專利名稱：多重表面對焦系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像量測系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種多重表面對焦系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
影像量測是目前精密量測領(lǐng)域中最廣泛使用的量測方法，該方法不僅精度高，而 且量測速度快。影像量測主要用于工件(零件或者部件)的尺寸誤差和形位誤差的測量， 對保證產(chǎn)品質(zhì)量起著重要的作用。 —般而言，影像量測方法是采用影像量測機臺，如VMS (Vision Measuring System)，擷取待測工件的影像，然后將獲取的工件影像傳送給主機，通過主機中的量測軟 件對工件影像做進一步的處理。 在測量待測工件的輪廓或表面高度前，通常需要進行影像對焦，使得待測工件的 表面到CCD(Charge Coupled Device)鏡頭的距離等于焦距。之前的影像自動對焦方法為 在一定范圍內(nèi)移動CCD鏡頭，并不斷獲取待測工件上表面的影像，然后根據(jù)獲取的影像資 料計算出CCD鏡頭的焦點位置。但是，這種方法不能區(qū)分待測工件上表面的影像和下表面 的影像，如果待測工件為透明的薄件，則利用這種方法自動對焦時，待測工件的上、下兩個 表面的影像都有可能被CCD鏡頭獲取，導(dǎo)致計算出的CCD鏡頭的焦點位置不準(zhǔn)確。例如，本 應(yīng)該將CCD鏡頭對焦到上表面，對焦結(jié)果卻是下表面，或本應(yīng)該將CCD鏡頭對焦到下表面， 對焦結(jié)果卻是上表面。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種多重表面對焦系統(tǒng)，其可自動對指定的待測工件 表面進行對焦。 鑒于以上內(nèi)容，還有必要提供一種多重表面對焦方法，其可自動對指定的待測工 件表面進行對焦。 —種多重表面對焦系統(tǒng)，包括主機和影像量測機臺，所述主機包括選擇模塊，用 于在影像量測機臺截取的待測工件的影像中選擇對焦表面、對焦位置及對焦范圍；粗略對 焦模塊，用于控制影像量測機臺的CCD鏡頭移動尋找粗略的焦點位置；精確對焦模塊，用于 控制CCD鏡頭以該粗略的焦點位置為中心，在設(shè)定的精確距離內(nèi)沿Z軸方向從下至上進行 移動，并不斷截取待測工件的影像及CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)；所述精確對焦模塊，還用于對每 個所截取的待測工件的影像，以所選對焦位置為中心，選取所述對焦范圍大小的區(qū)域，計算 出該區(qū)域的清晰度作為該影像的清晰度；數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)均值過濾算法對影像清 晰度及對應(yīng)CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行過濾；所述數(shù)據(jù)處理模塊，還用于對過濾后的CCD鏡頭 的Z軸坐標(biāo)進行等距細化，得到新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度；所述精確對焦模塊，還用 于根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，計算出精確的焦點位置，將CCD 鏡頭移到該精確的焦點位置。 —種多重表面對焦方法，其特征在于，該方法包括如下步驟在影像量測機臺截取
4的待測工件的影像中選擇對焦表面、對焦位置及對焦范圍；控制影像量測機臺的CCD鏡頭 移動尋找粗略的焦點位置；控制CCD鏡頭以該粗略的焦點位置為中心，在設(shè)定的精確距離 內(nèi)沿Z軸方向從下至上進行移動，并不斷截取待測工件的影像及CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)；對每 個所截取的待測工件的影像，以所選對焦位置為中心，選取所述對焦范圍大小的區(qū)域，計算 出該區(qū)域的清晰度作為該影像的清晰度；根據(jù)均值過濾算法對影像清晰度及對應(yīng)CCD鏡頭 的Z軸坐標(biāo)進行過濾；對過濾后的CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行等距細化，得到新的Z軸坐標(biāo)及 新的影像清晰度；根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，計算出精確的焦 點位置；將CCD鏡頭移到精確的焦點位置。 