專利名稱：表面多點對焦系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)，尤其涉及一種對工件表面進(jìn)行多點對焦實現(xiàn)測量的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
影像測量儀是坐標(biāo)測量機(jī)的一種，可利用光學(xué)顯微鏡對待測物體進(jìn)行自由倍率的放大成像，經(jīng)過CCD攝像系統(tǒng)，將放大后的被測物體影像傳輸?shù)脚c儀器相連接的計算機(jī)，用以進(jìn)行非接觸、高效檢測各種復(fù)雜工件的幾何量。影像量測儀利用影像量測系統(tǒng)(Vision Measuring System, VMS)對工件進(jìn)行測量的過程中，需要對工件表面每個細(xì)微處進(jìn)行測量及高度評估，然而，對細(xì)微處的測量往往需要用輔助設(shè)備才能達(dá)到客戶要求。如此，必然導(dǎo)致測量效率的低下以及誤差的加大。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種表面多點對焦系統(tǒng)及方法，可不需借用輔助設(shè)備即可實現(xiàn)對工件表面進(jìn)行多點對焦并取點，并獲取工件表面輪廓的點云以對工件各方面進(jìn)行精確的測量。一種表面多點對焦系統(tǒng)，運(yùn)用于影像測量儀，該影像測量儀包括位于該影像測量儀Z軸的電荷藕合器件CCD以及位于XY平面的測量臺面，該系統(tǒng)包括選擇模塊，用于確定對焦點選擇方式；計算模塊，用于在該CCD從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍至下對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍；所述的計算模塊，還用于在該CCD從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍至上對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo)；及輸出模塊，用于輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)。一種表面多點對焦方法，運(yùn)用于影像測量儀，該影像測量儀包括位于該影像測量儀Z軸的電荷藕合器件CCD以及位于XY平面的測量臺面，該方法包括(I)確定對焦點選擇方式；(2)在該CCD從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍至下對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍；(3)在該C⑶從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍至上對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo)；及(4)輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的表面多點對焦系統(tǒng)及方法，可不需借用輔助設(shè)備即可實現(xiàn)對工件表面進(jìn)行多點對焦并取點，并獲取工件表面輪廓的點云以對工件各方面進(jìn)行精確的測量。


圖I是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的功能模塊圖。
圖2是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的坐標(biāo)系構(gòu)建示意圖。圖3是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的相鄰兩對焦點坐標(biāo)不意圖。圖4是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的計算區(qū)域示意圖。圖5是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的對焦點的清晰度與坐標(biāo)關(guān)系示意圖。圖6是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的清晰度與坐標(biāo)關(guān)系的曲線示意圖。圖7是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的面積計算公式。圖8是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的主流程圖。 圖9是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的步驟S6的細(xì)化流程圖。圖10是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的步驟S64的細(xì)化流程圖。