專(zhuān)利名稱(chēng)：面向線(xiàn)陣ccd的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)在光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域里運(yùn)用廣泛，但是，國(guó)內(nèi)的光學(xué)技術(shù)還不夠成熟，漏檢率高、檢測(cè)效率低，而這些都是與拍攝相片時(shí)使用的CCD相機(jī)有關(guān)，而且現(xiàn)有的光學(xué)儀器是進(jìn)行手動(dòng)調(diào)焦的，其調(diào)節(jié)過(guò)程長(zhǎng)、調(diào)焦精度很容易受主觀(guān)因素的影響，從而影響了 PCB板的缺陷識(shí)別、光學(xué)檢測(cè)的精度、測(cè)量速度及自動(dòng)化程度。上述問(wèn)題困擾著光學(xué)檢測(cè)行業(yè)的健康發(fā)展，因此，提高我國(guó)光學(xué)檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展水平，縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，提高調(diào)焦系統(tǒng)的自動(dòng)化程度已經(jīng)成為迫在眉睫的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本實(shí)用新型提供一種可以快速實(shí)現(xiàn)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高及人工勞動(dòng)強(qiáng)度低的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、圖像處理模塊、C⑶成像模塊、光學(xué)照明模塊、PCB位置檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、圖像采集模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、XYZ工作模塊和氣動(dòng)模塊；所述計(jì)算機(jī)上設(shè)有兩個(gè)輸入端和三個(gè)輸出端，所述計(jì)算機(jī)的第一輸出端順次通過(guò)所述光學(xué)照明模塊、所述CCD成像模塊和所述圖像處理模塊與所述計(jì)算機(jī)的第一輸入端連接，所述計(jì)算機(jī)的第二輸入端與所述氣動(dòng)模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第二輸出端與所述運(yùn)動(dòng)控制模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第三輸出端與所述氣動(dòng)模塊連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)有兩個(gè)輸出端和一個(gè)輸入端，所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端順次通過(guò)所述XYZ工作模塊、所述PCB位置檢測(cè)模塊與所述運(yùn)動(dòng)控制模塊與所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端與所述圖像采集模塊連接。其中，調(diào)焦系統(tǒng)還包括人機(jī)交互界面模塊、顯示模塊和輸入模塊、所述計(jì)算上還設(shè)有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端；所述計(jì)算機(jī)的第三輸入端和第五輸出端均與所述人機(jī)交互界面模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第四輸入端與所述輸入模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第四輸出端與所述顯示模塊連接。其中，所述圖像處理模塊包括圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元和調(diào)焦判斷單元。本實(shí)用新型的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、圖像處理模塊、CXD成像模塊、光學(xué)照明模塊、PCB位置檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、圖像采集模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、XYZ工作模塊和氣動(dòng)模塊，計(jì)算機(jī)的第一輸出端順次通過(guò)光學(xué)照明模塊、CXD成像模塊和圖像處理模塊與計(jì)算機(jī)的第一輸入端連接，計(jì)算機(jī)的第二輸入端與氣動(dòng)模塊連接，計(jì)算機(jī)的第二輸出端與運(yùn)動(dòng)控制模塊連接，計(jì)算機(jī)的第三輸出端與氣動(dòng)模塊連接，伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端順次通過(guò)XYZ工作模塊、PCB位置檢測(cè)模塊與運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端與圖像采集模塊連接，圖像處理模塊還包括圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元和調(diào)焦判斷單元，圖像處理模塊收集到的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)計(jì)算機(jī)的處理數(shù)據(jù)控制相機(jī)鏡頭移動(dòng)(物距變化)找出最大清晰度對(duì)應(yīng)的物距值；通過(guò)改進(jìn)，可以快速實(shí)現(xiàn)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦、提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高及有效減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖I為本實(shí)用新型的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的圖像處理模塊的工作流程圖；圖3為本實(shí)用新型的面向線(xiàn)陣CXD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的逐步逼近登山式原理圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明如下I、光學(xué)照明模塊計(jì)算機(jī) 