二次图像的焦点评价值，将焦点评价值最大的二次图像所对应的拍摄位置确定为最终焦点位置；

驱动所述镜头相机单元运动至所述最终焦点位置，从而实现自动对焦。

进一步地，驱动所述镜头相机单元在所述第一搜索范围或第二搜索范围内运动并对被测产品拍照，具体为，

驱动镜头相机单元以预设步长遍历第一搜索范围或第二搜索范围，在镜头相机单元的遍历起始位置和每一步位置对被测产品进行拍照；

其中，遍历第一搜索范围时的预设步长为第一步长，遍历第二搜索范围时的预设步长为第二步长，所述第一步长大于所述第二步长。

进一步地，计算每幅一次图像或每幅二次图像的焦点评价值，具体包括，

对该幅图像进行边缘化处理，确定该幅图像的边缘像素点；

计算该幅图像中每一边缘像素点与其周边像素点的灰度差值，将得到的各灰度差值除以梯度参数后累加，将累加的结果作为该幅图像的焦点评价值。

进一步地，所述基于所述第一焦点位置确定第二搜索范围具体为，

将所述第一焦点位置以上预设距离设定为所述第二搜索范围上限，第一焦点位置以下预设距离设为所述第二搜索范围下限，以确定所述第二搜索范围。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

(1)、基于边缘像素点灰度差值进行焦点评价来进行对焦，最终拍摄得到的测量所需图像中产品边缘部分对焦更准确，有利于得到更高精度的被测产品的轮廓尺寸信息。

(2)、以较大步长遍历第一搜索范围以确定第一焦点位置，基于第一焦点位置确定进一步的第二搜索范围，并以较小步长遍历第二搜索范围确定最终焦点位置，在保证对焦精度前提下，提高了自动对焦的速度，有利于整体检测效率的提升。

(3)、影像测量设备采用双远心镜头，保证了更大的测量视野。

(4)、影像测量设备设置测量触发装置，结合大视野的远心镜头和自动对焦控制方法，可实现对产品的自动触发测量，进一步提高了工作效率。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是根据本发明一实施例的影像测量设备的结构示意图之一；

图2是根据本发明一实施例的影像测量设备的结构示意图之二；

图3是根据本发明一实施例的自动对焦方法的流程示意图。

图中：10-底座；20-载物平台；30-支柱；40-Z向位置调整单元；50-镜头相机单元；501-双远心镜头；502-CCD相机；60-控制器；70-测量触发按键；80-第一保护罩壳；90-第一保护罩壳；901-前壳体；902-后壳体；100-可调地脚。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本申请中的影像测量设备，包括底座10，底座10的上端面设置有载物平台20，底座后端固定安装有立柱30，立柱30上固定安装有Z向位置调整单元40，Z向位置调整单元40的活动端固定连接有镜头相机单元50，镜头相机单元50的镜头底端正对所述载物平台20的上端面；

还包括用于控制驱动Z向位置调整单元40和镜头相机单元50实现自动对焦的控制器60。本申请中对控制器的安装位置不作具体限定，例如如图1所示，可在立柱上部固定设置安装支撑架，控制器60安装设置在该安装支撑架上。

控制器60用于控制驱动Z向位置调整单元40动作，以使镜头相机单元Z向运动，控制实现对被测产品的自动对焦和拍摄测量。下面对本申请中影像测量设备自动对焦的实现方法进行说明。

如图3所示，首先进行步骤S310，控制器60通过控制Z向位置调整单元40动作，驱动镜头相机单元50在第一搜索范围内运动并对被测产品拍照，得到镜头相机单元在第一搜索范围内各位置拍摄的被测产品的一次图像，计算各幅一次图像的焦点评价值，将焦点评价值最大的一次图像所对应的拍摄位置确定为第一焦点位置。

需要说明的是，这里的第一搜索范围一般指设备规格中镜头相机单元的最大活动范围(本申请实施例为Z向垂直范围)，当然为了更快速的进行自动对焦，第一搜索范围可基于对焦点位置的预测进行调整设置。

在步骤S310中，为了得到镜头相机单元在第一搜索范围内各位置拍摄的被测产品一次图像，本申请中驱动镜头相机单元以预设步长遍历第一搜索范围，在镜头相机单元的遍历起始位置和每一步位置对被测产品进行拍照。

