CN1790095A - 影像自动对焦***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像自动对焦方法。该方法包括步骤：提供放置待测对象的测量机台及控制对焦的用户端计算机；于测量机台Z轴提供电荷耦合器件及一工业光学镜头，以采集待测对象的连续影像；于用户端计算机提供一影像撷取卡，以获取上述连续影像；于用户端计算机提供一控制卡，以发送命令控制Z轴马达在指定范围内移动；发送对焦命令初始化***；获取电荷耦合器件输出的影像；预处理上述获取的影像；计算当前影像的清晰度；判断Z轴是否到达对焦范围；判断是否为第二次对焦；根据清晰度高低计算焦点，驱动Z轴马达到达及输出该焦点位置。本发明还提供一种用于实施上述方法的影像自动对焦***。本发明结构简单，成本低，能保证精度。

Description

影像自动对焦***及方法

【技术领域】

本发明涉及一种影像量测***及方法，尤指一种影像量测过程中自动对焦的***及方法。

【背景技术】

办公室自动化(Office Automation，OA)在目前资料信息化的社会中已不可缺少，除了以计算机来作为大量资料的处理及储存外，通过光学扫描机(Scanner)来作为文件、表格及图象等资料的输入装置，因可有效提高资料输入处理的效率，故被大量地使用，而已成为计算机的标准配备之一。

现有的光学扫描仪在扫描不同规格尺寸的原稿件时，由切换一组多镜头机构来达成，在不同尺寸时切换成不同倍率的镜头以对应之，方能使得焦距恰好投射于电荷耦合器件(Charged Coupled Device，CCD)上。虽然这些镜头采总光程相同，且以一相关配合位置的方式设置于多镜头机构上，使其能正确成像于电荷耦合器件上，然而，由于该镜头为复合镜片，其在研磨、加工的过程中难免会产生少许的误差，使各镜头清晰成像所需的总光程及聚焦长度或略有少许不同。所以，在镜头切换的过程中，其影像就无法精确成像于电荷耦合器件上，并且即使光学扫描仪仅有一个镜头，也常因镜头加工或安装上的误差而影响到镜头聚焦成像的精确度。

中国国家知识产权局于1999年5月26日授权公告的公告号为CN2321022Y、发明名称为“自动对焦装置”的专利，该专利提供了一种自动对焦装置，设置于光学扫描机上，该装置包括：一可调整镜头位置的镜头定位调整单元、一可调整电荷耦合器件(CCD)位置的CCD定位调整单元、以及一可控制该镜头定位调整单元与CCD定位调整单元的动作的控制单元。当扫描机在开机使用时，可自动应镜头成像所需的光程及焦距长来作调整，将镜头及电荷耦合器件移动至适当位置，使镜头将目标精确地对焦、成像于电荷耦合器件上，而使光学扫描机的分辨率大幅提高。

但上述发明只是基于硬件装置的调整而实现对焦，没有实现办公自动化的要求，故需提出一种***及方法可以通过内嵌于计算机中的软件程序来对放置待测对象的影像量测机台进行控制，以达成自动对焦功能，使得对焦装置不但结构简单、成本低而且又能保证对焦精度。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种影像自动对焦***。

本发明的另一目的在于提供一种影像自动对焦方法。

本发明揭露一种影像自动对焦***，该***包括一放置待测对象的影像量测机台及一进行影像对焦的用户端计算机。所述量测机台Z轴上安装一电荷耦合器件(CCD)，及于该CCD前方装一工业光学镜头，可通过工业光学镜头和CCD采集连续的影像。所述用户端计算机包括一影像撷取卡及一控制卡，所述影像撷取卡通过影像数据线与CCD相连，用于获取CCD及工业光学镜头采集的连续影像；所述控制卡通过另一条数据线与测量机台Z轴马达相连，用于向Z轴马达发送控制指令，以驱动Z轴马达在指定区域移动。所述连接Z轴马达与控制卡的数据线不同于连接影像撷取卡与CCD的数据线。

所述用户端计算机还包括如下功能模块：一输入/输出模块，用于通过影像撷取卡获取工业光学镜头和CCD采集的连续影像至用户端计算机进行分析处理，通过控制卡输出驱动Z轴马达在指定区域来回移动的指令，将焦点位置在用户端计算机的界面上输出；一参数设定模块，用于设定参数，包括设定图像的计算区域、设定是否要过滤、设定计算量；一计算模块，用于计算影像清晰度及通过清晰度的高低计算焦点；一数据临时储存模块，用于保存计算出的清晰度值和该清晰度值对应的机台Z轴位置；一判断模块，用于判断Z轴是否到达设定位置及判断是否为第二次对焦，若Z轴没有到达设定位置，则发出驱动Z轴马达继续移动的指令，通过控制卡传送该指令给Z轴马达使其移动。其中计算模块根据影像的像素值进行计算清晰度，其中像素值的处理方法是采用梯度法，清晰度评价函数为4领域灰度绝对值之和评价函数。

