影像量测对焦系统及方法
专利名称：影像量测对焦系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种影像量测系统及方法，尤其涉及一种对表面光滑的待测工件进行对焦的影像量测系统及方法。
背景技术：
影像量测是目前精密量测领域中最广泛使用的量测方法，该方法不仅精度高，而且量测速度快。影像量测主要用于零件或者部件的尺寸物差和形位误差的测量，对保证产品质量起着重要的作用。
一般而言，传统的影像量测方法是采用工业光学镜头搭配高分辨率的电荷耦合装置(Charged Coupled Device，CCD)，透过影像撷取卡取得待测工件或者部件的影像，然后将获取的影像传送给计算机，通过计算中的量测软件对该影像做进一步的处理。
在测量待测工件的轮廓或表面高度前，通常需要进行影像对焦，使得待测工件的表面到镜头的距离等于焦距。之前的影像自动对焦方法为在一定范围内移动CCD镜头，并不断获取待测工件表面的影像，然后根据获取的影像资料计算出CCD镜头的焦点位置。
但是，在对表面光滑的待测工件进行对焦时，由于光射到待测工件的表面光滑反射回CCD时，所获取的影像中的轮廓信息非常少，在计算清晰度时准确度不高，从而影响对焦的准确性。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种影像量测对焦系统，其可以对表面光滑的待测工件进行快速对焦。
鉴于以上内容，还有必要提出一种影像量测对焦方法，其可以对表面光滑的待测工件进行快速对焦。
一种影像量测对焦系统，运行于计算机中，该计算机与一台影像量测机台相连，该影像量测机台的发光装置中安装有一张图案片，所述系统包括发送模块，用于发出控制指令给所述发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过所述图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；影像撷取模块，用于在设定的距离内控制影像量测机台的镜头移动，并撷取所述图案片上的图案投影到待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；清晰度计算模块，用于计算每张影像的清晰度；焦点获取模块，用于从所计算出的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
一种影像量测对焦的方法，该方法包括步骤发出控制指令给影像量测机台的发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过安装在该发光装置上的图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；在设定的距离内控制镜头移动，并截取所述图案片上的图案投影在待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；计算每张影像的清晰度；从所计算的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
相较于现有技术，本发明所提供的影像量测对焦系统及方法，可通过计算机的控制，将影像量测机台上安装的图案片中的图案投影到表面光滑的待测工件上，之后通过计算所获取的待测工件影像的清晰度确定焦点的位置，实现对表面光滑的待测工件进行快速对焦，提高了对焦的准确度。
图1是本发明影像量测对焦系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是图1中影像量测对焦系统的功能模块图。
图3是本发明影像量测对焦方法较佳实施例的作业流程图。
图4是本发明计算影像清晰度的示意图。
具体实施例方式 参阅图1所示，是本发明影像量测对焦系统较佳实施例的硬件架构图。该硬件架构图主要包括计算机1、放置待测工件7的影像量测机台2。其中，所述影像量测机台2在可移动轴，如Z轴方向(图中未示出)上安装有用于采集连续影像的电荷耦合装置(Charged CoupledDevice，CCD)3，及产生影像光源的发光装置4。在本实施例中，该发光装置4可以为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、镭射装置或其他任何领域内所熟知的能够产生光源的发光装置。另外，在该发光装置4中安装有一块图案片5。当发光装置4产生的影像光源穿过图案片5时，能够将图案片5中的图案投影到待测工件7上，在本较佳实施例中，所述图案片5是一块嵌有图案的玻璃片，在其他实施例中，所述图案片5还可以是嵌有图案的塑料片，及其他任何领域内所熟知的嵌有图案的物件。所述CCD 3搭配一个镜头6，用于摄取待测工件7的影像，并将摄取的影像传送到计算机1。该摄取的影像包括图案片5投影到待测工件7上的图案。
所述计算机1内装有影像撷取卡10及影像量测对焦系统11。该影像撷取卡10通过一条影像数据线与所述CCD3相连，用于接收所述待测工件7的影像，并将该影像显示在与该计算机1相连的显示器(图中未示出)上。
参阅图2所示，是图1中影像量测对焦系统11的功能模块图。本发明所称的各模块是完成特定功能的各个程序段，比程序本身更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此本发明对软件的描述都以模块描述。