相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的多重表面對焦系統(tǒng)及方法，其可對指定的待測工件表面 進行對焦，提高了影像對焦的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明多重表面對焦系統(tǒng)較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。 圖2是影像量測機臺的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明計算影像清晰度的示意圖。 圖4是本發(fā)明根據(jù)均值過濾算法對影像清晰度進行過濾的示意圖。 圖5是本發(fā)明對CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行等距細化的示意圖。 圖6是本發(fā)明閉合區(qū)域CR的示意圖。 圖7是本發(fā)明計算閉合區(qū)域CR平分線的示意圖。 圖8是本發(fā)明多重表面對焦方法較佳實施例的流程圖。 圖9是圖8中步驟計算精確焦點位置的具體流程圖。
具體實施例方式
如圖l所示，是本發(fā)明多重表面對焦系統(tǒng)較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。該系統(tǒng)主要 包括顯示設(shè)備1、主機2、影像量測機臺3和輸入設(shè)備4。所述主機2包括存儲體20和表面 對焦單元21。 其中，所述影像量測機臺3的組成如圖2所示，該影像量測機臺3在X軸、Y軸和Z 軸方向均安裝有馬達(圖2中未示出)，其主要組成部分包括機臺頂蓋31、 CCD鏡頭32、機 臺工作面33和機臺主體34，所述機臺工作面33上放置有待測工件35。所述CCD鏡頭32 用于攝取待測工件35的影像(包括待測工件上表面的影像和/或下表面的影像)，并將攝 取的影像傳送到測試主機2。 所述存儲體20可以是主機2中的硬盤等，用于存儲對焦數(shù)據(jù)22。所述對焦數(shù)據(jù) 22包括待測工件35的影像的清晰度及CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)等。 另外，在CCD鏡頭32對焦過程中，所述表面對焦單元21通過控制X軸馬達和Y軸 馬達的移動，進而改變機臺工作面33在X軸和Y軸方向(本實施例中的X軸和Y軸方向即 水平方向)上的位置，使得CCD鏡頭32移動到粗略的焦點位置。然后，表面對焦單元21控 制Z軸馬達在垂直方向上的移動使得該CCD鏡頭32準(zhǔn)確對焦到待測工件35的上表面或下 表面。 所述主機2連接有顯示設(shè)備l，用于顯示影像量測機臺3傳送給主機2的影像等。所述輸入設(shè)備4可以是鍵盤和鼠標(biāo)等，用于進行數(shù)據(jù)輸入。 所述表面對焦單元21包括選擇模塊210、粗略對焦模塊211、精確對焦模塊212和
數(shù)據(jù)處理模塊213。本發(fā)明所稱的模塊是完成一特定功能的計算機程序段，比程序更適合于
描述軟件在計算機中的執(zhí)行過程，因此在本發(fā)明以下對軟件描述都以模塊描述。 所述選擇模塊210用于在影像量測機臺3截取的待測工件35的影像中選擇對焦
表面、對焦位置及對焦范圍。在本實施例中，對焦表面包括待測工件35的上表面和下表面，
對焦范圍的長度為W、寬度為H(例如，取W為30mm， H為20mm)。 所述粗略對焦模塊211用于控制CCD鏡頭32移動以尋找粗略的焦點位置。具體而 言，粗略對焦模塊211控制CCD鏡頭30以所選對焦位置為中心，在設(shè)定的粗略距離內(nèi)(該 粗略距離可以根據(jù)量測需求進行設(shè)定，如20mm)沿Z軸方向從上至下進行移動，并不斷截取 待測工件35的影像及CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)。然后，對每個所截取的待測工件35的影 像，以所選對焦位置為中心，選取對焦范圍(W*H)大小的區(qū)域，計算出該區(qū)域的清晰度作為 該影像的清晰度。最后，粗略對焦模塊211選取清晰度值最大的影像對應(yīng)的Z軸坐標(biāo)作為 粗略的焦點位置。其中，影像對應(yīng)的Z軸坐標(biāo)是指該影像被截取時，對應(yīng)CCD鏡頭32的Z 軸坐標(biāo)。 如圖3所示，是本發(fā)明計算影像清晰度的示意圖。假設(shè)P(i， j)代表影像中的 一個像素點，D(i， j)代表該像素點的清晰度，則D(i， j) = Abs(Gray(i+l， j)-Gray(i-l， j))+Abs(Gray(i， j+l)-Gray(i， j-l))。其中，Abs()表示取絕對值函數(shù)，Gray(i， j)表示 像素點P(i， j)的灰度值。將對焦范圍(W*H)內(nèi)所有像素點的清晰度相加得到Def.all = EE D(i， j)，然后除以對焦范圍內(nèi)的像素點個數(shù)，得到一個平均值，作為該影像的清晰度。
