一种新型光学快速自动聚焦系统

摘要：为满足基于机器视觉的工业检测系统中对自动对焦快速性的要求，提出了一种基于激光技术的新型嵌入式高速对焦系统。该方法利用在同一光路中激光与可见光互不影响的特性和DSP高速图像处理的能力，通过检测特殊设计光学回路反射回来的激光光斑信息，主动控制运动执行机构实现工业检测系统显微镜的快速和稳定对焦。该对焦方法改善了TFT-LCD光学检测系统中基于被动的图像处理和基于主动测距等传统对焦方式精度低和速度慢等缺陷。测试结果表明，该新型对焦系统极大的缩短了对焦的时间，并且提高了对焦系统的控制精度，满足了工业光学检测系统中实际应用的要求。 

关键词：自动对焦；光学检测；TFT-LCD；压电陶瓷；伺服电机

0 引言

随着信息化的不断发展，机器视觉技术在多个领域取得广泛应用。为了快捷地获取清晰的图像视觉信息，自动对焦技术凸显出至关重要的作用，例如工业光学检测系统中和医学成像系统中的自动对焦。国内现有的显微镜自动对焦方式主要是基于被动的图像处理方法来实现，这种方法通过相机连续的拍摄图像，通过分析图像前后的清晰度判别焦平面的位置，从而控制电机调节位移实现对焦。但是该调焦方式需要分析多幅图片信息才能完成对焦，对焦过程中需要处理大量的图像数据，对焦时间较长，无法满足工业检测现场实时性和快速性要求。

系统在显微镜主光路中加入一路离焦量检测的激光光束，通过设计的特殊光学回路将激光光束反射到CCD检测屏上，并结合TI公司生产的DSPTMS320DM642高速的数据图像处理能力，设计了一种新型的显微镜自动对焦系统。该系统实现了在0.5s内完成显微镜的快速自动对焦，其速度与普通的被动对焦算法相比高出一个数量级，极大的满足了工业检测系统中的实时性要求，提高了现有显微镜自动调焦水平。

1 系统对焦原理

图1.调焦光学原理