基于離焦深度法的自動對焦光路設計
發(fā)布時間：2021-12-11 02:01
基于離焦深度法設計了自動對焦光路,光路由激光光源,準直擴束透鏡,調焦透鏡,攝像頭組成。使用ZEMAX軟件模擬了對焦過程,通過控制調焦透鏡的位置獲取光斑半徑,計算對焦位置。移動調焦透鏡,分別在距離對焦目標5.62 cm,7.38 cm,14.02 cm,16.88 cm,20.94 cm處得到了彌散光斑的直徑。計算得到的誤差在1 mm以內。基于此,實際搭建了對焦光路并進行模擬。采用位移滑軌模擬透鏡的變焦運動,由攝像頭獲取物面上的激光斑點,通過MATLAB編程來快速獲得光斑直徑的之間的比例。結果顯示,對焦結果誤差在1 cm以內,考慮到導軌讀數(shù)存在誤差,攝像頭像素有限,激光功率不穩(wěn)定等原因,雖然實際結果與理論模擬之間存在差異,但證實了此方法的可行性。后續(xù)工作將用位移平臺替換手動滑軌,編程精密控制透鏡的移動位置,實現(xiàn)自動對焦。研究工作為改進本課題組已經開發(fā)的便攜式高靈敏毒品熒光檢測系統(tǒng)提供技術參考。
【文章來源】：光電子·激光. 2019,30(01)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖１自動對焦系統(tǒng)光路設計圖Ｆｉｇ．１Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｄｉａｇｒａｍｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
第一個焦距為１０ｃｍ的透鏡，由于透鏡具有一定厚度，所以使它的前表面距離光源９．８８ｃｍ，這時恰好使光源發(fā)出的光準直。隨后放置第二個焦距為１０ｃｍ的透鏡，使它的前表面距離第一個透鏡的后表面２０ｃｍ。因為光束在距離第二個透鏡后表面９．７３ｍｍ的位置處聚焦，所以將距離第二個透鏡后表面９．７３ｍｍ的位置，即Ｌ＝９．７３ｍｍ處設置為光路后表面，也就是光斑點陣圖的獲取位置。此時得到的激光光斑半徑最小，如圖３（ｂ）所示。圖２自動對焦光路圖Ｆｉｇ．２Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇ表１ＺＥＭＡＮ模擬參數(shù)值Ｔａｂ．１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＺＥＭＡＸ圖３（ａ）ＺＥＭＡＸ模擬光路；（ｂ）對焦目標上光斑的點陣圖Ｆｉｇ．３（ａ）ＯｐｔｉｃａｌｐａｔｈｗａｙｏｆＺＥＭＡＸ；（ｂ）Ｔｈｅｂｉｔｍａｐｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｓｐｏｔｓｏｎｔｈｅｆｏｃｕｓｔａｒｇｅｔ維持光源與物面之間的距離為２９．７３ｃｍ進行模擬調焦。維持激光光源與對焦目標之間的距離不變，只移動調焦透鏡運動距離ｓ，并在相距ｓ的兩個位置分別獲得兩個光斑直徑，即可求得離焦深度。設定光源距離對焦目標的距離是２９．７３ｃｍ，在保持對焦目標不動的情況下設置調焦透鏡的后表面與對焦目標之間的距離為Ｌ，記錄光斑點陣圖的信息，即獲得調焦透鏡在不同位置時光斑的直徑大小。�。谭謩e為５．６２ｃｍ，７．３８ｃｍ，１４．０２ｃｍ和１６．８８ｃｍ，得到結果展示于圖４中。選擇四組光斑半徑與透鏡移動量進行自動調焦運算的模擬。在