所述影像量测对焦系统11主要包括发送模块110、影像撷取模块111、清晰度计算模块112、焦点获取模块113及显示模块114。
当用户利用所述CCD3对待测工件7进行对焦时，所述发送模块110用于发出控制指令给发光装置4，使其产生影像光源，所述产生的影像光源穿过图案片5，将该图案片5上的图案投影到待测工件7上。
所述影像撷取模块111用于在设定的距离内控制镜头6移动，并撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的影像及每张影像所对应的镜头6的Z轴坐标。具体而言，影像撷取模块111控制镜头6在设定的距离内(该距离可以根据量测需求进行设定，如20mm)沿Z轴方向从上至下进行移动，并通过CCD 3不断撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的的影像，及此时镜头6的Z轴坐标。
所述清晰度计算模块112用于计算每张影像的清晰度。具体而言，如图4所示，是本发明计算影像清晰度的示意图。假设P(i，j)代表影像中的一个像素点，D(i，j)代表该像素点的清晰度，则D(i，j)＝Abs(Gray(i+1，j)-Gray(i-1，j))+Abs(Gray(i，j+1)-Gray(i，j-1))。其中，Abs()表示取绝对值函数，Gray(i，j)表示像素点P(i，j)的灰度值。将对焦范围内所有像素点的清晰度相加得到Def.all＝∑∑D(i，j)，然后除以对焦范围内的像素点个数，得到一个平均值，作为该影像的清晰度。
所述焦点获取模块113用于根据所计算出的影像清晰度，获取清晰度最高的影像所对应的镜头6的Z轴坐标，该坐标即为镜头6的焦点位置。也就是说，焦点获取模块113选取清晰度值最大的影像对应的镜头6的Z轴坐标作为焦点位置。所述的焦点位置是指镜头6的焦点位置。
所述显示模块114用于将所述焦点位置显示在显示器上。
参阅图3所示，是本发明影像量测对焦方法较佳实施例的作业流程图。
步骤S10，当用户对待测工件7进行对焦时，发送模块110发出控制指令给发光装置4，使其产生影像光源，所述产生的影像光源穿过图案片5，将该图案片5上的图案投影到待测工件7上。
步骤S11，影像撷取模块111在设定的距离内控制镜头6移动，并撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的影像及每张影像所对应的镜头6的Z轴坐标。具体而言，影像撷取模块111控制镜头6在设定的距离内(该距离可以根据量测需求进行设定，如20mm)沿Z轴方向从上至下进行移动，并通过CCD 3不断撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的的影像及镜头6的Z轴坐标。
步骤S12，清晰度计算模块112计算每张影像的清晰度。具体而言，如图4所示，假设P(i，j)代表影像中的一个像素点，D(i，j)代表该像素点的清晰度，则D(i，j)＝Abs(Gray(i+1，j)-Gray(i-1，j))+Abs(Gray(i，j+1)-Gray(i，j-1))。其中，Abs()表示取绝对值函数，Gray(i，j)表示像素点P(i，j)的灰度值。将对焦范围内所有像素点的清晰度相加得到Def.all＝∑∑D(i，j)，然后除以对焦范围内的该影像所包含的像素点个数，得到一个平均值，作为该影像的清晰度。
步骤S13，焦点获取模块113从上述计算出的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头6的Z轴坐标，该坐标即为焦点位置。
步骤S14，显示模块114将所述焦点位置显示在显示器上。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种影像量测对焦系统，运行于计算机中，该计算机与一台影像量测机台相连，其特征在于，该影像量测机台的发光装置中安装有一张图案片，所述系统包括
发送模块，用于发出控制指令给所述发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过所述图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；
影像撷取模块，用于在设定的距离内控制影像量测机台的镜头移动，并撷取所述图案片上的图案投影到待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；
清晰度计算模块，用于计算每张影像的清晰度；及
焦点获取模块，用于从所计算出的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
2.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述发光装置为发光二极管。
3.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述图案片是一块嵌有图案的玻璃片或塑料片。
4.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述清晰度计算模块计算每张影像的清晰度的公式为
其中，Abs()表示取绝对值函数，Di，j为每个像素点的灰度值，S为每张影像中所包含的像素点个数。
