图像式三坐标测量仪大范围快速自动调焦策略的研究

摘要

随着现代计算技术的发展和数字图像处理技术的日益成熟，图像测量技术近年来在测量领域有了长足的发展。它具有结构简单、非接触、信息量大、处理迅速、精度高等特点，目前已得到广泛应用。本文对基于图像技术的自动调焦方法做了深入研究。主要内容如下： ⑴对自动调焦技术的研究现状和主要方法做了详细介绍，说明了图像法自动调焦技术的优点，最终选择了此方法为本文研究的前提，并对课题来源做了阐述。 ⑵提出了自动调焦系统的技术指标，对该系统进行了总体的方案设计和部分器件的选择，并分析了设计和选型的原因。其中包括传动机构、摄像机、图像采集卡、运动控制卡、电机、光学镜头、光源等。 ⑶对常用图像预处理技术做了总结，介绍了各种图像清晰度评价函数，选择了基于边缘灰度梯度的评价函数作为本文系统应用的评价函数，对此类评价函数的定义做了详细介绍，深入分析了其各方面特性，并研究了一些因素对此类函数的影响。为后文大范围快速调焦策略的提出奠定基础。 ⑷对目前已有的调焦策略做了详细介绍，分析了其优缺点。针对目前已有调焦方法普遍存在的效率低下、可调范围小的缺点，提出一种大范围快速自动调焦策略。基于对调焦评价函数的分析，选择了Variance函数作为粗调焦函数，选择了Tenengrad函数作为细调焦函数。对粗细调焦函数进行了更加深入的研究，确定了在大范围内对Variance函数进行三次样条插值处理完成粗调焦，在小范围内对Tenengrad函数进行三次样条插值处理完成细调焦，最后在更小范围内用Tenengrad函数解关于高斯函数的超定方程，完成高斯拟合，从而确定正焦位置的策略。在多次实验基础上，分析了影响调焦精度的误差因素。 ⑸对影响系统调焦精度的因素进行了分析，阐述了如何减小这些因素对精度的影响。