所述精確對焦模塊212用于控制CCD鏡頭32以該粗略的焦點位置為中心，在設(shè)定 的精確距離內(nèi)(該精確距離小于上述粗略距離，可以根據(jù)量測需求進行設(shè)定，如10mm)沿Z 軸方向從下至上進行移動，并不斷截取待測工件35的影像及CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)。然 后，對每個所截取的待測工件35的影像，以選擇模塊210選擇的對焦位置為中心，選取對焦 范圍(W*H)大小的區(qū)域，計算出該區(qū)域的清晰度作為該影像的清晰度。其中，精確對焦模塊 212將計算出的影像清晰度存儲在數(shù)組D中(從D[O]開始)，CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)存儲 在數(shù)組Z中(從Z
開始)，每個影像的清晰度和對應(yīng)CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)在數(shù)組D和 數(shù)組Z中的索引位置相同。例如，第三個影像的清晰度存儲于D[2]中(索引位置為2)，則 第三個影像對應(yīng)的CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)存儲于Z[2]中(索引位置為2)。在本實施例 中，如果數(shù)組D和Z的元素個數(shù)小于7，則返回對焦失敗信息。 所述數(shù)據(jù)處理模塊213用于根據(jù)均值過濾算法對精確對焦模塊212計算出的影像 清晰度及對應(yīng)CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行過濾，并以過濾后的數(shù)據(jù)更新數(shù)組D和數(shù)組Z。 在本實施中，所述對影像清晰度及對應(yīng)CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行過濾是指對影像清晰 度的數(shù)值及對應(yīng)CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)值進行過濾。如圖4所示，是本發(fā)明根據(jù)均值過濾 算法對影像清晰度進行過濾的示意圖。圖4a中數(shù)組D存儲的是過濾前的影像清晰度，依次 為D[O] = IO，D[I] = 12，D[2] = 14，D[3] = 13，D[4] = 12，D[5] = 14，D[6] = 13，D[7] =15，D[8] = 14。圖4b中數(shù)組Dl存儲的是過濾后的影像清晰度。根據(jù)均值過濾算法，數(shù) 組D中某一元素新的大小=(該元素前n個元素的大小+該元素的大小+該元素后n個元 素的大小)/ (參與計算的元素總個數(shù))，其中，第一個元素和最后一個元素大小不變。
在本實施例中，取n = 1，則數(shù)組D中某一元素新的大小=(該元素前一 個元素的大小+該元素的大小+該元素后一個元素的大小)/3，由此可知，Dl[l] =(D
+D[l]+D[2])/3 = 12，D1[2] = (D [1]+D [2]+D [3])/3 = 13，D1[3]= (D[2]+D[3]+D[4])/3 = 13..依此類推，可以計算出Dl[4] = 13， Dl[5] = 13， Dl[6]= 14，D1[7] = 14，D1
禾PD1[8]大小不變，即Dl[O] = D
，D1[8] = D[8]。然后，以數(shù)組 Dl的數(shù)據(jù)更新數(shù)組D的數(shù)據(jù)。同理，根據(jù)均值過濾算法可以對CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行 過濾，具體過程同影像清晰度的過濾。 所述數(shù)據(jù)處理模塊213還用于對過濾后的CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行等距細化， 得到新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，并以新的數(shù)據(jù)更新數(shù)組D和數(shù)組Z。
