【光學知識】自動對焦技術

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  • 來源:光虎光電科技(天津)有限公司

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  • 發布時間:2024-03-04 08:56:27

自動對焦技術



什么是自動對焦?


自動對焦指的是能夠根據被測物與視覺系統之間的距離,來自動調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生器、超聲波發生器發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點是自身不需要一個發射系統,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,工業上進行使用多數為被動式自動對焦。


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鏡頭來調整焦距,從而達到聚焦清晰的效果。


只有在需要對焦的區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,進行圖像數據分析,從而達到控制液態鏡頭,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斜坡形式的梯度,導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

自動對焦技術的優勢在哪?


自動對焦技術使用液態鏡頭來實現,與傳統透鏡有所不同,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元件,可以通過外部控制改變光學元件的內部參數,有著傳統光學透鏡無法比擬的性能。簡單來說就是透鏡的介質由玻璃變為液體。更準確地來說就是一種動態調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元件。


就像利用玻璃制成的傳統光學鏡頭一樣,液體鏡頭也屬于單體光學元件,但其材質是可以改變形狀的光學液態材料。玻璃鏡頭焦距取決于其材質和曲率半徑。液態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,能夠實現毫秒級的變化。生產廠家利用從電潤濕到形變聚合物再到聲光調節等各種技術,控制液態鏡頭曲率半徑和折射率。


大多數成像鏡頭都是多元件鏡頭,單光學鏡頭的成像性能難以滿足需要。因此只使用液態鏡頭是不明智的。但在多元件設計中結合使用液態鏡頭和成像鏡頭,就可以發揮液態鏡頭的速度和靈活性優勢。液態鏡頭能夠以毫秒級的反應時間在近距離或光學無窮遠對焦,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用中,可以利用液態鏡頭提高成像系統靈活性。


【來源:光虎工業鏡頭】

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