举例而言，可先驱动镜头相机单元50快速运动至Z向最高点(第一搜索范围的上限)，遍历开始，驱动镜头相机单元从Z向最高点，以第一步长向Z向最低点(第一搜索范围的下限)逐步运动，同时在镜头相机单元的遍历起始位置和每一步位置对被测产品进行拍照，从而得到镜头相机单元在第一搜索范围内各位置拍摄的被测产品的一次图像。

本申请中对一次图像以及后续二次图像的焦点评价值计算都是基于图像边缘像素点灰度差值计算的，其计算方式将在后文详述。

步骤S310确定第一焦点位置后，继续进行步骤S320，基于第一焦点位置确定第二搜索范围，第二搜索范围小于第一搜索范围。该步骤相当于以第一焦点位置为预测值，重新确定较小的对焦搜索范围。

作为一种具体的实现方式，在步骤S320中，将第一焦点位置以上预设距离设定为第二搜索范围上限，第一焦点位置以下预设距离设为第二搜索范围下限，以确定第二搜索范围。举例而言，将第一焦点位置上下0.1mm的范围确定为第二搜索范围。

之后继续进行步骤S330，驱动镜头相机单元在第二搜索范围内运动并对被测产品拍照，得到镜头相机单元在第二搜索范围内各位置拍摄的被测产品的二次图像。计算各幅二次图像的焦点评价值，将焦点评价值最大的二次图像所对应的拍摄位置确定为最终焦点位置。

与步骤S310类似，在步骤S330中，为得到镜头相机单元在第二搜索范围内各位置拍摄的被测产品二次图像，驱动镜头相机单元以预设步长遍历第二搜索范围，在镜头相机单元的遍历起始位置和每一步位置对被测产品进行拍照。不同的是，这时的预设步长为第二步长，其小于步骤S310中的预设的第一步长，以便于确定更高精度的最终焦点位置。

最后进行步骤S340，控制器60驱动镜头相机单元50运动至最终焦点位置，实现对被测产品的自动对焦。

下面对本申请中的图像的焦点评价值计算方式进行说明。

如前文所述，本发明中计算一次图像或二次图像的焦点评价值都是基于图像边缘像素点灰度差值的，以下以一幅一次图像的焦点评价值计算为例，对本发明中计算焦点评价值的方法进行说明：

针对该幅图像，对该幅图像进行边缘化处理，确定该幅图像的边缘像素点；确定该幅图像的边缘像素点后，计算该幅图像中每一边缘像素点与其周边像素点的灰度差值，将得到的各灰度差值除以梯度参数后累加，将累加的结果作为该幅图像的焦点评价值。需要说明的是，这里的边缘像素点指被拍摄产品的边缘在相应图像中所对应的像素点，而边缘化处理是图像识别技术中的公知技术，可见于现有公开资料，这里不对其展开说明。

此外不难理解，针对每幅图像的焦点评价值计算都需要消耗一定计算处理时间，上述步骤S310和步骤S330中，可每拍摄得到一幅图像就同时对该幅图像进行焦点评价值计算，并将该幅图像的焦点评价值与该幅图像所对应的拍摄位置相对应，以便于更快的通过判断比较确定第一焦点位置或最终焦点位置。

本申请中的影像测量设备通过上述方式实现自动对焦，可有效保证对焦的精度和效率，特别是在被测产品换型频繁情况下，更能极大的提升产品的测量检测效率。

在一个具体的实施例中，如图1所示，本申请中的影像测量设备，镜头相机单元50包括双侧远心镜头501以及与双侧远心镜头501的相机接口固定连接的电荷耦合器件CCD相机502。采用双侧远心镜头，相比传统的测量设备测量视野更大，测量时无需再移动测量平台。

进一步的，采用定制的双侧远心镜头，其镜头总长大于300mm小于340mm。例如双侧远心镜头的镜头总长为330mm，相较现有设备，可极大地减小了整机尺寸。

在一个具体的实施例中，如图1所示，Z向位置调整单元可采用电机丝杠机构；镜头相机单元通过支撑连接架与电机丝杠机构的滑块固定连接。电机丝杠机构属于本领域公知的驱动机构，本申请这里就不再详述了。

在一个具体的实施例中，载物平台20由透明材质制成，底座10内还设置有平行光源(图中未示出)，平行光源的出光面正对载物平台的下端面。具体的，平行光源可采用绿色平行光源。设置平行光源，可为拍摄提供更好的光照条件，有利于获取高质量的拍摄图像。