2、C⑶成像模塊3、圖像處理模塊4、計(jì)算機(jī)5、XYZ工作模塊6、運(yùn)動(dòng)控制模塊7、圖像采集模塊8、PCB位置檢測(cè)模塊9、伺服驅(qū)動(dòng)模塊10、氣動(dòng)模塊11、人機(jī)交互界面模塊12、輸入模塊13、顯示模塊41、計(jì)算機(jī)的第一輸入端42、計(jì)算機(jī)的第二輸入端43、計(jì)算機(jī)的第一輸出端44、計(jì)算機(jī)的第二輸出端45、計(jì)算機(jī)的第三輸出端[0021 ]46、計(jì)算機(jī)的第三輸入端 47、計(jì)算機(jī)的第四輸入端48、計(jì)算機(jī)的第四輸出端49、計(jì)算機(jī)的第五輸出端91、伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端92、伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端93、伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端
具體實(shí)施方式
為了更清楚地表述本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型提供的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)4、圖像處理模塊3、(XD成像模塊2、光學(xué)照明模塊1、PCB位置檢測(cè)模塊8、運(yùn)動(dòng)控制模塊6、圖像采集模塊7、伺服驅(qū)動(dòng)模塊9、XYZ工作模塊5和氣動(dòng)模塊10 ;計(jì)算機(jī)上設(shè)有兩個(gè)輸入端和三個(gè)輸出端，計(jì)算機(jī)的第一輸出端43順次通過(guò)光學(xué)照明模塊1、(XD成像模塊3和圖像處理模塊3與計(jì)算機(jī)的第一輸入端41連接，計(jì)算機(jī)的第二輸入端42與氣動(dòng)模塊10連接，計(jì)算機(jī)的第二輸出端44與運(yùn)動(dòng)控制模塊6連接，計(jì)算機(jī)的第三輸出端45與氣動(dòng)模塊10連接，伺服驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)有兩個(gè)輸出端和一個(gè)輸入端，伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端91順次通過(guò)XYZ工作模塊5、PCB位置檢測(cè)模塊8與運(yùn)動(dòng)控制模塊6與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端93連接，伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端92與圖像采集模塊7連接。計(jì)算機(jī)4通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)控制模塊6和伺服驅(qū)動(dòng)模塊9來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)焦過(guò)程的進(jìn)行，在調(diào)焦開(kāi)始時(shí)，PCB板在XZY工作模塊5上，PCB位置檢測(cè)模塊8對(duì)PCB板的位置進(jìn)行檢測(cè)，CCD相機(jī)對(duì)光學(xué)照明模塊I采集到的光源進(jìn)行拍成像，圖像處理模塊3對(duì)其進(jìn)行處理，圖像處理模塊3、光學(xué)照明模塊I、運(yùn)動(dòng)控制模塊6和氣動(dòng)模塊10的工作均由計(jì)算機(jī)I控制。相較于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型提供的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、圖像處理模塊、CCD成像模塊、光學(xué)照明模塊、PCB位置檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、圖像采集模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、XYZ工作模塊和氣動(dòng)模塊，圖像處理模塊還包括圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元和調(diào)焦判斷單元，圖像處理模塊收集到的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)計(jì)算機(jī)的處理數(shù)據(jù)控制相機(jī)鏡頭移動(dòng)(物距變化)找出最大清晰度對(duì)應(yīng)的物距值；通過(guò)改進(jìn)，可以快速實(shí)現(xiàn)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦、提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度、 測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高及有效減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。其中，調(diào)焦系統(tǒng)還包括人機(jī)交互界面模塊11、顯示模塊13和輸入模塊12、計(jì)算上還設(shè)有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端；計(jì)算機(jī)的第三輸入端46和第五輸出端49均與人機(jī)交互界面模塊11連接，計(jì)算機(jī)的第四輸入端47與輸入模塊12連接，計(jì)算機(jī)的第四輸出端48與顯示模塊13連接。