三轴视觉测量系统自动对焦技术

为了减少三轴视觉测量系统在对焦过程中的时间消耗和提高对焦的准确性,提出基于光学离焦模型的自动对焦算法。自动对焦算法评价函数采用Tenengrad梯度函数,搜索算法分两步:(1)将光学离焦模型分解成两个曲线函数,通过采集4张图像的清晰度值和x轴坐标求出两条曲线函数,最终得到两条曲线的交点位置,交点位置即为正焦位置粗定位位置;(2)在交点位置采集1张图像以及在交点左右两侧各采集2张图像,通过高斯函数拟合得到拟合高斯函数的均值,均值即为准确的正焦位置。为了验证本方法的有效性,首先进行10次重复性试验,验证算法粗定位的重复定位误差4.1μm。其次,在粗定位位置采集1张图像及其两边各采集2张图像,通过高斯拟合得到精确正焦位置,10次精确位置的重复定位误差为5.1μm。该算法只需采集9张图像,得到的合成标准不确定度为2.12μm。该方法提高了三轴视觉测量系统的对焦效率和精度。

基于HOG特征的显微镜自动对焦算法研究

针对图像背景复杂、目标物体相对较小,当前显微镜自动对焦算法普遍稳健性较差的问题,提出一种改进的自动对焦算法.该算法将HOG特征与拉普拉斯梯度结合协同判断显微镜同一视野下具有最佳清晰度的图片,选用基于Tenengrad梯度函数作为图像清晰度评价参数.实验结果表明:在拍摄目标物体较小且背景复杂的情况下,该算法能更有效地找出显微镜同一视野图像中最清晰的一张,并且加快了图像清晰度的判断速度,实现显微图像的快速对焦.

计量型紫外显微镜实时焦点及倾角测量算法的研究

计量型紫外光学显微镜采用248 nm深紫外光源和高数值孔径物镜系统,工作距离和景深均很小,为实现清晰的成像,需要进行自动聚焦。因此研究了一种焦点及倾角测量算法,采用基于图像处理的自动聚焦方法,选择Tenengrad函数作为图像清晰度判据,进行清晰度评价。针对在扫描测量时标准样板倾斜与镜片可能会出现相撞的问题,提出了样板倾角测量方法来判断样板的倾斜方向和角度,从而确定物镜执行器的移动方向,实现物镜扫描成像过程中的动态对焦。

基于DSP的自动聚焦系统

通过对基于空域分析的聚焦评价算子的对比,选择了基于Sobel梯度的Tenengrad函数作为系统的聚焦评价函数,该函数具有聚焦精度高、成像清晰的优点,但计算量大,不适合实时计算。根据DSP的运算特点,对Tenengrad函数进行了改进,提出了x/y向Tenengrad函数概念。通过实验证明,改进后的函数在不损失原函数聚焦精度的情况下,每幅图像的聚焦判据的计算时间减少为25ms,是原来聚焦判据计算时间的1/35,以此作为聚焦评价函数,在TMS320DM642平台上通过对视频驱动、UART驱动的开发,实现了可变焦摄像机的实时自动聚焦。

基于自动聚焦技术的三维测量方法研究

在半导体加工检测微机电系统(MEMS)组装.生物医学航空航天、量子通信等领域,微结构元器件的应用越来越广泛。要实现微结构元器件的高精度加工,必须建立相应的高精度测量方法。针对微小物体三维形貌测量,提出了一种基于自动聚焦技术的三,维测量方法。详述了该方法的测量流程。使用单相机对被测物进行垂直扫描并采集图像序列;通过对序列图像逐一进行清晰度评价计算,依靠精确的聚焦判定确定表面点的高度;通过二维水平扫描测量,获取表面三维轮廓数据。根据所阐述的测量原理,聚焦判定决定了测量精度。通过研究,提出了改进的清晰度评价算法,将改进的Retinex算法与Tenengrad梯度函数相结合,提高了测量方法的适用性和稳定性。利用标准量块台阶进行了精度验证试验,所提方法测量精度优于15μm。该研究为微结构元器件三维形貌测量提供了一种低成本、较高精度的测量方法。

地形云微物理参数观测的数字全息方法研究

提出了一种基于数字全息理论结合主动风向随动和复杂可编程逻辑器件驱动的纳秒尺度脉宽的脉冲激光调制技术,利用全域数字图像融合和局部亮度梯度方差算法的地形云观测方法。在六盘山地形云野外科学试验基地开展了长期的连续观测以获得地形云微物理参数。与该基地内基于光散射原理的测量仪器及前向散射能见度仪的观测数据进行比对,发现虽然两者长时间观测结果的变化趋势具有良好的相关性,但在2~4μm和7~50μm的云滴粒子区间,数字全息测量方法具有更强的观测能力。本文方法可为提高对云降水物理过程的理论认识和参数化方案的开发奠定数据支持,也可为天气、气候、人工影响天气和大气化学等领域研究提供重要的技术支撑。

改进的梯度阈值图像清晰度评价算法

数字图像技术实现自动对焦的关键步骤是有效的图像清晰度评价。针对传统的灰度梯度算法抗噪性差和实时性低的问题,提出一种改进的清晰度评价算法。首先通过OSTU方法和全局方差计算出图像自适应分割阈值;然后比较自适应分割阈值和图像像素点局部方差以提取整幅图像中的边缘像素点;最后考虑人眼视觉特性,采用多方向的Tenengrad算子对图像进行评价运算,将图像中边缘像素点的评价运算值进行叠加,得到图像的清晰度量化值。为了衡量改进算法的性能,将其与传统的灰度梯度算法进行比较。实验结果表明,与传统的灰度梯度算法相比,所提算法具有实时性高、灵敏度强且抗噪能力好的优点。

手持红外热像仪自动对焦电路的设计与实现

自动对焦可以快速、准确地将镜头调节到最佳位置,但目前该方式在算法和电路设计上还不够成熟,制约了它的应用。通过优化电路设计,选用TMS320VC5509A、FIFO和串口FLASH等低功耗、小尺寸封装芯片组成低功耗自动对焦电路,并基于Sobel算子的Tenengrad的改进图像边缘能量评价函数,采用可变窗口、合适的阈值,配合粗调(定步长)和精调(可变步长)搜索算法,设计实现了一种手持红外热像仪快速、准确地自动对焦的电路。实验结果表明,该方法高效可行,不仅能实现手持红外热像仪对目标的快速捕获,并能降低操作强度。

基于图像评价的显微镜自动对焦方法

针对显微镜观测动态平面目标时的自动对焦需求,提出一种基于图像清晰度评价的显微镜静/动态自动对焦方法。首先,根据对聚焦-失焦图像特征的分析,建立加权Tenengrad评价函数评估方法和图像分块对焦窗口模式。其次,针对搜索过程中的局部极大值问题,利用模拟退火理论建立对焦搜索模型。最后,为了对动态图像进行评价,利用图像模糊法来判断动态无参考图像失焦水平。在此基础上,形成了静态调焦模型,动态失焦检测与实时对焦模型。通过搭建显微镜自动对焦实验平台,结果表明:该静态调焦模型能够使显微镜快速准确地静态自动调焦,动态失焦检测和实时对焦模型能够使显微镜满足在动态观测下离焦检测和实时调焦的要求。