圖11是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的步驟S66的細(xì)化流程圖。圖12是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的垂直平分線確定流程圖。主要元件符號說明影像測量儀I處理器10存儲裝置12顯示屏14表面多點對焦系統(tǒng) 2設(shè)置模塊20選擇模塊22計算模塊24輸出模塊2具體實施例方式如圖I所示，是本發(fā)明表面多點對焦系統(tǒng)的較佳實施方式的功能模塊圖。所述的表面多點對焦系統(tǒng)2應(yīng)用于影像測量儀I中，用于對工件表面進(jìn)行多點對焦并取點，從而獲取工件表面輪廓的點云以對工件各方面進(jìn)行精確的測量。此外，在其它實施方式中，所述的表面多點對焦系統(tǒng)2還可應(yīng)用在與該影像測量儀I相連的電子裝置中，例如計算機(jī)、服務(wù)器、測量儀器等。所述影像測量儀I包括處理器10以及存儲裝置12。所述的處理器10用于執(zhí)行所述影像測量儀I內(nèi)安裝的各類軟件，例如，所述的表面多點對焦系統(tǒng)2、操作系統(tǒng)等應(yīng)用軟件。所述的存儲裝置12用于存儲各類數(shù)據(jù)，例如，測量參數(shù)、利用所述的表面多點對焦系統(tǒng)2設(shè)置及計算所得的數(shù)據(jù)等。所述存儲裝置12可以是所述影像測量儀I的硬盤，還可以是可移動的內(nèi)存卡、閃存卡等。在本較佳實施方式中，所述的表面多點對焦系統(tǒng)2包括多個功能模塊，分別是設(shè)置模塊20、選擇模塊22、計算模塊24以及輸出模塊26。利用所述表面多點對焦系統(tǒng)2對工件進(jìn)行影像測量時需確定待測量點，在本實施方式中，所述待測量點視為需要進(jìn)行對焦的點，在下文稱為“對焦點”。
通常，影像測量儀I包括位于XY平面的測量臺面以及位于該影像測量儀I的立柱的電荷藕合器件(CO), Charge Coupled Device),該立柱視為Z軸。所述測量臺面用于放置需要進(jìn)行測量的工件，所述CCD用于獲取工件的多個不同影像以實現(xiàn)對工件的測量。上述的XY平面以及Z軸并非特指，而是為了便于下文在計算各項數(shù)據(jù)時進(jìn)行說明，實際應(yīng)用中可根據(jù)測量需求或用戶習(xí)慣進(jìn)行更改，例如，可以稱呼該CCD所在的影像測量儀I的立柱位于X軸，測量臺面為YZ平面等。所述的設(shè)置模塊20，用于設(shè)置對焦點的選擇方式，包括沿X軸取對焦點、沿Y軸取對焦點、根據(jù)設(shè)置的行數(shù)及列數(shù)取對焦點，取對焦點的單位 為一個像素(PIXEL)。所述設(shè)置模塊20可通過在所述表面多點對焦系統(tǒng)2的操作界面上提供對應(yīng)于各個選擇方式的功能按鈕或?qū)υ捒颍员阌脩舴奖氵x擇。當(dāng)工件放置在所述影像測量儀I的測量臺面時，該CXD拍攝的工件的影像是平面影像。該影像視為在XY平面的影像，因此，影像中的每個對焦點對應(yīng)一個XY坐標(biāo)。在選取對焦點時，可根據(jù)上述選擇方式在所拍攝的影像中沿X軸或Y軸每像素取一個對焦點，例如，(XD所拍攝的影像區(qū)域的面積是640pixelX480pixel,那么可以認(rèn)為若沿X軸取對焦點能獲取640個對焦點，若沿Y軸取對焦點能獲取480個對焦點，實際應(yīng)用中可根據(jù)CCD的分辨率或其它因素確定該影像區(qū)域的面積進(jìn)行取點。若選擇根據(jù)設(shè)置的行數(shù)及列數(shù)取對焦點，用戶可根據(jù)測試需求輸入行數(shù)和列數(shù)，而獲取的對焦點的個數(shù)為行數(shù)X列數(shù)，例如20X20。所述的設(shè)置模塊20，還用于預(yù)設(shè)對焦范圍，以及預(yù)設(shè)該CCD的多個移動速度，在本實施方式中，該對焦范圍為該CCD在測量過程中沿Z軸上下移動的一個范圍。參考圖2所示的立體坐標(biāo)系，該實心橢圓表示CCD,而所述的預(yù)設(shè)對焦范圍是[Zl, Z2]。所述的設(shè)置模塊20，進(jìn)一步用于設(shè)置對焦點的計算區(qū)域，該計算區(qū)域用以計算對焦點的清晰度，下文將進(jìn)行詳細(xì)描述。所述的選擇模塊22，用于根據(jù)用戶選擇確定對焦點的選擇方式。所述的計算模塊24，用于在該CCD從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍至下對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍。具體的計算方式可參照下文針對圖8至圖12的詳細(xì)描述。所述的計算模塊24，還用于在該CXD從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍至上對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo)。確定調(diào)整對焦范圍后再次進(jìn)行測量是為了增加測量的精確性，并且進(jìn)一步縮小該CCD的移動范圍。