一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法。本發(fā)明的有益效果是：自動反饋信息找到接近圖像最清晰的位置，在此清晰位置去測量被測工件的參數(shù)，進而消除因工件差異和操作人員擺放不一致所導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定和不精確。同時，在聚焦的過程中不停頓，通過上下移動就可以找到清晰面，聚焦速度可以大大提高。通過基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，則不需要在運動驅(qū)動模塊和圖像采集模塊之間通過同步觸發(fā)信號線傳遞同步信息，機械機構(gòu)較為簡單。在運動驅(qū)動模塊和圖像采集模塊之間沒有硬件同步觸發(fā)的條件下，通過軟件同步的方法可以達到比硬件同步更好的效果，簡化了機械機構(gòu)，為影像儀的普及和推廣提供了便利。
【專利說明】一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速聚焦方法，尤其是一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在精密影像測量領(lǐng)域，測量設(shè)備需要具備自動聚焦使被測目標(biāo)清晰的功能，在此基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)精準(zhǔn)測量的各項任務(wù)。
[0003]目前行業(yè)中采用的普遍方法是通過測量設(shè)備的運動驅(qū)動模塊并根據(jù)圖像采集模塊的反饋信息，找到圖像最清晰的位置。然后在此清晰位置測量被測目標(biāo)的尺寸和其它數(shù)據(jù)信息等，進而消除因工件差異和操作人員擺放不一致所導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定不精確的問題。
[0004]但是傳統(tǒng)的自動聚焦方法，需要在清晰面附近停頓多步，每一步完全停住以后才能采集圖像并計算，因此不難看出，這種方法效率不高。
[0005]更進一步的快速聚焦在聚焦的過程中不停頓，通過圖像采集模塊的上下移動就可以找到清晰面。然而這需要在運動驅(qū)動模塊和圖像采集模塊之間通過同步觸發(fā)信號線傳遞同步信息，才能實現(xiàn)快速聚焦。但是這種模式不夠靈活，因為對于中低端影像測量設(shè)備來說，其通常沒有外觸發(fā)功能，因此這些設(shè)備無法實現(xiàn)快速聚焦。另外，增加觸發(fā)線會使機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。這種基于位置同步的硬同步方式對于快速聚焦的實現(xiàn)有著其無法避免的缺陷。
[0006]而一種新型的基于時間同步的軟同步方式來實現(xiàn)快速聚焦，則不需要在運動驅(qū)動模塊和圖像采集模塊之間通過同步觸發(fā)信號線來傳遞同步信息，同時因為沒有觸發(fā)信號線，使得機械結(jié)構(gòu)保持原有的簡潔。因此這種軟同步技術(shù)下的快速聚焦方法對于實現(xiàn)快速
聚焦有著重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，包括以下模塊:運動驅(qū)動模塊、圖像采集模塊、計算控制模塊和迭代模塊；所述計算控制模塊包括同步單元和標(biāo)記單元；所述同步單元包括驅(qū)動同步子單元和圖像同步子單元，所述標(biāo)記單元包括位置標(biāo)記子單元和圖像標(biāo)記子單元。
[0009]所述運動驅(qū)動模塊用于驅(qū)動所述圖像采集模塊并使之移動；
[0010]所述圖像采集模塊用于對被測工件進行成像，并將所成影像數(shù)據(jù)傳輸給所述計算控制|吳塊；
[0011]所述計算控制模塊用于控制所述運動驅(qū)動模塊的所有工作過程，用于處理所述圖像采集模塊采集到的影像數(shù)據(jù)以獲得被測工件的參數(shù)；其中的同步單元用于同步所述運動驅(qū)動模塊和所述圖像采集模塊，其中的標(biāo)記單元用于標(biāo)記所述運動驅(qū)動模塊和所述圖像采集模塊。[0012]所述迭代模塊用于找到最優(yōu)的清晰面的位置以實現(xiàn)最終的快速聚焦。
[0013]一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，包括以下步驟:
[0014]1.所述運動驅(qū)動模塊與所述計算控制模塊通過所述計算控制模塊中的驅(qū)動同步子單元實現(xiàn)時間同步。首先，所述驅(qū)動同步子單元通過向所述運動驅(qū)動模塊發(fā)送請求獲取其當(dāng)前時鐘再計算所述計算控制模塊在此過程中的首末時鐘的中間值，即可獲取所述運動驅(qū)動模塊的時鐘。多次重復(fù)以上步驟，選取最穩(wěn)定的幾次過程的時鐘平均值作為所述運動驅(qū)動模塊與所述計算控制模塊之間的同步時間差。