5.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述系统还包括显示模块，用于显示所述焦点位置。
6.一种利用权利要求1所述系统进行影像量测对焦的方法，其特征在于，该方法包括步骤
发出控制指令给影像量测机台的发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过安装在该发光装置上的图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；
在设定的距离内控制镜头移动，并截取所述图案片上的图案投影在待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；
计算每张影像的清晰度；及
从所计算的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
7.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，所述发光装置为发光二极管。
8.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，所述图案片为一块嵌有图案的玻璃片或塑料片。
9.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，所述计算每张影像的清晰度的公式为
其中，Abs()表示取绝对值函数，Di，j为每个像素点的灰度值，S为每张影像中所包含的像素点个数。
10.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤
显示所述焦点位置。
全文摘要
一种影像量测对焦的方法，该方法包括步骤发出控制指令给影像量测机台的发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过安装在该发光装置上的图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；在设定的距离内控制镜头移动，并截取所述图案片上的图案投影在待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；计算每张影像的清晰度；从所计算的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
文档编号G01B11/00GK101782369SQ20091030022
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者张旨光, 蒋理, 洪毅容, 丁勇红, 李东海 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种影像量测系统及方法，尤其涉及一种对表面光滑的待测工件进行对焦的影像量测系统及方法。
背景技术：
影像量测是目前精密量测领域中最广泛使用的量测方法，该方法不仅精度高，而且量测速度快。影像量测主要用于零件或者部件的尺寸物差和形位误差的测量，对保证产品质量起着重要的作用。
一般而言，传统的影像量测方法是采用工业光学镜头搭配高分辨率的电荷耦合装置(Charged Coupled Device，CCD)，透过影像撷取卡取得待测工件或者部件的影像，然后将获取的影像传送给计算机，通过计算中的量测软件对该影像做进一步的处理。
在测量待测工件的轮廓或表面高度前，通常需要进行影像对焦，使得待测工件的表面到镜头的距离等于焦距。之前的影像自动对焦方法为在一定范围内移动CCD镜头，并不断获取待测工件表面的影像，然后根据获取的影像资料计算出CCD镜头的焦点位置。
但是，在对表面光滑的待测工件进行对焦时，由于光射到待测工件的表面光滑反射回CCD时，所获取的影像中的轮廓信息非常少，在计算清晰度时准确度不高，从而影响对焦的准确性。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种影像量测对焦系统，其可以对表面光滑的待测工件进行快速对焦。
鉴于以上内容，还有必要提出一种影像量测对焦方法，其可以对表面光滑的待测工件进行快速对焦。
一种影像量测对焦系统，运行于计算机中，该计算机与一台影像量测机台相连，该影像量测机台的发光装置中安装有一张图案片，所述系统包括发送模块，用于发出控制指令给所述发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过所述图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；影像撷取模块，用于在设定的距离内控制影像量测机台的镜头移动，并撷取所述图案片上的图案投影到待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；清晰度计算模块，用于计算每张影像的清晰度；焦点获取模块，用于从所计算出的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