具體的計算方式與計算每個對焦點的第一位置坐標(biāo)的計算方式相同，可參考下文針對圖8至圖12的詳細(xì)描述。所述的輸出模塊26，用于輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)，S卩，剔除不在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點。所述的輸出模塊26，還用于根據(jù)輸出的所有對焦點的第二位置坐標(biāo)生成工件的點云。圖8是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的主流程圖。首先，步驟S2，所述的選擇模塊22根據(jù)用戶選擇確定對焦點的選擇方式。步驟S4，將該CXD移動至由所述設(shè)置模塊20預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍處，并控制該CCD沿Z軸以第一預(yù)設(shè)速度向該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍移動。例如，該第一預(yù)設(shè)速度是9mm/s。步驟S6，所述的計算模塊24在該CCD的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍。具體的計算方式可參照圖9的詳細(xì)描述。步驟S8，將該CXD移動至調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍處，并控制該C⑶沿Z軸以第二預(yù)設(shè)速度向該調(diào)整對焦范圍的上對焦范圍移動。在本實施方式中，所述第二預(yù)設(shè)速度可以是所述第一預(yù)設(shè)速度的二分之一，通過控制該CCD以更慢的速度移動來獲取更多的影像進(jìn)行后續(xù)的計算和分析，從而確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。例如，該第二預(yù)設(shè)速度是4. 5mm/s。步驟S10，所述的計算模塊24在該CXD從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍至上對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo)。本步驟涉及的計算方式與步驟S6的計算方式相同，可參考下文針對步驟S6的細(xì)化流程的描述。 步驟S12，所述的輸出模塊26輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)，并根據(jù)輸出的所有對焦點的第二位置坐標(biāo)生成工件的點云，然后，結(jié)束本流程。圖9是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的步驟S6的細(xì)化流程圖。首先，步驟S60，在該CCD沿Z軸從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍以第一預(yù)設(shè)速度向該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍移動時，所述的計算模塊24從該CCD獲取工件的多個影像，并讀取每個影像對應(yīng)的該CXD所在Z軸的坐標(biāo)。該CXD在沿Z軸移動的過程中拍攝影像，因此，所述的計算模塊24在獲取該影像的同時也讀取到該CCD拍攝該影像時所處的Z坐標(biāo)。步驟S61，所述的計算模塊24根據(jù)所確定的對焦點選擇方式確定在影像中的多個對焦點。步驟S62，所述的計算模塊24根據(jù)所確定的對焦點選擇方式判斷對焦方式是否為線上多點對焦或所有像素點多點對焦。在本實施方式中，若選擇沿X軸或Y軸取對焦點，則確定對焦方式是所有像素點多點對焦；若選擇根據(jù)設(shè)置的行數(shù)及列數(shù)取對焦點，并且行數(shù)或列數(shù)有一個值為I時，則確定對焦方式是線上多點對焦。若對焦方式不是線上多點對焦或所有像素點多點對焦，步驟S63，所述的計算模塊24根據(jù)待測對焦點所在計算區(qū)域內(nèi)的其它對焦點的灰度值計算該待測對焦點的清晰度。例如，可根據(jù)如下計算公式“清晰度=Σ {Abs[g(x-1, y)_g(x+l, y)]+Abs[g(x, y_l)-g(x,y+1)]}”計算該待測對焦點的清晰度，其中g(shù)(x，y)表示待測對焦點(x，y)的灰度值，即，上述公式是將在計算區(qū)域內(nèi)與該待測對焦點的相鄰的對焦點的灰度值的差值的絕對值進(jìn)行相加以確定該待測對焦點的清晰度。若對焦方式是線上多點對焦或所有像素點多點對焦，步驟S64，所述的計算模塊24利用相鄰兩點遞推法計算每個對焦點的清晰度。詳細(xì)內(nèi)容可參照圖10針對步驟S64的細(xì)化流程。步驟S65，判斷該C⑶是否已經(jīng)到達(dá)該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍。若該CXD尚未到達(dá)該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍，則流程返回至步驟S60。若該CXD已經(jīng)到達(dá)該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍，于步驟S66，所述的計算模塊24根據(jù)每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)以及每個對焦點在多個影像中的清晰度確定每個對焦點的第一位置坐標(biāo)。詳細(xì)內(nèi)容可參照圖11針對步驟S66的細(xì)化流程。