如圖5所示，是本發(fā)明對CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行等距細化的示意圖。在坐標(biāo)系 Z-D中，橫軸Z代表CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)，縱軸D代表影像清晰度。所述等距細化是指在 Z軸上，從第一個坐標(biāo)開始，每隔一定距離，取新的Z值，即得到新的Z軸坐標(biāo)，記為數(shù)組Z2 ; 然后，根據(jù)新的Z軸坐標(biāo)計算出新的影像清晰度，記為數(shù)組D2 ;最后，以數(shù)組Z2的數(shù)據(jù)更新 數(shù)組Z的數(shù)據(jù)，以數(shù)組D2的數(shù)據(jù)更新數(shù)組D的數(shù)據(jù)。舉例而言，第7個新的Z軸坐標(biāo)Z2 [6] 對應(yīng)新的影像清晰度D2[6]計算過程為先從數(shù)組Z中求出Z[i]，使得Z[i]《Z2[6]且 Z[i+1] ^Z2[6]，在圖5中即為Z[7] (Z[7] <Z2[6]且Z[8] >Z2[6]);然后連接點(Z[7]， D[7])和(Z[8]，D[8])得到一條直線，計算該直線與直線z = Z2[6]的交點，交點的縱坐標(biāo) 即D2[6]的值。 所述精確對焦模塊212還用于根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清 晰度，計算出精確的焦點位置，并將CCD鏡頭32移到精確的焦點位置。其中，計算精確焦點 位置的流程如下所述。 首先，精確對焦模塊212從數(shù)組D中選取最大值Dmax，在本實施例中，Dmax大于3， 如果Dmax小于等于3，則返回對焦失敗信息。然后，根據(jù)選擇的對焦表面在數(shù)組D中逆序或 順序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局部極大值點Df，對應(yīng)索引位置為Indexf 。具體而 言，如果選擇的對焦表面是上表面，則在數(shù)組D中逆序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局 部極大值點Df ;如果選擇的對焦表面是下表面，則在數(shù)組D中順序搜索一個大于Dmax/3且 大于3的局部極大值點Df。所述局部極大值點是指該點的數(shù)值大于等于前m個數(shù)據(jù)的值 和后m個數(shù)據(jù)的值，在本實施例中，取m二 2。 精確對焦模塊212再以Indexf為中心，分別逆序/順序搜索數(shù)組D獲取局部極小 值點DminL和DminR，對應(yīng)索引位置分別為IndexL和IndexR。所述局部極小值點是指該 點的數(shù)值小于等于前m個數(shù)據(jù)的值和后m個數(shù)據(jù)的值，在本實施例中，取m二 2。如果DminL 〈DminR，則以Indexf為中心，逆序搜索數(shù)組D直到D[i] > DminR， D [i_l] < DminR時結(jié) 束搜索，其中，IndexL = i ;如果DminL > DminR，則以Indexf為中心，順序搜索數(shù)組D直到 D[i] > DminR， D[i+1] < DminR時結(jié)束搜索，其中，IndexR = i。 接著，精確對焦模塊212在Z-D坐標(biāo)系中，將IndexL與IndexR之間的點連線，點 IndexL與點IndexR連線，形成閉合區(qū)域CR(參見圖6所示)，求midZ使得直線z = midZ 將閉合區(qū)域CR平分，該焦點位置midZ即為精確的焦點位置。 如圖7所示，是本發(fā)明計算閉合區(qū)域CR平分線z 二midZ的示意圖。其中，閉合 區(qū)域CR由三角形Tril和Tri2、梯形Tral、 Tra2…Tra(n)組成，則閉合區(qū)域CR總的面積Area-A = Tril+Tral+Tra2+…+Tra(n)+Tri2。 令i = 1至lj n，逐個代入公式Area-L(i) = Tril+Tral+Tra2+…+Tra(i)，當(dāng) Area-L(i)《Area-A/2且Area-L(i+l) > Area-A/2時停止代入，并令f = i， 1 = i_l， r =i+l。 因此，閉合區(qū)域CR在梯形Tra (f)左邊的面積
Area-"1) = Tril+Tral+Tra2+…Tra(1);
且閉合區(qū)域CR在梯形Tra(f)右邊的面積
Area-R(r) = Tri2+Tra (r) +Tra (r+l) +." +Tra (n)。
并且Area_L (1) +Area_R (r) +Tra (f) = Area-A，
Area-L (1) < Area-R(r)+Tra(f)，
Area-R (r) < Area-U 1) +Tra (f)。 平分閉合區(qū)域CR的直線z 二midZ穿過梯形Tra(f)，根據(jù)點(Z[f]， D[f])和點 (Z[f+l]，D[f+l])求得直線y = k朽+b，因此，midD = k*midZ+b (1) 梯形Tra (f)在直線z = midZ左邊面積 AL = (midD+D[f])*(midZ_Z[f])/2 (2) 梯形Tra (f)在直線z = midZ右邊面積AR = (midD+D[f+l])*(Z[f+l]-midZ)/2 (3) 閉合區(qū)域CR平分線左邊的面積等于右邊的面積 Area_"l)+AL = Area_R(r)+AR (4) 將式(1)代入式(2)和式(3)，再將(2)和(3)代入(4)，得到:Area-L(1)+(k*midZ+b+D[f])*(midZ-Z[f])/2 = Area-R(r)+(k*midZ+b+D[f+1])