本发明还揭露一种影像自动对焦方法，该方法包括如下步骤：(a)提供一放置待测对象的测量机台及一控制对焦的用户端计算机；(b)于测量机台Z轴马达提供电荷耦合器件(CCD)及一工业光学镜头，以采集待测对象的连续影像；(c)于用户端计算机提供一影像撷取卡，以获取上述连续影像；(d)于用户端计算机提供一控制卡，以发送命令控制Z轴马达在指定范围内移动；(e)发送对焦命令，以初始化***；(f)影像撷取卡获取CCD输出的连续影像；(g)预处理上述获取的连续影像；(h)根据影像的像素值及清晰度评价函数计算当前影像的清晰度；(i)判断Z轴是否到达设定位置，即对焦范围，如果Z轴没有到达设定位置，则驱动Z轴继续移动，获取当前影像并返回步骤g；(j)判断是否为第二次对焦，如果不是第二次对焦，则通过清晰度的高低重新指定开始位置，驱动Z轴回到上述重新指定的开始位置继续移动，并返回步骤g；(k)通过清晰度的高低计算焦点，且驱动Z轴马达到达焦点位置；(l)输出焦点位置，结束对焦。

所述预处理包括清空上一次计算的临时数据及过滤图像杂质。

本发明通过对量测机台进行控制，确定一个寻找区间，移动机台Z轴上下移动，以利用工业光学镜头和CCD采集连续的影像，同时进行动态分析影像，最终计算出焦点位置，且移动Z轴移动到焦点位置，得到清晰的图像。本发明结构简单，成本低，能保证精度。

【附图说明】

图1为本发明影像自动对焦***的硬件架构图。

图2为本发明用户端计算机的功能模块图。

图3为本发明影像自动对焦方法流程图。

【具体实施方式】

首先，对本发明所用到的术语解释如下：

CCD：Charged Coupled Device，电荷耦合装置或电荷耦合器件。

参阅图1所示，为本发明影像自动对焦***的硬件架构图。该影像自动对焦***包括一用户端计算机11及一放置物体的机台19。其中，机台19的Z轴上还有用于采集连续影像的装置CCD16，该CCD16装有工业光学镜头18，CCD16通过该工业光学镜头18将影像聚焦。所述用户端计算机11装有影像撷取卡12、控制卡13及一资料存储区20。其中CCD16通过一条影像数据线14与所述影像撷取卡12相连，CCD16通过该影像数据线14将从机台获取的影像电讯号传送到影像撷取卡12上；所述控制卡13通过另一条不同的控制信号数据线15与Z轴马达17相连，该控制信号数据线15传送控制指令驱动Z轴马达17在指定的区域来回移动；所述资料存储区20用于保存计算出的当前影像的清晰度值及该清晰度值所对应的机台Z轴位置。

参阅图2所示，为本发明用户端计算机的功能模块图。该用户端计算机11包括一输入/输出模块111、一参数设定模块112、一计算模块113、一数据临时储存模块114及一判断模块115。输入/输出模块111用于通过影像撷取卡12获取工业光学镜头18和CCD采集的连续影像，并传送至用户端计算机11进行分析处理、通过控制卡13输出驱动Z轴马达在指定区域来回移动的指令及将焦点位置在用户端计算机11的接口上输出。参数设定模块112设定参数，包括设定图像的计算区域、设定是否要过滤、设定计算量，其中计算量越大，计算出的焦点越准确，速度越慢；反之焦点越不准确，速度越快。计算模块113用于计算影像清晰度及通过清晰度的高低计算焦点。数据临时储存模块114用于将计算出的清晰度值和该清晰度值对应的机台Z轴位置储存于数据存储区20中。判断模块115用于判断Z轴17是否到达设定位置及判断是否为第二次对焦，若Z轴没有到达设定位置，则发出驱动Z轴马达17继续移动的指令，通过控制卡13传送该指令给Z轴马达17使其移动。

参阅图3所示，为本发明影像自动对焦方法流程图。首先，通过用户端计算机11发出对焦命令(步骤300)。初始化对焦***，即设定一些参数及控制机台Z轴到达用户设定的一个位置，该位置是通过用户指定一个大概位置和指定的对焦距离计算得出的，所述设定参数指设定图像的计算区域、设定是否要过滤及设定计算量等，其中计算量越大，计算出的焦点越准确，速度越慢；反之焦点越不准确，速度越快(步骤S302)。驱动Z轴马达17在指定的区域来回移动，CCD16和工业光学镜头18采集Z轴马达17移动的连续影像，输入/输出模块111通过影像撷取卡12将CCD16传出的连续影像的数字图像电讯号输入到用户端计算机11中(步骤S304)。用户端计算机11对所获取的影像进行预处理，该预处理主要是清空上一次计算的临时数据和过虑图像杂质(步骤S306)。根据影像的像素值计算当前影像的清晰度，像素值的处理方法采用梯度法，即两相邻像素的梯度值越大，影像越尖锐，黑与白像素区别越明显，所用到的清晰度评价函数是4领域灰度差绝对值之和评价函数，如下所示：