在本實施方式中，每個對焦點的位置坐標(biāo)(Χ,Υ,Ζ)包括該對焦點在XY平面的坐標(biāo)以及對應(yīng)的C⑶所在Z軸的坐標(biāo)。其中，該位置坐標(biāo)(Χ，Υ，Ζ)的確定方式在圖11中進(jìn)行介紹。
步驟S67，所述的計算模塊24根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定調(diào)整對焦范圍，然后，結(jié)束本流程。例如，假設(shè)預(yù)設(shè)對焦范圍是[Ζ1，Ζ2]，如果所有對焦點的Z坐標(biāo)中最大的Z坐標(biāo)是Ζ3，而最小的Z坐標(biāo)是Zl，那么調(diào)整對焦范圍可以確定為[Zl，Ζ3]。圖10是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的步驟S64的細(xì)化流程圖。本流程詳細(xì)描述相鄰兩點遞推法的運(yùn)用。首先，步驟S640，所述的設(shè)置模塊20預(yù)先設(shè)置對焦點計算區(qū)域，所述的計算模塊24確定第一影像中的第一對焦點的第一計算區(qū)域。步驟S642，所述的計算模塊24根據(jù)第一計算區(qū)域內(nèi)的其它對焦點的灰度值計算該第一對焦點的清晰度。如上文所述，可根據(jù)計算公式“清晰度=Σ {Abs[g(x-l,y)-g(x+1,y)]+Abs[g(x, y-l)-g (x, y+1) ]} ”計算該第一對焦點的清晰度,其中g(shù)(x, y)表示第一對焦點(X，y)的灰度值。步驟S644，所述的計算模塊24確定與該第一對焦點相鄰的第二對焦點的第二計算區(qū)域，并確定該第二計算區(qū)域與第一計算區(qū)域的重合計算區(qū)域。參考如圖3所示的相鄰兩對焦點坐標(biāo)示意圖,假設(shè)對焦點a(X2, Y3)是第一對焦點，相鄰的對焦點b(X3，Y3)是第二對焦點。假設(shè)對焦點計算區(qū)域XXY為5X5，進(jìn)一步結(jié)合如圖4所示的計算區(qū)域示意圖，圖4(1)中對焦點a的計算區(qū)域四個端點坐標(biāo)分別是(0，O)、(X5，0)、(O, Y5)、(X5，Y5)。圖4(2)中對焦點b的計算區(qū)域四個端點坐標(biāo)分別是(XI，O)、(X6，0)、(XI，Y5)、(X6，Y5)。如此，可確認(rèn)如圖4(3)所示的重合計算區(qū)域，分別包括四個端點坐標(biāo)(Χ1，0)、(Χ5，0)、(XI，Υ5)、(Χ5，Υ5)。所述表面多點對焦系統(tǒng)2會自動存儲每個對焦點的計算區(qū)域的坐標(biāo)信息，所述計算模塊24確定出重合計算區(qū)域的大小，并在計算一個對焦點的清晰度且該對焦點與相鄰對焦點具有重合計算區(qū)域時直接調(diào)用該重合計算區(qū)域的相關(guān)計算數(shù)據(jù)以省略重復(fù)計算，加快計算效率。步驟S646，所述的計算模塊24在計算第二對焦點的清晰度時直接調(diào)用重合計算區(qū)域內(nèi)的計算數(shù)據(jù)并根據(jù)第二計算區(qū)域內(nèi)非重合計算區(qū)域的其它對焦點的灰度值計算該第二對焦點的清晰度，然后，結(jié)束本流程。利用CXD拍攝的每個影像中包括多個對焦點，通過上述流程可確定每個影像中每個對焦點的清晰度。需注意的是，在較佳實施方式中，通過上述流程的相鄰兩點遞推法可有效提高計算效率，節(jié)省不必要的重復(fù)計算步驟，然而，如圖9的步驟S63所介紹的計算方法也同樣適用于本發(fā)明的各個實施方式中來根據(jù)待測對焦點所在計算區(qū)域內(nèi)的其它對焦點的灰度值計算該待測對焦點的清晰度。圖11是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的步驟S66的細(xì)化流程圖。首先，步驟S660，所述的計算模塊24根據(jù)同一個對焦點在不同的影像中的清晰度以及不同影像分別對應(yīng)的Z坐標(biāo)(即為CXD拍攝該影像時所在的Z軸坐標(biāo))建立多個數(shù)組，并根據(jù)每個對焦點的清晰度與Z坐標(biāo)的關(guān)系構(gòu)建一個平面坐標(biāo)系，以及根據(jù)每個對焦點在不同影像中的清晰度以及該不同影像分別對應(yīng)的Z坐標(biāo)繪制曲線。