在一个具体的实施例中，还包括与控制器电连接的测量触发装置。测量触发装置用于接收测量开始信号，控制器根据该测量开始信号，结合相应控制程序可实现自动触发测量，进一步提高了工作效率。测量触发装置可采用物理按键触发、光电触发，脚踏开关触发等。例如，如图2所示，测量触发装置为设置在底座前端面的测量触发按键70，测量时，可实现一键自动测量，提高检测效率。

在一个具体的实施例中，如图1和图2所示，还包括固定在立柱上部的第一保护罩壳80，第一保护罩壳下部设有开口(图中未示出)，镜头相机单元50处于第一保护罩壳80内，镜头相机单元的镜头底端与开口相对；

如图2所示，还包括由前壳体901和后壳体902构成的第二保护罩壳90，前壳体901和后壳体902分别与立柱固定连接，立柱30、Z向位置调整单元40和控制器60均位于第二保护罩壳90内。

在一个具体的实施例中，如图1和图2所示，还包括安装在底座10下的可调地脚100。其用于支撑及调平，便于影像测量仪的使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种影像测量设备，包括底座，所述底座的上端面设置有用于放置被测产品的载物平台，所述底座后端固定安装有立柱，所述立柱上固定安装有Z向位置调整单元，所述Z向位置调整单元的活动端固定连接有镜头相机单元，所述镜头相机单元的镜头底端正对所述载物平台的上端面；

还包括用于控制驱动所述Z向位置调整单元和镜头相机单元实现自动对焦的控制器；

还包括与所述控制器电连接的测量触发装置；所述测量触发装置包括设置在所述底座前端面的测量触发按键，用于实现一键自动测量；

所述镜头相机单元包括双侧远心镜头以及与所述双侧远心镜头的相机接口固定连接的CCD相机；

所述Z向位置调整单元包括电机丝杠机构；

所述镜头相机单元通过支撑连接架与所述电机丝杠机构的滑块固定连接；

所述载物平台由透明材质制成，所述底座内还设置有平行光源，所述平行光源的出光面正对所述载物平台的下端面；

还包括固定在所述立柱上部的第一保护罩壳，所述上第一保护罩壳下部设有开口，所述镜头相机单元处于所述第一保护罩壳内，所述镜头相机单元的镜头底端与所述开口相对；

还包括由前壳体和后壳体构成的第二保护罩壳，所述前壳体和后壳体分别与所述立柱固定连接，所述立柱、所述Z向位置调整单元和所述控制器均位于所述第二保护罩壳内；

所述控制器被配置为：

驱动镜头相机单元在第一搜索范围内运动并对被测产品拍照，得到所述镜头相机单元在第一搜索范围内各位置拍摄的被测产品的一次图像，并计算各幅所述一次图像的焦点评价值，将焦点评价值最大的一次图像所对应的拍摄位置确定为第一焦点位置；

基于所述第一焦点位置确定第二搜索范围，其中所述第二搜索范围小于所述第一搜索范围；

驱动所述镜头相机单元在所述第二搜索范围内运动并对被测产品拍照，得到所述镜头相机单元在第二搜索范围内各位置拍摄的被测产品的二次图像，并计算各幅所述二次图像的焦点评价值，将焦点评价值最大的二次图像所对应的拍摄位置确定为最终焦点位置；

驱动所述镜头相机单元运动至所述最终焦点位置，从而实现自动对焦；

其中，计算每幅一次图像或每幅二次图像的焦点评价值，具体包括，

对该幅图像进行边缘化处理，确定该幅图像的边缘像素点；

计算该幅图像中每一边缘像素点与其周边像素点的灰度差值，将得到的各灰度差值除以梯度参数后累加，将累加的结果作为该幅图像的焦点评价值。

2.根据权利要求1所述的影像测量设备，其特征在于，驱动所述镜头相机单元在所述第一搜索范围或第二搜索范围内运动并对被测产品拍照，具体为，

驱动镜头相机单元以预设步长遍历第一搜索范围或第二搜索范围，在镜头相机单元的遍历起始位置和每一步位置对被测产品进行拍照；

其中，遍历第一搜索范围时的预设步长为第一步长，遍历第二搜索范围时的预设步长为第二步长，所述第一步长大于所述第二步长。

3.根据权利要求1所述的影像测量设备，其特征在于，所述基于所述第一焦点位置确定第二搜索范围具体为，

将所述第一焦点位置以上预设距离设定为所述第二搜索范围上限，第一焦点位置以下预设距离设为所述第二搜索范围下限，以确定所述第二搜索范围。

Images