^Z[f+l]-midZ)/2，只有一個未知數(shù)midZ，解方程即可求得midZ，使得z = midZ平分閉合
區(qū)域CR。 如圖8所示，是本發(fā)明多重表面對焦方法較佳實施例的流程圖。首先，步驟S40，通 過選擇模塊210在影像量測機臺3截取的待測工件35的影像中選擇對焦表面、對焦位置及 對焦范圍。在本實施例中，對焦表面包括待測工件35的上表面和下表面，對焦范圍的長度 為W、寬度為H。 步驟S41 ，粗略對焦模塊211控制CCD鏡頭32移動尋找粗略的焦點位置，具體過程 如前所述。 步驟S42，精確對焦模塊212控制CCD鏡頭32以該粗略的焦點位置為中心，在設(shè) 定的精確距離內(nèi)沿Z軸方向從下至上進行移動，并不斷截取待測工件35的影像及CCD鏡頭 32的Z軸坐標(biāo)。 步驟S43，精確對焦模塊211對每個所截取的待測工件35的影像，以選擇模塊210 選擇的對焦位置為中心，選取對焦范圍(W*H)大小的區(qū)域，計算出該區(qū)域的清晰度作為該 影像的清晰度。其中，精確對焦模塊212將計算出的影像清晰度存儲在數(shù)組D中(從D[O] 開始)，CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)存儲在數(shù)組Z中(從Z[O]開始)，每個影像的清晰度和對 應(yīng)CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)在數(shù)組D和數(shù)組Z中的索引位置相同。在本實施例中，如果數(shù)組 D和Z的元素個數(shù)小于7，則返回對焦失敗信息。
8
步驟S44，數(shù)據(jù)處理模塊213根據(jù)均值過濾算法對精確對焦模塊212計算出的影像 清晰度及對應(yīng)CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行過濾，并以過濾后的數(shù)據(jù)更新數(shù)組D和數(shù)組Z。 具體過程參見圖4的描述。 步驟S45，數(shù)據(jù)處理模塊213對過濾后的CCD鏡頭32的Z軸坐標(biāo)進行等距細化，得 到新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，并以新的數(shù)據(jù)更新數(shù)組D和數(shù)組Z。具體過程參見圖5 的描述。 步驟S46，精確對焦模塊212根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰
度，計算出精確的焦點位置。其中，計算精確焦點位置的流程如圖9所示。 步驟S47，精確對焦模塊212將CCD鏡頭32移到精確的焦點位置。 如圖9所示，是本發(fā)明中步驟S46中計算精確焦點位置的具體流程圖。步驟S50，
精確對焦模塊212從數(shù)組D中選取最大值Dmax，在本實施例中，如果Dmax小于3，則直接返
回對焦失敗信息。 步驟S51，根據(jù)選擇的對焦表面在數(shù)組D中逆序或順序搜索一個大于Dmax/3且大 于3的局部極大值點Df，對應(yīng)索引位置為Indexf。具體而言，如果選擇的對焦表面是上表 面，則在數(shù)組D中逆序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局部極大值點Df ;如果選擇的對焦 表面是下表面，則在數(shù)組D中順序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局部極大值點Df 。所 述局部極大值點是指該點的數(shù)值大于等于前m個數(shù)據(jù)的值和后m個數(shù)據(jù)的值，在本實施例 中，取m = 2。 步驟S52，精確對焦模塊212以Indexf為中心，分別逆序/順序搜索數(shù)組D獲取局 部極小值點DminL和DminR，對應(yīng)索引位置分別為IndexL和IndexR。所述局部極小值點是 指該點的數(shù)值小于等于前m個數(shù)據(jù)的值和后m個數(shù)據(jù)的值，在本實施例中，取m = 2。
步驟S53，精確對焦模塊212判斷DminL是否小于DminR。如果DminL小于DminR， 執(zhí)行步驟S54，如果DminL大于等于DminR，執(zhí)行步驟S55。 步驟S54，精確對焦模塊212以Indexf為中心，逆序搜索數(shù)組D直到D[i] >