結(jié)合圖5所示的對焦點數(shù)組為例進(jìn)行說明,對焦點a的數(shù)組I包括該對焦點a在不同影像中的清晰度以及對應(yīng)的Z坐標(biāo)，分別是影像I中對焦點a的清晰度Pal，該影像I對應(yīng)的Z坐標(biāo)為Z1，影像2中對焦點a的清晰度Pa2，該影像2對應(yīng)的Z坐標(biāo)為Z2，影像3中對焦點a的清晰度Pa3，該影像3對應(yīng)的Z坐標(biāo)為Z3，影像η中對焦點a的清晰度Pan,該影像η對應(yīng)的Z坐標(biāo)為Zn。根據(jù)對焦點a的數(shù)組I中不同清晰度與不同Z坐標(biāo)之間的關(guān)系，所述計算模塊24建立如圖6所示的平面坐標(biāo)系Ρ0Ζ，并根據(jù)對焦點a在不同影像中的清晰度以及對應(yīng)的Z坐標(biāo)繪制曲線。步驟S662,所述的計算模塊24確定每個對焦點的最大清晰度,確定位于曲線頂點的該最大清晰度兩側(cè)的兩個最小清晰度，并選擇兩個最小清晰度中較大的一個清晰度。結(jié)合圖6所示，所述計算模塊24可確定對焦點a的最大清晰度為Pmax，位于該最大清晰度兩側(cè)的兩個最小清晰度分別為左側(cè)最小清晰度Pminl以及右側(cè)最小清晰度Pmin2,經(jīng)比較可確定 Pniinl > Pniin^ 步驟S664，所述的計算模塊24確定該最大清晰度與該選擇的最小清晰度之間的曲線所圍成的區(qū)域為封閉區(qū)域。如圖6所示的R區(qū)域為所繪制的曲線在P = Pfflax以及P =Pminl之間形成的封閉區(qū)域。步驟S666，所述的計算模塊24確定垂直平分該封閉區(qū)域的垂直平分線，并確定該垂直平分線所在的Z坐標(biāo)為該對焦點的Z坐標(biāo)，結(jié)合該Z坐標(biāo)以及該對焦點的平面坐標(biāo)即可確定該對焦點的第一位置坐標(biāo)，然后，結(jié)束本流程。針對垂直平分線的確定的詳細(xì)流程可參考圖12的描述。假設(shè)如圖6所示，Z = Zfflid為所確定的垂直平分線，即Zmid為該對焦點a的Z坐標(biāo)，結(jié)合對焦點a的平面坐標(biāo)(X，Y)即可確定該對焦點a的第一位置坐標(biāo)是(X，Y，Zmid)。需注意的是，根據(jù)對焦點的選擇方式可確定每個對焦點的平面坐標(biāo)是固定不變的。上述流程詳細(xì)介紹了對焦點的第一位置坐標(biāo)的計算方式，而對焦點的第二位置坐標(biāo)的計算方式與第一位置坐標(biāo)的計算方式相同，區(qū)別點在于將預(yù)設(shè)對焦范圍改變成調(diào)整對焦范圍后，令該CCD以更慢的速度在調(diào)整對焦范圍內(nèi)移動并獲取更多的影像，從而保證第二次計算所得的對焦點的第二位置坐標(biāo)更為精確，如此輸出的工件表面輪廓的點云也更為準(zhǔn)確。圖12是本發(fā)明表面多點對焦方法的較佳實施方式的垂直平分線確定流程圖。首先，步驟S70，所述的計算模塊24根據(jù)如圖7所示的計算公式可計算該封閉區(qū)域(R區(qū)域)的面積。步驟S72，所述的計算模塊24繪制一條經(jīng)過最大清晰度Pmax所在的頂點的直線。步驟S74，所述的計算模塊24根據(jù)如圖7所示的計算公式可分別計算該繪制直線將該封閉區(qū)域分割的左右兩部分區(qū)域的面積。步驟S76，所述的計算模塊24判斷左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值是否大于預(yù)設(shè)的閥值。該閥值可根據(jù)測試需求預(yù)先由所述設(shè)置模塊20進(jìn)行設(shè)置。若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于或等于一個預(yù)設(shè)閥值，于步驟S78，所述的計算模塊24確定該繪制直線為垂直平分線，然后，結(jié)束本流程。若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值大于一個預(yù)設(shè)閥值，于步驟S80，所述的計算模塊24判斷左邊部分區(qū)域的面積是否大于右邊部分區(qū)域的面積。
若左邊部分區(qū)域的面積大于右邊部分區(qū)域的面積時，于步驟S82，所述的計算模塊24將該繪制直線向左移動一個單位的距離，然后，流程返回至步驟S74，重新計算移動后繪制直線分割的左右兩部分區(qū)域的面積大小。若右邊部分區(qū)域的面積大于左邊部分區(qū)域的面積時，于步驟S84，所述的計算模塊24將該繪制直線向右移動一個單位的距離，然后，流程返回至步驟S74，重新計算移動后繪制直線分割的左右兩部分區(qū)域的面積大小。上述方式通過移動繪制直線若干單位的距離直至該左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于一個預(yù)設(shè)閥值，從而確定垂直平分線。全文所述的所有計算方式僅是舉例說明，皆可用本領(lǐng)域內(nèi)已知的其他數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計算。