[0015]2.所述圖像采集模塊與所述計算控制模塊通過所述計算控制模塊中的圖像同步子單元實現(xiàn)時間同步。首先，在影像測量有效顯示區(qū)域內(nèi)放置一個量塊，通過輪廓光照射使量塊顯現(xiàn)一條黑白過渡的邊緣。然后，所述計算控制模塊控制所述運動驅(qū)動模塊使此邊緣以某一固定速度在圖像采集視野內(nèi)劃過。根據(jù)所述運動驅(qū)動模塊記錄的每個時鐘對應(yīng)的機器位置，可以換算出每一瞬間此黑白邊緣理論上應(yīng)處于的位置；再對運動中出現(xiàn)黑白邊緣的幾幀圖像進行去運動模糊的算法，得到實際邊緣所處的位置；在速度已知的條件下，由實際邊緣位置和理論邊緣位置就可以算出所述圖像采集模塊與所述計算控制模塊之間的同步時間差。
[0016]3.所述圖像采集模塊通過所述計算控制模塊中的所述圖像標(biāo)記子單元，連續(xù)不間斷以最大采樣速率采集圖像，并對每幀圖像標(biāo)記采集時間。
[0017]4.所述運動驅(qū)動模塊通過所述計算控制模塊中的所述位置標(biāo)記子單元，以高于圖像幀率的速度記錄運動部件的位置信息，并對每個位置標(biāo)記硬件時間。
[0018]5.所述計算控制模塊，算出每一幀圖像對應(yīng)的位置信息，通過插值算法使對應(yīng)的準(zhǔn)確度高于位置信息的采樣密度。用單獨的線程計算圖像的清晰度，并有選擇地計算需要計算的圖像而不用計算所有采集的圖像。
[0019]6.所述迭代模塊通過所述計算控制模塊提供的圖像信息和迭代算法找到最優(yōu)清晰面的位置。當(dāng)已有三個點的位置和清晰度數(shù)值后，通過判斷這三點的趨勢來估計清晰點最有可能的位置，在這個位置附近找圖像序列里的對應(yīng)點，通常這一點不一定在最清晰的位置，但是已經(jīng)十分接近最清晰的位置，把這一點取代原來三點中最遠(yuǎn)的點，繼續(xù)這樣的判斷就可以在很少的幾步迭代后找到最清晰的位置，至此完成快速聚焦的全部過程。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:自動反饋信息找到接近圖像最清晰的位置，在此清晰位置去測量被測工件的參數(shù)，進而消除因工件差異和操作人員擺放不一致所導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定和不精確。同時，在聚焦的過程中不停頓，通過上下移動就可以找到清晰面，聚焦速度可以大大提高。通過基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，則不需要在所述運動驅(qū)動模塊和所述圖像采集模塊之間通過同步觸發(fā)信號線傳遞同步信息，機械機構(gòu)較為簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0022]圖1是所述基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法的框架示意圖。
[0023]圖2是圖1中的同步單元的組成示意圖。
[0024]圖3是圖1中的標(biāo)記單元的組成示意圖?！揪唧w實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]請參考圖1、圖2和圖3，本發(fā)明實施例提供一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其包括以下模塊:運動驅(qū)動模塊11、圖像采集模塊12、計算控制模塊13和迭代模塊14 ;所述計算控制模塊13包括同步單元131和標(biāo)記單元132 ;所述同步單元131包括驅(qū)動同步子單元1311和圖像同步子單元1312 ;所述標(biāo)記單元132包括位置標(biāo)記子單元1321和圖像標(biāo)記子單兀1322。 [0027]所述運動驅(qū)動模塊11用于驅(qū)動所述圖像采集模塊12并使之移動；
[0028]所述圖像采集模塊12用于對被測工件進行成像，并將所成影像數(shù)據(jù)傳輸給所述計算控制模塊13 ；
[0029]所述計算控制模塊13用于控制所述運動驅(qū)動模塊11的所有工作過程，用于處理所述圖像采集模塊12采集到的影像數(shù)據(jù)以獲得被測工件的參數(shù)；其中的同步單元131用于同步所述運動驅(qū)動模塊11和所述圖像采集模塊12，其中的標(biāo)記單元132用于標(biāo)記所述運動驅(qū)動模塊11和所述圖像采集模塊12。
[0030]所述迭代模塊14用于找到最優(yōu)的清晰面的位置以實現(xiàn)最終的快速聚焦。
[0031]一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其實現(xiàn)快速聚焦的過程如下:
[0032]1.所述運動驅(qū)動模塊11與所述計算控制模塊13進行精確時間同步。兩者的同步是通過所述計算控制模塊13中的驅(qū)動同步子單元1311來實現(xiàn)。
[0033]I)首先，所述驅(qū)動同步子單元1311記錄所述計算控制模塊13的起始時鐘I1，并開始向所述運動驅(qū)動模塊11發(fā)送請求獲取其當(dāng)前時鐘，其當(dāng)前時鐘傳回給所述計算控制模塊13后再次記錄所述計算控制模塊13的時鐘t2。
[0034]2)先假設(shè)信息發(fā)送和接收的等待時間相等，則所述計算控制模塊13的首末時鐘的平均即對應(yīng)所獲取的所述運動驅(qū)動模塊11的時鐘t = 1/2 U^t2)。