$P1=\underset{x=1}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}\left[\right|f(x,y)-f(x-1,y)|+|f(x,y)-f(x,y-1)|+|f(x,y)-f(x+1,y)|+|f(x,y)-f(x,y+1)\left|\right],$

并将所计算出的清晰度值和该值所对应的机台Z轴位置存入数据存储区20中(步骤S308)。判断Z轴是否到达设定位置，该设定位置是指对焦的范围(一个最高值、一个最低值)，Z轴的移动范围是0～150(mm)，一般设定对焦的范围为1～2(mm)(步骤S310)。如果没有到达设定位置，则驱动机台Z轴继续移动，同时又重新获取图像且返回步骤S306，再次进行计算；如果到达设定位置，则再判断是否为第二次对焦(步骤S312)，如果不是第二次对焦，则通过清晰度的高低重新指定开始位置并驱动机台Z轴回到该开始位置，返回步骤S306重新计算获取图像再次进行计算；如果是第二次对焦，则通过清晰度的高低计算焦点，同时驱动Z轴到达焦点位置(步骤S314)。对焦结束，在用户端计算机11输出焦点位置(步骤S316)。

Claims (10)

1.一种影像自动对焦***，其包括一放置待测对象的影像量测机台及一进行影像对焦的用户端计算机，其特征在于：

所述量测机台Z轴上安装一电荷耦合器件(CCD)，该CCD前方装一工业光学镜头，可通过工业光学镜头和CCD采集连续的影像；

所述用户端计算机包括一影像撷取卡及一控制卡，所述影像撷取卡通过影像数据线与CCD相连，用于获取CCD及工业光学镜头采集的连续影像，所述控制卡通过另一条数据线与测量机台Z轴马达相连，用于向Z轴马达发送控制指令，以驱动Z轴马达在指定区域移动。

2.如权利要求1所述的影像自动对焦***，其特征在于，所述连接Z轴马达与控制卡的数据线不同于连接影像撷取卡与CCD的数据线。

3.如权利要求1所述的影像自动对焦***，其特征在于，所述用户端计算机包括如下功能模块：

一输入/输出模块，用于通过影像撷取卡获取工业光学镜头和CCD采集的连续影像至用户端计算机进行分析处理，通过控制卡输出驱动Z轴马达在指定区域来回移动的指令，将焦点位置在用户端计算机的界面上输出；

一参数设定模块，用于设定参数，包括设定图像的计算区域、设定是否要过滤、设定计算量；

一计算模块，用于计算影像清晰度及通过清晰度的高低计算焦点；

一数据临时储存模块，用于保存计算出的清晰度值和该清晰度值对应的机台Z轴位置；

一判断模块，用于判断Z轴是否到达设定位置及判断是否为第二次对焦，若Z轴没有到达设定位置，则发出驱动Z轴马达继续移动的指令，通过控制卡传送该指令给Z轴马达使其移动。

4.如权利要求3所述的影像自动对焦***，其特征在于，所述计算模块根据影像的像素值计算清晰度，其中像素值的处理方法是采用梯度法，清晰度评价函数为4领域灰度绝对值之和评价函数。

5.一种利用权利要求1所述***进行影像自动对焦的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

发送对焦命令，以初始化***；

影像撷取卡获取CCD输出的连续影像；

预处理上述获取的连续影像；

根据影像的像素值及清晰度评价函数计算当前影像的清晰度；

判断Z轴是否到达设定位置，即对焦范围；

判断是否为第二次对焦；

通过清晰度的高低计算焦点，且驱动Z轴马达到达焦点位置；

输出焦点位置，结束对焦。

6.如权利要求5所述的影像自动对焦方法，其特征在于，其中步骤初始化***还包括如下步骤：

设定图像的计算区域；

设定是否需要过滤；

设定计算量；

驱动机台Z轴到达初始位置。

7.如权利要求6所述的影像自动对焦方法，其特征在于，所述初始位置是指驱动Z轴到达预先设定的位置，该位置是通过用户指定一个大概位置和指定的对焦距离计算得出。

8.如权利要求5所述的影像自动对焦方法，其特征在于，其中预处理上述获取的连续影像的步骤包括：

清空上一次计算的临时数据；

过滤图像杂质。

9.如权利要求5所述的影像自动对焦方法，其特征在于，其中判断Z轴是否到达设定位置还包括步骤：

如果Z轴没有到达设定位置，则驱动Z轴继续移动，获取当前影像，并继续处理重新获取的影像。

10.如权利要求9所述的影像自动对焦方法，其特征在于，其中判断是否为第二次对焦还包括步骤：

如果不是第二次对焦，则通过清晰度的高低重新指定开始位置；

驱动Z轴回到上述重新指定的开始位置继续移动；

重新获取影像进行对焦处理。