實際搭建了對焦光路如圖５所示。對焦光路由激光光源，準直擴束透鏡，光闌，調焦透鏡，遮光板，滑軌，攝像頭和ＰＣ組成，其中調焦透鏡安置在行程２０ｃｍ的滑軌上，在滑軌末端放置黑色遮光板作為對焦目標。激光光源放置在準直擴束透鏡的焦點上，激光經準直擴束透鏡準直，再經過調焦透鏡聚焦，最終照射在遮光板上，在滑軌上移動調焦透鏡，可以在遮光板上得到半徑變化的激光光斑，由攝像頭采集調焦透鏡處于不同位置時的光斑圖像，如圖６所示。通過ＭＡＴＬＡＢ軟件編程并進行圖像分析和處理，就可以得到光斑直徑比例，再根據采集光斑是調焦透鏡所處的坐標，就可以計算出離焦量。當變焦透鏡在初始位置１時，讀出該位置的導軌坐標，并用攝像頭采集此時的光斑圖像。然后將透鏡移動距離ｓ到達位置２，再次用攝像頭采集光斑圖像。獲得兩張圖像之后，使用ＭＡＴＬＡＢ進行圖像處理，得到在位置２處采集到的光斑直徑與兩個光斑直徑之和的比值，即透鏡的離焦比例。離焦比例與透鏡移動距離ｓ相乘可得透鏡的離焦深度，如表３所示。圖５搭建的自動對焦光路Ｆｉｇ．５Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇ圖６調焦透鏡位于Ｌ處，遮光板上的激光光斑圖像：（ａ）Ｌ＝２０．９４ｃｍ；（ｂ）Ｌ＝１６．８８ｃｍ；（ｃ）Ｌ＝１４．０２ｃｍ；（ｄ）Ｌ＝７．３８ｃｍ；（ｅ）Ｌ＝５．６２ｃｍＦｉｇ．６Ｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｇｈｔｓｐｏｔｉｍａｇｅｏｎｔｈｅｍａｓｋｗｉｔｈ（ａ）Ｌ＝２０．９４ｃｍ；
【參考文獻】：
期刊論文
[1]生活飲用水理化指標檢測結果分析[J]. 任海鵬,畢紅杰,李偉偉,趙進華,孔娜. 醫(yī)學動物防制. 2018(02)
[2]微痕量毒品檢測中的熒光技術[J]. 劉科,房喻. 中國安防. 2016(10)
[3]基于飽和像素剔除的自動對焦評價函數(shù)[J]. 王燁茹,馮華君,徐之海,李奇,陳躍庭. 光學學報. 2016(12)
[4]基于光誘導延遲發(fā)光的微量毒品檢測研究[J]. 王巖,陳平,林列,張凱,馬華,阮世超,周欣欣,楊若晨. 光電子·激光. 2014(11)
[5]色散型多光譜圖像的全數(shù)字對焦算法[J]. 徐林麗,李宏寧,孫煜洋,馮潔,楊衛(wèi)平. 光電子·激光. 2014(11)
[6]基于Hadamard變換的數(shù)碼顯微成像自動對焦新方法[J]. 符冉迪,易文娟,郁梅,蔣剛毅. 光電子.激光. 2008(12)
本文編號：3533805
【文章來源】：光電子·激光. 2019,30(01)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖１自動對焦系統(tǒng)光路設計圖Ｆｉｇ．１Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｄｉａｇｒａｍｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
第一個焦距為１０ｃｍ的透鏡，由于透鏡具有一定厚度，所以使它的前表面距離光源９．８８ｃｍ，這時恰好使光源發(fā)出的光準直。隨后放置第二個焦距為１０ｃｍ的透鏡，使它的前表面距離第一個透鏡的后表面２０ｃｍ。因為光束在距離第二個透鏡后表面９．７３ｍｍ的位置處聚焦，所以將距離第二個透鏡后表面９．７３ｍｍ的位置，即Ｌ＝９．７３ｍｍ處設置為光路后表面，也就是光斑點陣圖的獲取位置。此時得到的激光光斑半徑最小，如圖３（ｂ）所示。圖２自動對焦光路圖Ｆｉｇ．２Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇ表１ＺＥＭＡＮ模擬參數(shù)值Ｔａｂ．１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＺＥＭＡＸ圖３（ａ）ＺＥＭＡＸ模擬光路；（ｂ）對焦目標上光斑的點陣圖Ｆｉｇ．