其中，圖像處理模塊3包括圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元(圖未示)和調(diào)焦判斷單元(圖未示)O圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元(圖未示)利用四鄰域灰度差絕對(duì)值之和的評(píng)價(jià)函數(shù)作為計(jì)算整幅掃描圖像的清晰度綜合評(píng)價(jià)值，評(píng)價(jià)函數(shù)的公式為F(i) = Σ (χ, y) {I fi (x, y) -fi (x, y-1) I +1 fi (χ y) -fi (χ-1 y) +1 fi (χ, y) -fi (χ+1,y) + |fi (χ, y)-fi (χ, y+1)} i = (O, I,當(dāng)圖像聚集時(shí)，F(xiàn)(i)取最大值。其實(shí)四鄰域灰度差分法是一種微分方法，即對(duì)圖像進(jìn)行梯度變換，也就是利用了圖像的邊緣增強(qiáng)處理，使焦距評(píng)價(jià)函數(shù)的特征曲線(xiàn)更加陡峭，即聚焦圖像與離焦圖像的評(píng)價(jià)函數(shù)值更加分明，提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度。針對(duì)AOI系統(tǒng)采用四鄰域灰度差分法能實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)和有效測(cè)量要求；調(diào)焦判斷單元(圖未示)，利用逐步逼近登山式自動(dòng)調(diào)焦原理，用于根據(jù)清晰度綜合評(píng)價(jià)值找出最大清晰度對(duì)應(yīng)的物距值。請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖2，調(diào)焦開(kāi)始時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)中采集到的數(shù)據(jù)，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元(圖未示)利用四鄰域灰度差絕對(duì)值之和的評(píng)價(jià)函數(shù)F(i) = Σ (χ, y) {I fi (x, y) -fi (χ, y-1) I +1 f (χ y) -f (χ-1 y) +1 fi (χ, y) -fi (χ+1,y) + |fi (x,y) -fi (x,y+l)}i = (O, I,,m)計(jì)算出掃描圖像的清晰度值a,與F(i)的最大值相比，沒(méi)有達(dá)到最大清晰度；進(jìn)入微調(diào)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制模塊6和伺服驅(qū)動(dòng)模塊9共同驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，對(duì)于計(jì)算機(jī)中采集到的信息利用評(píng)價(jià)函數(shù)再進(jìn)行處理，得到清晰度b，將清晰度a、b和最大值F (i)進(jìn)行比較，看是否需要再進(jìn)行調(diào)焦，如果已經(jīng)取得最佳清晰度值，就結(jié)束調(diào)焦過(guò)程，如果沒(méi)有達(dá)到最佳清晰度值，將清晰度a與b對(duì)比，來(lái)確定調(diào)焦的方向，直至達(dá)到最佳清晰度值。請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖3，是利用逐步逼近登山式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦過(guò)程所對(duì)應(yīng)圖像的清晰度值曲線(xiàn)如圖3中的實(shí)線(xiàn)所示，χ坐標(biāo)表示PCB板位置，y坐標(biāo)表示相應(yīng)位置圖像所對(duì)應(yīng)的清晰度值，曲線(xiàn)上P點(diǎn)對(duì)應(yīng)于聚焦位置視頻圖像的最佳清晰度值。調(diào)焦的目的就是使PCB位置檢測(cè)模塊8自動(dòng)尋找并停留在最佳清晰度值P點(diǎn)處。在自動(dòng)調(diào)焦的控制過(guò)程中，引入變步長(zhǎng)的思想，并將調(diào)焦過(guò)程分為三個(gè)狀態(tài)a、大步長(zhǎng)快速調(diào)焦；b、漸小步長(zhǎng)聚焦；c、微動(dòng)掃描。首先控制系統(tǒng)進(jìn)入大步長(zhǎng)快速調(diào)焦過(guò)程，假定此時(shí)PCB板位于點(diǎn)M處，首先確定搜索方向，在每次退出AOI系統(tǒng)時(shí)，調(diào)焦系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)回原點(diǎn)，因此，在每次打開(kāi)AOI系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)焦前，都會(huì)從M向N方向行進(jìn)，直到越過(guò)最大值P到達(dá)Pl為止，即路徑為M-N-P-PlJfM過(guò)程中最大清晰度值P,暫存，進(jìn)入漸小步長(zhǎng)聚焦過(guò)程。由Pl開(kāi)始，向山頂P運(yùn)動(dòng)，直到P2為止，將此次搜索過(guò)程中最大清晰度值P"暫存。如此反復(fù)，每搜索一次，步距相應(yīng)減小，并將相鄰兩次搜索中所獲得的兩個(gè)最大清晰度值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)對(duì)比值小于一定域值時(shí)，表示調(diào)焦機(jī)構(gòu)已經(jīng)位于很接近點(diǎn)P的位置，進(jìn)入微動(dòng)掃描狀態(tài)。