一种影像量测对焦的方法，该方法包括步骤发出控制指令给影像量测机台的发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过安装在该发光装置上的图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；在设定的距离内控制镜头移动，并截取所述图案片上的图案投影在待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；计算每张影像的清晰度；从所计算的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
相较于现有技术，本发明所提供的影像量测对焦系统及方法，可通过计算机的控制，将影像量测机台上安装的图案片中的图案投影到表面光滑的待测工件上，之后通过计算所获取的待测工件影像的清晰度确定焦点的位置，实现对表面光滑的待测工件进行快速对焦，提高了对焦的准确度。
图1是本发明影像量测对焦系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是图1中影像量测对焦系统的功能模块图。
图3是本发明影像量测对焦方法较佳实施例的作业流程图。
图4是本发明计算影像清晰度的示意图。
具体实施例方式 参阅图1所示，是本发明影像量测对焦系统较佳实施例的硬件架构图。该硬件架构图主要包括计算机1、放置待测工件7的影像量测机台2。其中，所述影像量测机台2在可移动轴，如Z轴方向(图中未示出)上安装有用于采集连续影像的电荷耦合装置(Charged CoupledDevice，CCD)3，及产生影像光源的发光装置4。在本实施例中，该发光装置4可以为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、镭射装置或其他任何领域内所熟知的能够产生光源的发光装置。另外，在该发光装置4中安装有一块图案片5。当发光装置4产生的影像光源穿过图案片5时，能够将图案片5中的图案投影到待测工件7上，在本较佳实施例中，所述图案片5是一块嵌有图案的玻璃片，在其他实施例中，所述图案片5还可以是嵌有图案的塑料片，及其他任何领域内所熟知的嵌有图案的物件。所述CCD 3搭配一个镜头6，用于摄取待测工件7的影像，并将摄取的影像传送到计算机1。该摄取的影像包括图案片5投影到待测工件7上的图案。
所述计算机1内装有影像撷取卡10及影像量测对焦系统11。该影像撷取卡10通过一条影像数据线与所述CCD3相连，用于接收所述待测工件7的影像，并将该影像显示在与该计算机1相连的显示器(图中未示出)上。
参阅图2所示，是图1中影像量测对焦系统11的功能模块图。本发明所称的各模块是完成特定功能的各个程序段，比程序本身更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此本发明对软件的描述都以模块描述。
所述影像量测对焦系统11主要包括发送模块110、影像撷取模块111、清晰度计算模块112、焦点获取模块113及显示模块114。
当用户利用所述CCD3对待测工件7进行对焦时，所述发送模块110用于发出控制指令给发光装置4，使其产生影像光源，所述产生的影像光源穿过图案片5，将该图案片5上的图案投影到待测工件7上。
所述影像撷取模块111用于在设定的距离内控制镜头6移动，并撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的影像及每张影像所对应的镜头6的Z轴坐标。具体而言，影像撷取模块111控制镜头6在设定的距离内(该距离可以根据量测需求进行设定，如20mm)沿Z轴方向从上至下进行移动，并通过CCD 3不断撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的的影像，及此时镜头6的Z轴坐标。
所述清晰度计算模块112用于计算每张影像的清晰度。具体而言，如图4所示，是本发明计算影像清晰度的示意图。假设P(i，j)代表影像中的一个像素点，D(i，j)代表该像素点的清晰度，则D(i，j)＝Abs(Gray(i+1，j)-Gray(i-1，j))+Abs(Gray(i，j+1)-Gray(i，j-1))。其中，Abs()表示取绝对值函数，Gray(i，j)表示像素点P(i，j)的灰度值。将对焦范围内所有像素点的清晰度相加得到Def.all＝∑∑D(i，j)，然后除以对焦范围内的像素点个数，得到一个平均值，作为该影像的清晰度。
所述焦点获取模块113用于根据所计算出的影像清晰度，获取清晰度最高的影像所对应的镜头6的Z轴坐标，该坐标即为镜头6的焦点位置。也就是说，焦点获取模块113选取清晰度值最大的影像对应的镜头6的Z轴坐标作为焦点位置。所述的焦点位置是指镜头6的焦点位置。
所述显示模块114用于将所述焦点位置显示在显示器上。
参阅图3所示，是本发明影像量测对焦方法较佳实施例的作业流程图。
步骤S10，当用户对待测工件7进行对焦时，发送模块110发出控制指令给发光装置4，使其产生影像光源，所述产生的影像光源穿过图案片5，将该图案片5上的图案投影到待测工件7上。
步骤S11，影像撷取模块111在设定的距离内控制镜头6移动，并撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的影像及每张影像所对应的镜头6的Z轴坐标。具体而言，影像撷取模块111控制镜头6在设定的距离内(该距离可以根据量测需求进行设定，如20mm)沿Z轴方向从上至下进行移动，并通过CCD 3不断撷取所述图案片5上的图案投影到待测工件7上所产生的的影像及镜头6的Z轴坐标。
