投影微分法实现多光谱成像仪的自动对焦控制

基于投影微分算法提出了一种应用于多光谱成像仪的自动对焦方法,该方法结合图像处理单元和多个波段的探测器调焦辅助机构来同时实现多个波段的独立自动对焦。首先,根据观测需要对自动对焦窗口进行手动选取,或结合投影微分与目标边缘的对应关系进行对焦窗口的自动选择;然后,将参与自动对焦计算的图像的对焦窗口内的数据做x与y方向投影,对这两个方向投影数组的微分1范数均值求均方根,并将其作为该帧图像的清晰度评价值;最后,结合经典的爬山搜索算法,完成系统的自动对焦过程。实验结果显示,同等条件下投影微分算法与经典的Brenner、能量梯度及Roberts梯度和算法具有同样好的评价效果,能够准确地实现系统的自动对焦,而其算法时间分别仅为这3种算法的0.67、0.33和0.33倍。这些结果表明,投影微分算法具有良好的单峰性与无偏性、较高的灵敏度及很好的实时性,能够满足系统的高精度自动对焦要求。

一种基于频谱分析的离焦深度自动对焦法

通过计算2幅不同离焦位置的图像频谱的径向分布,推算出目标物体的离焦深度,从而调 整镜头位置完成自动对焦。算法适用于任意目标物体,尽管是基于频谱的,但是并不需要计算离焦图像的频谱,算法精度可达4%,鲁棒性良好。

对数功率谱离焦深度法在多光谱成像仪的应用

结合多光谱成像仪的成像特点,提出了一种基于对数功率谱的离焦深度自动对焦方法。以CCD相机为图像传感器,通过主控计算机进行调焦控制与图像处理来实现多光谱成像仪的快速自动对焦。首先,将相机探测器依次处于3个等距位置各采集一幅图像,结合三点判位法判断第二幅图片与准确对焦位置的位置关系。然后,以第二幅图片为参考图片,通过对其对数功率谱的相关计算得到准确的对焦位置。最后,将探测器移动到该计算位置,完成自动对焦过程。实验结果表明,系统对焦位置标准差为±0.159 9mm,最大偏差值控制在0.4mm以内,能够较好地满足系统的实时自动对焦要求。该调焦算法只需3幅图片即可完成自动对焦过程,具有调焦迅速,准确度高等特点。

基于对焦深度法的光学显微镜系统设计

针对传统显微镜采用手工对焦方式存在自动化程度低、对焦过程较慢且对操作者经验要求高的问题,提出一套基于对焦深度法的光学显微镜系统。结合基于图像处理自动对焦的显微镜通用结构,设计了一套由ARM开发板、触控液晶显示屏、Arduino UNO开发板、红外对管、工业数码显微镜及步进电机等组成的光学显微镜系统。结合触控液晶显示屏的特点,设计出结合不同大小的感兴趣区域对焦窗口选择方法,并在采用常见梯度函数作为图像清晰度评价函数及爬山搜索算法的基础上,提出容错改进方法。实验分别对不同的图像清晰度评价函数及对焦窗口大小进行了实时性、灵敏度及容错性能测试。结果表明,该系统具有较高的可靠性。

A Depth Sensor Based on Transient Property of Liquid Crystal Lens

The property of maintaining the lens state of the liquid crystal(LC)lens during the switching between positive and negative lens states is made use of in the fast acquirement of multi-focus images without magnification change.A depth from focus(DFF)pipeline that can generate a low-error depth map and an all-in-focus image is proposed.The depth of the scene is then obtained via DFF pipeline from the captured images.The depth sensor proposed in this paper has the advantages of simple structure,low cost,and long service life.

一种适用于任意目标的离焦深度快速自动聚焦技术

针对聚焦深度(DFF)法对焦速度慢的缺点,提出了一种适用于任意目标的离焦深度(DFD)快速自动聚焦算法。在仅改变成像系统镜头位置的条件下,应用光学成像系统离焦模型,推导了以模糊差异为参量的离焦深度的计算公式。采用S变换得到两幅不同离焦程度图像的模糊差异,并利用推导得到的公式计算出目标物体的深度信息,从而调节镜头位置完成自动聚焦。实验结果表明,本文算法适用于任意目标物体,仅需要两幅不同程度的离焦图像,能够以较高精度估计出目标物体的深度信息,从而实现快速自动聚焦。

基于离焦深度法的自动对焦光路设计

基于离焦深度法设计了自动对焦光路,光路由激光光源,准直扩束透镜,调焦透镜,摄像头组成。使用ZEMAX软件模拟了对焦过程,通过控制调焦透镜的位置获取光斑半径,计算对焦位置。移动调焦透镜,分别在距离对焦目标5.62 cm,7.38 cm,14.02 cm,16.88 cm,20.94 cm处得到了弥散光斑的直径。计算得到的误差在1 mm以内。基于此,实际搭建了对焦光路并进行模拟。采用位移滑轨模拟透镜的变焦运动,由摄像头获取物面上的激光斑点,通过MATLAB编程来快速获得光斑直径的之间的比例。结果显示,对焦结果误差在1 cm以内,考虑到导轨读数存在误差,摄像头像素有限,激光功率不稳定等原因,虽然实际结果与理论模拟之间存在差异,但证实了此方法的可行性。后续工作将用位移平台替换手动滑轨,编程精密控制透镜的移动位置,实现自动对焦。研究工作为改进本课题组已经开发的便携式高灵敏毒品荧光检测系统提供技术参考。

数码显微镜自动对焦算法

目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。