一種新型光學快速自動聚焦系統

摘要：為滿足基于機器視覺的工業檢測系統中對自動對焦快速性的要求，提出了一種基于激光技術的新型嵌入式高速對焦系統。該方法利用在同一光路中激光與可見光互不影響的特性和DSP高速圖像處理的能力，通過檢測特殊設計光學回路反射回來的激光光斑信息，主動控制運動執行機構實現工業檢測系統顯微鏡的快速和穩定對焦。該對焦方法改善了TFT-LCD光學檢測系統中基于被動的圖像處理和基于主動測距等傳統對焦方式精度低和速度慢等缺陷。測試結果表明，該新型對焦系統極大的縮短了對焦的時間，并且提高了對焦系統的控制精度，滿足了工業光學檢測系統中實際應用的要求。 

關鍵詞：自動對焦；光學檢測；TFT-LCD；壓電陶瓷；伺服電機

0 引言

隨著信息化的不斷發展，機器視覺技術在多個領域取得廣泛應用。為了快捷地獲取清晰的圖像視覺信息，自動對焦技術凸顯出至關重要的作用，例如工業光學檢測系統中和醫學成像系統中的自動對焦。國內現有的顯微鏡自動對焦方式主要是基于被動的圖像處理方法來實現，這種方法通過相機連續的拍攝圖像，通過分析圖像前后的清晰度判別焦平面的位置，從而控制電機調節位移實現對焦。但是該調焦方式需要分析多幅圖片信息才能完成對焦，對焦過程中需要處理大量的圖像數據，對焦時間較長，無法滿足工業檢測現場實時性和快速性要求。

系統在顯微鏡主光路中加入一路離焦量檢測的激光光束，通過設計的特殊光學回路將激光光束反射到CCD檢測屏上，并結合TI公司生產的DSPTMS320DM642高速的數據圖像處理能力，設計了一種新型的顯微鏡自動對焦系統。該系統實現了在0.5s內完成顯微鏡的快速自動對焦，其速度與普通的被動對焦算法相比高出一個數量級，極大的滿足了工業檢測系統中的實時性要求，提高了現有顯微鏡自動調焦水平。

1 系統對焦原理

圖1.調焦光學原理