[0035]3)多次重復(fù)以上步驟，確定數(shù)據(jù)傳輸延時的波動范圍，并選取傳輸延時最穩(wěn)定的幾次的平均作為所述運動驅(qū)動模塊11與所述計算控制模塊13之間的同步時間差。
[0036]4)當(dāng)發(fā)送時間和接收時間不相等的情況下這個同步時間差和真實值存在微小差異，這個差異ei會在下一步所述圖像采集模塊12與所述計算控制模塊13同步時被一起修正。
[0037]2.所述圖像采集模塊12與所述計算控制模塊13進行精確時間同步。兩者的同步是通過所述計算控制模塊13中的圖像同步子單元1312來實現(xiàn)。
[0038]I)首先在影像測量有效顯示區(qū)域范圍內(nèi)放置一個量塊，通過輪廓光照射使其顯現(xiàn)一條黑白過渡的邊緣。
[0039]2)所述計算控制模塊13控制所述運動驅(qū)動模塊11使黑白邊緣以某一固定速度在圖像采集視野內(nèi)劃過。
[0040]3)由于此時所述運動驅(qū)動模塊11與所述計算控制模塊13已完成同步，而且所述運動驅(qū)動模塊11記錄了這一過程中每個時鐘對應(yīng)的機器位置，所以可以換算出每一瞬間此黑白邊緣理論上應(yīng)處于的位置。[0041]4)對運動中出現(xiàn)黑白邊緣的幾幀圖像進行去運動模糊的算法，得到實際邊緣出現(xiàn)的位置，在速度已知的條件下，由實際邊緣位置和所述運動驅(qū)動模塊11算出的理論邊緣位置就可以算出所述圖像采集模塊12與所述計算控制模塊13之間的同步時間差。
[0042]5)實際上所述運動驅(qū)動模塊11與所述計算控制模塊13同步時發(fā)送時間和接收時間不一致所產(chǎn)生的差異同樣反映在所述圖像采集模塊12與所述計算控制模塊13的差異里，假設(shè)所述圖像采集模塊12與所述計算控制模塊13的同步差異為e2，則同步后的實際差異為ejey雖然同步后不能具體計算出ep e2各自是多少,但已經(jīng)可以修正這兩個誤差給整個聚焦過程帶來的差異。
[0043]3.所述圖像采集模塊12通過所述計算控制模塊13的所述圖像標(biāo)記子單元1322，連續(xù)不間斷以最大采樣速率采集圖像，每幀圖像標(biāo)記采集時間。
[0044]4.所述運動驅(qū)動模塊11通過所述計算控制模塊13的所述位置標(biāo)記子單元1321，以高于圖像幀率的速度記錄運動部件的位置信息，每個位置標(biāo)記硬件時間。
[0045]5.所述計算控制模塊13，算出每一幀圖像對應(yīng)的位置信息，用插值算法使對應(yīng)的準(zhǔn)確度高于位置信息的采樣密度。用單獨的線程計算圖像的清晰度，用智能的方式有選擇地計算需要計算的圖像而不用計算所有采集的圖像。
[0046]6.所述迭代模塊14通過所述計算控制模塊13提供的圖像信息和迭代算法找到最優(yōu)的清晰面的位置。當(dāng)已有三個點的位置和清晰度數(shù)值后，判斷這三點的趨勢去估計清晰點最有可能的位置，在這個位置附近找圖像序列里的對應(yīng)點，通常這一點不一定在最清晰的位置，但是已經(jīng)十分接近最清晰的位置，把這一點取代原來三點中最遠(yuǎn)的點，繼續(xù)這樣的判斷就可以在很少的幾步迭代后找到最清晰的位置。至此完成快速聚焦的全部過程。
【權(quán)利要求】
1.一種基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其特征在于，包括以下模塊:運動驅(qū)動模塊、圖像采集模塊、計算控制模塊和迭代模塊；所述計算控制模塊包括同步單元和標(biāo)記單元；所述同步單元包括驅(qū)動同步子單元和圖像同步子單元，所述標(biāo)記單元包括位置標(biāo)記子單元和圖像標(biāo)記子單元。
2.如權(quán)利要求1所述的基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其特征在于:所述運動驅(qū)動模塊用于驅(qū)動所述圖像采集模塊并使之移動。
3.如權(quán)利要求1所述的基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其特征在于:所述圖像采集模塊用于對被測工件進行成像，并將所成影像數(shù)據(jù)傳輸給所述計算控制模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其特征在于:所述計算控制模塊用于控制所述運動驅(qū)動模塊的所有工作過程，用于處理所述圖像采集模塊采集到的影像數(shù)據(jù)以獲得被測工件的參數(shù)；其中的同步單元用于同步所述運動驅(qū)動模塊和所述圖像采集模塊，其中的標(biāo)記單元用于標(biāo)記所述運動驅(qū)動模塊和所述圖像采集模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的基于軟同步技術(shù)的快速聚焦方法，其特征在于:所述迭代模塊用于找到最優(yōu)的清晰面的位置以實現(xiàn)最終的快速聚焦。
【文檔編號】H04N5/232GK103491306SQ201310464496
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】李越, 徐昕, 蔡雄飛, 楊聰 申請人:蘇州天準(zhǔn)精密技術(shù)有限公司