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技術(shù)支持

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【光學(xué)知識】自動對焦技術(shù)

  • 來源:光虎

自動對焦技術(shù)



什么是自動對焦?


自動對焦指的是能夠根據(jù)被測物與視覺系統(tǒng)之間的距離,來自動調(diào)整鏡頭焦距以保持影像清晰。是利用物體光反射的原理,相機上的傳感器接收反射的光,通過計算機進行處理,帶動電動對焦裝置進行對焦。自動對焦技術(shù)通常分為兩類:主動式和被動式。

 

主動式

指的是相機上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被測物。相機上的接收器接收反射回來的紅外光或超聲波進行對焦,其光學(xué)原理類似三角測距對焦法,即測距自動對焦。

 

被動式

即直接接收并分析來自被測物自身的反光,進行自動對焦的方式。這種自動對焦方式的優(yōu)點是自身不需要一個發(fā)射系統(tǒng),因而耗能少,對具有一定亮度的被測物有較為理想的自動對焦。通常為聚焦檢測自動對焦。一般來說,工業(yè)上進行使用多數(shù)為被動式自動對焦。


如何進行自動對焦?


配備有自動對焦功能的相機,通常使用軟件搭配液態(tài)鏡頭來調(diào)整焦距,從而達到聚焦清晰的效果。


只有在需要對焦的區(qū)域中需要達到最佳聚焦點時才會有作用,然后會停止自動對焦的動作。這就是通過接收來自被測物自身反射的信息,進行圖像數(shù)據(jù)分析,從而達到控制液態(tài)鏡頭,改變焦距的效果。


如何判斷最佳聚焦點?


有不同的方法來測量圖像的清晰度,依據(jù)兩個基本原理。第一個原理是圖像的邊緣清晰度。也就是在實際獲取的圖像中,搜索相鄰像素之間的大的灰度值的跳躍,來突出顯示邊緣或者輪廓。這些邊緣輪廓的對比度則用來決定圖像的銳利度。邊緣圖像越清晰,原始圖像的清晰度越高。(具體可以參考圖像在時域和頻域的轉(zhuǎn)換中的高頻部分)。


第二個原理是基于圖像直方圖的值的分析。可以用來計算圖像的平均灰度值的像素值的變化量。方差越大,現(xiàn)有的灰度值邊緣和圖像的對比度就越高。如果圖像變得不聚焦,那么之前的灰度值跳躍大的邊緣就會呈現(xiàn)斜坡形式的梯度,導(dǎo)致圖像的對比度降低。也就是說,圖像越清晰,灰度擴散越高,圖像中的對比度也就越高,圖像也越清晰。


在使用自動對焦,焦距在改變過程中,圖像的銳利度和方差是會實時改變的,通過軟件進行圖像銳利度以及方差的分析處理,達到一個效果顯著的清晰圖像。


圖片

自動對焦技術(shù)的優(yōu)勢在哪?


自動對焦技術(shù)使用液態(tài)鏡頭來實現(xiàn),與傳統(tǒng)透鏡有所不同,液體鏡頭是一種使用一種或多種液體制成的無機械連接的光學(xué)元件,可以通過外部控制改變光學(xué)元件的內(nèi)部參數(shù),有著傳統(tǒng)光學(xué)透鏡無法比擬的性能。簡單來說就是透鏡的介質(zhì)由玻璃變?yōu)橐后w。更準(zhǔn)確地來說就是一種動態(tài)調(diào)整透鏡折射率或通過改變其表面形狀來改變焦距的新型光學(xué)元件。


就像利用玻璃制成的傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭一樣,液體鏡頭也屬于單體光學(xué)元件,但其材質(zhì)是可以改變形狀的光學(xué)液態(tài)材料。玻璃鏡頭焦距取決于其材質(zhì)和曲率半徑。液態(tài)鏡頭也遵從相同的基本原理,但其獨特之處在于可以改變曲率半徑,從而改變焦距。這種半徑變化采用電控方式,能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級的變化。生產(chǎn)廠家利用從電潤濕到形變聚合物再到聲光調(diào)節(jié)等各種技術(shù),控制液態(tài)鏡頭曲率半徑和折射率。


大多數(shù)成像鏡頭都是多元件鏡頭,單光學(xué)鏡頭的成像性能難以滿足需要。因此只使用液態(tài)鏡頭是不明智的。但在多元件設(shè)計中結(jié)合使用液態(tài)鏡頭和成像鏡頭,就可以發(fā)揮液態(tài)鏡頭的速度和靈活性優(yōu)勢。液態(tài)鏡頭能夠以毫秒級的反應(yīng)時間在近距離或光學(xué)無窮遠對焦,這對于條碼讀取、包裝分類、安保和快速自動化等需要在多個位置進行對焦的應(yīng)用來說是一種理想選擇這些被檢測物體要么尺寸不同,要么與鏡頭之間的距離不同。在需要快速對焦的各種應(yīng)用中,可以利用液態(tài)鏡頭提高成像系統(tǒng)靈活性。


【來源:光虎工業(yè)鏡頭】

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