以上實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照以上較佳實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行修改或等同替換都不應(yīng)脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種表面多點對焦系統(tǒng)，運(yùn)用于影像測量儀，該影像測量儀包括位于該影像測量儀Z軸的電荷藕合器件CCD以及位于XY平面的測量臺面，其特征在于，該系統(tǒng)包括 選擇模塊，用于確定對焦點選擇方式； 計算模塊，用于在該CCD從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍至下對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍； 所述的計算模塊，還用于在該CCD從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍至上對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo) '及輸出模塊，用于輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求I所述的表面多點對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的輸出模塊還用于根據(jù)輸出的所有對焦點的第二位置坐標(biāo)生成工件的點云。
3.如權(quán)利要求I所述的表面多點對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算模塊通過如下方式計算每個對焦點的第一位置坐標(biāo) 在該CCD沿Z軸從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍以第一預(yù)設(shè)速度向該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍移動時，從該CCD獲取工件的多個影像，并讀取每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)； 根據(jù)所確定的對焦點選擇方式確定在每個影像中的多個對焦點； 根據(jù)每個對焦點的灰度值及平面坐標(biāo)計算每個對焦點的清晰度； 在該CCD到達(dá)該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍時，根據(jù)每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)以及每個對焦點在多個影像中的清晰度確定每個對焦點的第一位置坐標(biāo)；及根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍。
4.如權(quán)利要求3所述的表面多點對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算模塊通過如下方式計算每個對焦點的清晰度 若根據(jù)對焦點的選擇方式確定為線上多點對焦或是所有像素點多點對焦時，利用相鄰兩點遞推法計算每個對焦點的清晰度，所述相鄰兩點遞推法包括 設(shè)置對焦點計算區(qū)域，確定第一影像中的第一對焦點的第一計算區(qū)域； 根據(jù)第一計算區(qū)域內(nèi)的其它對焦點的灰度值計算該第一對焦點的清晰度； 確定與該第一對焦點相鄰的第二對焦點的第二計算區(qū)域，并確定該第二計算區(qū)域與第一計算區(qū)域的重合計算區(qū)域； 在計算第二對焦點的清晰度時直接調(diào)用重合計算區(qū)域內(nèi)的計算數(shù)據(jù)并根據(jù)第二計算區(qū)域內(nèi)非重合計算區(qū)域的其它對焦點的灰度值計算該第二對焦點的清晰度。
5.如權(quán)利要求3所述的表面多點對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算模塊通過如下方式確定每個對焦點的第一位置坐標(biāo) 利用清晰度與Z坐標(biāo)的關(guān)系構(gòu)建一個平面坐標(biāo)系，并根據(jù)每個對焦點在不同影像中的清晰度以及該不同影像分別對應(yīng)的Z坐標(biāo)繪制曲線； 確定每個對焦點的最大清晰度，確定位于曲線頂點的該最大清晰度兩側(cè)的兩個最小清晰度，并選擇兩個最小清晰度中較大的一個清晰度； 確定該最大清晰度與該選擇的清晰度之間的曲線所圍成的區(qū)域為封閉區(qū)域；及 確定垂直平分該封閉區(qū)域的垂直平分線，并確定該垂直平分線所在的Z坐標(biāo)為該對焦點的Z坐標(biāo),結(jié)合該Z坐標(biāo)以及該對焦點的平面坐標(biāo)確定該對焦點的第一位置坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的表面多點對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算模塊通過如下方式確定垂直平分該封閉區(qū)域的垂直平分線 