３（ａ）ＯｐｔｉｃａｌｐａｔｈｗａｙｏｆＺＥＭＡＸ；（ｂ）Ｔｈｅｂｉｔｍａｐｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｓｐｏｔｓｏｎｔｈｅｆｏｃｕｓｔａｒｇｅｔ維持光源與物面之間的距離為２９．７３ｃｍ進行模擬調焦。維持激光光源與對焦目標之間的距離不變，只移動調焦透鏡運動距離ｓ，并在相距ｓ的兩個位置分別獲得兩個光斑直徑，即可求得離焦深度。設定光源距離對焦目標的距離是２９．７３ｃｍ，在保持對焦目標不動的情況下設置調焦透鏡的后表面與對焦目標之間的距離為Ｌ，記錄光斑點陣圖的信息，即獲得調焦透鏡在不同位置時光斑的直徑大小。�。谭謩e為５．６２ｃｍ，７．３８ｃｍ，１４．０２ｃｍ和１６．８８ｃｍ，得到結果展示于圖４中。選擇四組光斑半徑與透鏡移動量進行自動調焦運算的模擬。在
實際搭建了對焦光路如圖５所示。對焦光路由激光光源，準直擴束透鏡，光闌，調焦透鏡，遮光板，滑軌，攝像頭和ＰＣ組成，其中調焦透鏡安置在行程２０ｃｍ的滑軌上，在滑軌末端放置黑色遮光板作為對焦目標。激光光源放置在準直擴束透鏡的焦點上，激光經準直擴束透鏡準直，再經過調焦透鏡聚焦，最終照射在遮光板上，在滑軌上移動調焦透鏡，可以在遮光板上得到半徑變化的激光光斑，由攝像頭采集調焦透鏡處于不同位置時的光斑圖像，如圖６所示。通過ＭＡＴＬＡＢ軟件編程并進行圖像分析和處理，就可以得到光斑直徑比例，再根據采集光斑是調焦透鏡所處的坐標，就可以計算出離焦量。當變焦透鏡在初始位置１時，讀出該位置的導軌坐標，并用攝像頭采集此時的光斑圖像。然后將透鏡移動距離ｓ到達位置２，再次用攝像頭采集光斑圖像。獲得兩張圖像之后，使用ＭＡＴＬＡＢ進行圖像處理，得到在位置２處采集到的光斑直徑與兩個光斑直徑之和的比值，即透鏡的離焦比例。離焦比例與透鏡移動距離ｓ相乘可得透鏡的離焦深度，如表３所示。圖５搭建的自動對焦光路Ｆｉｇ．５Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇ圖６調焦透鏡位于Ｌ處，遮光板上的激光光斑圖像：（ａ）Ｌ＝２０．９４ｃｍ；（ｂ）Ｌ＝１６．８８ｃｍ；（ｃ）Ｌ＝１４．０２ｃｍ；（ｄ）Ｌ＝７．３８ｃｍ；（ｅ）Ｌ＝５．６２ｃｍＦｉｇ．６Ｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｇｈｔｓｐｏｔｉｍａｇｅｏｎｔｈｅｍａｓｋｗｉｔｈ（ａ）Ｌ＝２０．９４ｃｍ；
【參考文獻】：
期刊論文
[1]生活飲用水理化指標檢測結果分析[J]. 任海鵬,畢紅杰,李偉偉,趙進華,孔娜. 醫(yī)學動物防制. 2018(02)
[2]微痕量毒品檢測中的熒光技術[J]. 劉科,房喻. 中國安防. 2016(10)
[3]基于飽和像素剔除的自動對焦評價函數(shù)[J]. 王燁茹,馮華君,徐之海,李奇,陳躍庭. 光學學報. 2016(12)
[4]基于光誘導延遲發(fā)光的微量毒品檢測研究[J]. 王巖,陳平,林列,張凱,馬華,阮世超,周欣欣,楊若晨. 光電子·激光. 2014(11)
[5]色散型多光譜圖像的全數(shù)字對焦算法[J]. 徐林麗,李宏寧,孫煜洋,馮潔,楊衛(wèi)平. 光電子·激光. 2014(11)
[6]基于Hadamard變換的數(shù)碼顯微成像自動對焦新方法[J]. 符冉迪,易文娟,郁梅,蔣剛毅. 光電子.激光. 2008(12)
本文編號：3533805
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