本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于I、在圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元中將圖像的四鄰域灰度差絕對(duì)值之和作為評(píng)價(jià)函數(shù)，用于計(jì)算整幅掃描圖像的清晰度綜合評(píng)價(jià)值，可以有效的看出圖像是否聚焦，使得聚焦圖像 與離焦圖像的評(píng)價(jià)值更加分明，提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度，實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)和有效的測(cè)量要 求，有效實(shí)現(xiàn)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦；2、在調(diào)焦判斷單元利用改進(jìn)的逐步逼近登山式自動(dòng)調(diào)焦原理，根據(jù)計(jì)算的清晰度綜合評(píng)價(jià)值控制相機(jī)鏡頭移動(dòng)(物距變化)找出最大清晰度對(duì)應(yīng)的物距值，這個(gè)過(guò)程準(zhǔn)確又快速，使調(diào)焦機(jī)構(gòu)能過(guò)自動(dòng)尋找并停留在最佳清晰度值上； 3、結(jié)合改進(jìn)，調(diào)焦系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦、提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高及有效減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 以上公開(kāi)的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本實(shí)用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、圖像處理模塊、CCD成像模塊、光學(xué)照明模塊、PCB位置檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、圖像采集模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、XYZ工作模塊和氣動(dòng)模塊；所述計(jì)算機(jī)上設(shè)有兩個(gè)輸入端和三個(gè)輸出端，所述計(jì)算機(jī)的第一輸出端順次通過(guò)所述光學(xué)照明模塊、所述CCD成像模塊和所述圖像處理模塊與所述計(jì)算機(jī)的第一輸入端連接，所述計(jì)算機(jī)的第二輸入端與所述氣動(dòng)模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第二輸出端與所述運(yùn)動(dòng)控制模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第三輸出端與所述氣動(dòng)模塊連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)有兩個(gè)輸出端和一個(gè)輸入端，所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端順次通過(guò)所述XYZ工作模塊、所述PCB位置檢測(cè)模塊與所述運(yùn)動(dòng)控制模塊與所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，所述伺服驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端與所述圖像采集模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)焦系統(tǒng)還包括人機(jī)交互界面模塊、顯示模塊和輸入模塊、所述計(jì)算上還設(shè)有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端；所述計(jì)算機(jī)的第三輸入端和第五輸出端均與所述人機(jī)交互界面模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第四輸入端與所述輸入模塊連接，所述計(jì)算機(jī)的第四輸出端與所述顯示模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊包括圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元和調(diào)焦判斷單元。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種面向線(xiàn)陣CCD的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、圖像處理模塊、CCD成像模塊、光學(xué)照明模塊、PCB位置檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、圖像采集模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、XYZ工作模塊和氣動(dòng)模塊；本實(shí)用新型提供的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，圖像處理模塊還包括圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)單元和調(diào)焦判斷單元，在計(jì)算機(jī)與圖像處理模塊相連接的作用下，根據(jù)計(jì)算機(jī)的處理數(shù)據(jù)控制相機(jī)鏡頭移動(dòng)(物距變化)找出最大清晰度對(duì)應(yīng)的物距值；通過(guò)改進(jìn)，可以快速實(shí)現(xiàn)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦、提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高及有效減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G03B13/36GK202602795SQ20122026002
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者徐剛, 馮平, 程濤, 彭小波, 彭歷山, 劉樹(shù)成 申請(qǐng)人:深圳市強(qiáng)華科技發(fā)展有限公司