計算該封閉區(qū)域的面積； 繪制一條經(jīng)過最大清晰度所在的頂點的直線，計算該繪制直線將該封閉區(qū)域分割的左右兩部分區(qū)域的面積； 若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于或等于一個預(yù)設(shè)閥值，確 定該繪制直線為垂直平分線； 若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值大于一個預(yù)設(shè)閥值，且左邊部分區(qū)域的面積大于右邊部分區(qū)域的面積時，將該繪制直線向左移動一個或多個單位的距離直至該左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于一個預(yù)設(shè)閥值，并確定該移動后的繪制直線為垂直平分線；或 若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值大于一個預(yù)設(shè)閥值，且右邊部分區(qū)域的面積大于左邊部分區(qū)域的面積時，將該繪制直線向右移動一個或多個單位的距離直至該左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于一個預(yù)設(shè)閥值，并確定該移動后的繪制直線為垂直平分線。
7.如權(quán)利要求3所述的表面多點對焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算模塊通過如下方式計算每個對焦點的第二位置坐標(biāo) 在該CCD沿Z軸從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍以第二預(yù)設(shè)速度向該調(diào)整對焦范圍的上對焦范圍移動時，從該CCD獲取工件的多個影像，并讀取每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)； 根據(jù)所確定的對焦點選擇方式確定在每個影像中的多個對焦點，根據(jù)每個對焦點的灰度值計算每個對焦點的清晰度；及 在該CCD到達(dá)該調(diào)整對焦范圍的上對焦范圍時，根據(jù)每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)以及每個對焦點在多個影像中的清晰度確定每個對焦點的第二位置坐標(biāo)。
8.一種表面多點對焦方法，運(yùn)用于影像測量儀，該影像測量儀包括位于該影像測量儀Z軸的電荷藕合器件CCD以及位于XY平面的測量臺面，其特征在于，該方法包括 (1)確定對焦點選擇方式； (2)在該CCD從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍至下對焦范圍的移動過程中，計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍； (3)在該CXD從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍至上對焦范圍的移動過程中，計算該CXD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo)；及 (4)輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)。
9.如權(quán)利要求8所述的表面多點對焦方法，其特征在于，所述的對焦點選擇方式包括沿X軸取對焦點、沿Y軸取對焦點、根據(jù)設(shè)置的行數(shù)及列數(shù)取對焦點，取對焦點的單位為像素。
10.如權(quán)利要求8所述的表面多點對焦方法，其特征在于，所述步驟(2)包括如下子步驟在該CCD沿Z軸從預(yù)設(shè)對焦范圍的上對焦范圍以第一預(yù)設(shè)速度向該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍移動時，從該CCD獲取工件的多個影像，并讀取每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)； 根據(jù)所確定的對焦點選擇方式確定在每個影像中的多個對焦點； 根據(jù)每個對焦點的灰度值及平面坐標(biāo)計算每個對焦點的清晰度； 在該CCD到達(dá)該預(yù)設(shè)對焦范圍的下對焦范圍時，根據(jù)每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)以及每個對焦點在多個影像中的清晰度確定每個對焦點的第一位置坐標(biāo)；及根據(jù)所有對焦點的Z坐標(biāo)確定一個調(diào)整對焦范圍。