DminR、D[i-l] < DminR時結(jié)束搜索，其中，IndexL = i，然后執(zhí)行步驟S56。 步驟S55，精確對焦模塊212以Indexf為中心，順序搜索數(shù)組D直到D[i] >
DminR、D[i+l] < DminR時結(jié)束搜索，其中，IndexR = i，然后執(zhí)行步驟S56。 步驟S56，精確對焦模塊212在如圖6所示的Z D坐標(biāo)系中，將IndexL與IndexR
之間的點連線，點IndexL與點IndexR連線，形成閉合區(qū)域CR，求midZ使得直線z = midZ
將閉合區(qū)域CR平分。其中，計算閉合區(qū)域CR平分線的示意圖參見圖7中的描述，在此不再贅述。 步驟S57，精確對焦模塊212以該焦點位置midZ作為精確的焦點位置。 最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照
較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的
技術(shù)方案進行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。例如，將此方法應(yīng)
用于在清晰的邊界線上尋找邊界點。
權(quán)利要求
一種多重表面對焦方法，其特征在于，該方法包括如下步驟在影像量測機臺截取的待測工件的影像中選擇對焦表面、對焦位置及對焦范圍；控制影像量測機臺的CCD鏡頭移動尋找粗略的焦點位置；控制CCD鏡頭以該粗略的焦點位置為中心，在設(shè)定的精確距離內(nèi)沿Z軸方向從下至上進行移動，并不斷截取待測工件的影像及CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)；對每個所截取的待測工件的影像，以所選對焦位置為中心，選取所述對焦范圍大小的區(qū)域，計算出該區(qū)域的清晰度作為該影像的清晰度；根據(jù)均值過濾算法對影像清晰度及對應(yīng)CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行過濾；對過濾后的CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行等距細化，得到新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度；根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，計算出精確的焦點位置；及將CCD鏡頭移到精確的焦點位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的多重表面對焦方法，其特征在于，所述對焦表面包括待測工件 的上表面和下表面。
3. 如權(quán)利要求1所述的多重表面對焦方法，其特征在于，所述待測工件的影像及對應(yīng) CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)分別存儲于數(shù)組D和數(shù)組Z中，每個影像的清晰度和對應(yīng)CCD鏡頭的Z 軸坐標(biāo)在數(shù)組D和數(shù)組Z中的索引位置相同。
4. 如權(quán)利要求3所述的多重表面對焦方法，其特征在于，所述均值過濾算法是指數(shù)組 D或數(shù)組Z中某一元素新的大小=(該元素前n個元素的大小+該元素的大小+該元素后 n個元素的大小)/ (參與計算的元素總個數(shù))，其中，第一個元素和最后一個元素大小不變。
5. 如權(quán)利要求3所述的多重表面對焦方法，其特征在于，所述等距細化是指以數(shù)組Z 和數(shù)組D建立坐標(biāo)系Z-D，橫軸Z代表CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)，縱軸D代表影像清晰度，在Z軸 上，從第一個坐標(biāo)開始，每隔一定距離取新的Z值，即得到新的Z軸坐標(biāo)。
6. 如權(quán)利要求5所述的多重表面對焦方法，其特征在于，所述步驟計算精確焦點位置 包括從數(shù)組D中選取最大值Dmax，且Dmax大于3 ;根據(jù)選擇的對焦表面在數(shù)組D中逆序或順序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局部極 大值點Df，對應(yīng)索引位置為Indexf ;以Indexf為中心，分別逆序/順序搜索數(shù)組D獲取局部極小值點DminL和DminR，對應(yīng) 索引位置分別為IndexL和IndexR ;如果DminL < DminR，則以Indexf為中心，逆序搜索數(shù)組D，直到D [i] > DminR， D [i_l] < DminR時結(jié)束搜索，其中，IndexL = i，如果DminL > DminR，則以Indexf為中心，順序搜 索數(shù)組D，直到D[i] > DminR， D[i+1] < DminR時結(jié)束搜索，其中，IndexR = i ;及在Z-D坐標(biāo)系中，將IndexL與IndexR之間的點連線，點IndexL與點IndexR連線，形 成閉合區(qū)域CR，求midZ使得直線z = midZ將閉合區(qū)域CR平分，該焦點位置midZ即為精確 的焦點位置。