步骤S12，清晰度计算模块112计算每张影像的清晰度。具体而言，如图4所示，假设P(i，j)代表影像中的一个像素点，D(i，j)代表该像素点的清晰度，则D(i，j)＝Abs(Gray(i+1，j)-Gray(i-1，j))+Abs(Gray(i，j+1)-Gray(i，j-1))。其中，Abs()表示取绝对值函数，Gray(i，j)表示像素点P(i，j)的灰度值。将对焦范围内所有像素点的清晰度相加得到Def.all＝∑∑D(i，j)，然后除以对焦范围内的该影像所包含的像素点个数，得到一个平均值，作为该影像的清晰度。
步骤S13，焦点获取模块113从上述计算出的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头6的Z轴坐标，该坐标即为焦点位置。
步骤S14，显示模块114将所述焦点位置显示在显示器上。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种影像量测对焦系统，运行于计算机中，该计算机与一台影像量测机台相连，其特征在于，该影像量测机台的发光装置中安装有一张图案片，所述系统包括
发送模块，用于发出控制指令给所述发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过所述图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；
影像撷取模块，用于在设定的距离内控制影像量测机台的镜头移动，并撷取所述图案片上的图案投影到待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；
清晰度计算模块，用于计算每张影像的清晰度；及
焦点获取模块，用于从所计算出的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
2.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述发光装置为发光二极管。
3.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述图案片是一块嵌有图案的玻璃片或塑料片。
4.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述清晰度计算模块计算每张影像的清晰度的公式为
其中，Abs()表示取绝对值函数，Di，j为每个像素点的灰度值，S为每张影像中所包含的像素点个数。
5.如权利要求1所述的影像量测对焦系统，其特征在于，所述系统还包括显示模块，用于显示所述焦点位置。
6.一种利用权利要求1所述系统进行影像量测对焦的方法，其特征在于，该方法包括步骤
发出控制指令给影像量测机台的发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过安装在该发光装置上的图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；
在设定的距离内控制镜头移动，并截取所述图案片上的图案投影在待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；
计算每张影像的清晰度；及
从所计算的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
7.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，所述发光装置为发光二极管。
8.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，所述图案片为一块嵌有图案的玻璃片或塑料片。
9.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，所述计算每张影像的清晰度的公式为
其中，Abs()表示取绝对值函数，Di，j为每个像素点的灰度值，S为每张影像中所包含的像素点个数。
10.如权利要求6所述的影像量测对焦方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤
显示所述焦点位置。
全文摘要
一种影像量测对焦的方法，该方法包括步骤发出控制指令给影像量测机台的发光装置，使其产生影像光源，该影像光源穿过安装在该发光装置上的图案片，将该图案片上的图案投影到待测工件上；在设定的距离内控制镜头移动，并截取所述图案片上的图案投影在待测工件上所产生的影像及每张影像所对应的镜头的Z轴坐标；计算每张影像的清晰度；从所计算的影像清晰度中获取清晰度最高的影像所对应的镜头的Z轴坐标，该坐标即为镜头的焦点位置。
文档编号G01B11/00GK101782369SQ20091030022
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者张旨光, 蒋理, 洪毅容, 丁勇红, 李东海 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司
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