11.如權(quán)利要求10所述的表面多點對焦方法，其特征在于，所述根據(jù)每個對焦點的灰 度值及平面坐標(biāo)計算每個對焦點的清晰度的步驟包括 若根據(jù)對焦點的選擇方式確定為線上多點對焦或是所有像素點多點對焦時，利用相鄰兩點遞推法計算每個對焦點的清晰度，所述相鄰兩點遞推法包括 設(shè)置對焦點計算區(qū)域，確定第一影像中的第一對焦點的第一計算區(qū)域； 根據(jù)第一計算區(qū)域內(nèi)的其它對焦點的灰度值計算該第一對焦點的清晰度； 確定與該第一對焦點相鄰的第二對焦點的第二計算區(qū)域，并確定該第二計算區(qū)域與第一計算區(qū)域的重合計算區(qū)域； 在計算第二對焦點的清晰度時直接調(diào)用重合計算區(qū)域內(nèi)的計算數(shù)據(jù)并根據(jù)第二計算區(qū)域內(nèi)非重合計算區(qū)域的其它對焦點的灰度值計算該第二對焦點的清晰度。
12.如權(quán)利要求10所述的表面多點對焦方法，其特征在于，所述的每個對焦點的第一位置坐標(biāo)的確定包括如下子步驟 利用清晰度與Z坐標(biāo)的關(guān)系構(gòu)建一個平面坐標(biāo)系，并根據(jù)每個對焦點在不同影像中的清晰度以及該不同影像分別對應(yīng)的Z坐標(biāo)繪制曲線； 確定每個對焦點的最大清晰度，確定位于曲線頂點的該最大清晰度兩側(cè)的兩個最小清晰度，并選擇兩個最小清晰度中較大的一個清晰度； 確定該最大清晰度與該選擇的清晰度之間的曲線所圍成的區(qū)域為封閉區(qū)域；及確定垂直平分該封閉區(qū)域的垂直平分線，并確定該垂直平分線所在的Z坐標(biāo)為該對焦點的Z坐標(biāo),結(jié)合該Z坐標(biāo)以及該對焦點的平面坐標(biāo)確定該對焦點的第一位置坐標(biāo)。
13.如權(quán)利要求12所述的表面多點對焦方法，其特征在于，所述垂直平分該封閉區(qū)域的垂直平分線通過如下步驟進(jìn)行確定 計算該封閉區(qū)域的面積； 繪制一條經(jīng)過最大清晰度所在的頂點的直線，計算該繪制直線將該封閉區(qū)域分割的左右兩部分區(qū)域的面積； 若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于或等于一個預(yù)設(shè)閥值，確定該繪制直線為垂直平分線； 若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值大于一個預(yù)設(shè)閥值，且左邊部分區(qū)域的面積大于右邊部分區(qū)域的面積時，將該繪制直線向左移動一個或多個單位的距離直至該左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于一個預(yù)設(shè)閥值，并確定該移動后的繪制直線為垂直平分線；或 若左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值大于一個預(yù)設(shè)閥值，且右邊部分區(qū)域的面積大于左邊部分區(qū)域的面積時，將該繪制直線向右移動一個或多個單位的距離直至該左右兩部分區(qū)域的面積的差值的絕對值小于一個預(yù)設(shè)閥值，并確定該移動后的繪制直線為垂直平分線。
14.如權(quán)利要求8所述的表面多點對焦方法，其特征在于，所述步驟(3)包括如下子步驟 在該CCD沿Z軸從調(diào)整對焦范圍的下對焦范圍以第二預(yù)設(shè)速度向該調(diào)整對焦范圍的上對焦范圍移動時，從該CCD獲取工件的多個影像，并讀取每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸的坐標(biāo)； 根據(jù)所確定的對焦點選擇方式確定在每個影像中的多個對焦點，根據(jù)每個對焦點的灰度值計算每個對焦點的清晰度；及 在該CCD到達(dá)該調(diào)整對焦范圍的上對焦范圍時，根據(jù)每個影像對應(yīng)的該CCD所在Z軸 的坐標(biāo)以及每個對焦點在多個影像中的清晰度確定每個對焦點的第二位置坐標(biāo)。
全文摘要
一種表面多點對焦系統(tǒng)，運(yùn)用于影像測量儀，該影像測量儀包括位于Z軸的電荷藕合器件CCD，該系統(tǒng)包括選擇模塊，用于確定對焦點選擇方式；計算模塊，用于在該CCD在預(yù)設(shè)對焦范圍內(nèi)移動時計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第一位置坐標(biāo)，并確定一個調(diào)整對焦范圍；所述的計算模塊，還用于在該CCD從調(diào)整對焦范圍內(nèi)移動時計算該CCD獲取的工件的每個影像中每個對焦點的第二位置坐標(biāo)；及輸出模塊，用于輸出在調(diào)整對焦范圍內(nèi)的對焦點的第二位置坐標(biāo)。發(fā)明還提供一種表面多點對焦方法。利用本發(fā)明可對工件表面進(jìn)行多點對焦獲取測量數(shù)據(jù)。
文檔編號G01B11/03GK102759788SQ20111010514
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者張旨光, 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