7. 如權(quán)利要求6所述的多重表面對焦方法，其特征在于，所述根據(jù)選擇的對焦表面在 數(shù)組D中逆序或順序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局部極大值點Df的步驟包括如下步 驟如果選擇的對焦表面是上表面，則在數(shù)組D中逆序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局部極大值點Df ;及如果選擇的對焦表面是下表面，則在數(shù)組D中順序搜索一個大于Dmax/3且大于3的局 部極大值點Df 。
8. —種多重表面對焦系統(tǒng)，包括主機和影像量測機臺，其特征在于，所述主機包括 選擇模塊，用于在影像量測機臺截取的待測工件的影像中選擇對焦表面、對焦位置及對焦范圍；粗略對焦模塊，用于控制影像量測機臺的CCD鏡頭移動尋找粗略的焦點位置；精確對焦模塊，用于控制CCD鏡頭以該粗略的焦點位置為中心，在設(shè)定的精確距離內(nèi) 沿Z軸方向從下至上進行移動，并不斷截取待測工件的影像及CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)；所述精確對焦模塊，還用于對每個所截取的待測工件的影像，以所選對焦位置為中心， 選取所述對焦范圍大小的區(qū)域，計算出該區(qū)域的清晰度作為該影像的清晰度；數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)均值過濾算法對影像清晰度及對應(yīng)CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行 過濾；所述數(shù)據(jù)處理模塊，還用于對過濾后的CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行等距細化，得到新的Z 軸坐標(biāo)及新的影像清晰度；及所述精確對焦模塊，還用于根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，計 算出精確的焦點位置，將CCD鏡頭移到該精確的焦點位置。
9. 如權(quán)利要求8所述的多重表面對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述對焦表面包括待測工件 的上表面和下表面。
10. 如權(quán)利要求8所述的多重表面對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述待測工件的影像及對應(yīng) CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)分別存儲于數(shù)組D和數(shù)組Z中，每個影像的清晰度和對應(yīng)CCD鏡頭的Z 軸坐標(biāo)在數(shù)組D和數(shù)組Z中的索引位置相同。
全文摘要
一種多重表面對焦系統(tǒng)及方法，該方法包括如下步驟選擇對焦表面、對焦位置及對焦范圍；控制CCD鏡頭移動尋找粗略的焦點位置；在設(shè)定的距離內(nèi)移動CCD鏡頭，并不斷截取待測工件的影像及CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)；在對焦范圍內(nèi)計算每個影像的清晰度；對影像清晰度及CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行過濾；對過濾后的CCD鏡頭的Z軸坐標(biāo)進行等距細化，得到新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度；根據(jù)選擇的對焦表面、新的Z軸坐標(biāo)及新的影像清晰度，計算出精確的焦點位置；將CCD鏡頭移到精確的焦點位置。利用本發(fā)明可以自動對指定的待測工件表面進行對焦。
文檔編號G02B7/34GK101762232SQ20081030647
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者張旨光, 蔣理, 薛曉光, 袁忠奎, 陳賢藝 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司