一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及图像对焦领域，尤其是一种基于数字全息重构算法的对焦方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 日常摄影已经实现了自动对焦功能，且同时保证了准确性与高效性。但是实验室 里的成像仪器或系统通常都不具有自动对焦的功能，对焦过程需要操作人员对多幅图像进 行多次对比，耗时较长。对于实验室中将目标成像在底片上的对焦操作通常是运样进行的： 将底片替换成分划板，并在分划板后放置一显微镜；调整显微镜与分划板的距离使从显微 镜中能够清晰观察到分划板上的图案，此时固定显微镜与分划板的相对位置;调目标与镜 头的距离使从显微镜中能够清晰观察到目标。目前，有些仪器或实验会在显微镜之后再放 置一个相机W替待人眼，或者直接将相机放在底片位置。再考虑到运些科学级相机将数据 传输至电脑的时间，W及目标十分微小时人员作出准确判断所用的时间，一次实验室里的 对焦操作可能花费长达几个小时的时间。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，提供一种基于数字全 息重构算法的对焦方法及装置。数字全息重构算法W及推导出的物像空间关系用于调像过 程，W快速预测达到对焦效果时的物距。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：一种基于数字全息重构算法的对焦方法包括:步骤 1:将分划板、相机、相机镜头固定在同一平移台上，所述分划板设置在相机与相机镜头之 间；
[0005] 步骤2:物体放置在镜头且远离相机一侧，物体距离镜头为LI;采用数字全息重构 算法计算出分划板与相机感光面的距离cO、物体的像与相机感光面的距离Cl或者-Cl;
[0006] 步骤3:设置物体与镜头之间的距离为L2,所述L2小于LI;通过处理器采用数字全 息重构算法计算物体的像与相机感光面的距离为c2或-c2 ;同时利用公式
,得到物体清晰成像在分划板上的可能值Lx, Dl = (C广CO)时02=(〇2- CO) ;Dl = (u-c〇)时.D2=(-C2-c〇) ;D1 = (-C广CO)时，D2=(-C2-c〇);;步骤5:将物体移动到距 离镜头=个位置中的任意一个Lx,通过镜头对物体进行图像采集，处理器通过相机得到图 像，并在数字全息重构算法中令距离参数为任意一个Lx对应的CO进行计算，重建出分划板 所在位置的光场强度分布，若某个CO对应的物体成像清晰，则物体完成对焦，此时的Lx为最 终的对焦值，根据此对焦值得到相应的物距。
[0007] 进一步的，所述步骤4中
构建过程是：
[000引步骤21:假设相机的感光面在物空间的像距离相机镜头的距离为Z，设物体一开始 位于某一位置，该位距离相机镜头的距离为LI,因此物体与相机感光面在物空间的像距离 为Z-Ll;采用数字全息重构算法，得到物体的像与相机感光面的距离为Cl或-Cl;由于空间 线性关系可知，2-1^1=]/[柏1或2-1^1 = -]/[柏1
[0009] 其中M代表缩放系数；
[0010] 步骤22:当物体距离相机镜头的距离为L2,因此物体与相机感光面在物空间的像 距离为感光共辆物面的距离为Z-L2;采数字全息重构算法，得到此时物体的像与相机感光 面的距离为c2或者-c2;由于空间线性关系可知，Z-L2=M*C2或Z-L2 = -M*C2
[0011] 步骤3:采用数字全息重构算法得到分划板与相机感光面距离为CO;对焦的目的是 使得物体被成像在分划板上，设满足运一条件时物体距离相机镜头的距离为Lx，则物体的 像与相机感光面距离也应为CO;由于空间线性关系，所W
[0012] Z-Lx=-M^co
[0013] 步骤24:令Dl = (^co-Ci)时，D2 = (C0-C2);当Dl = (CO-Ci)时，D2 = (；C2+co)，当Dl = (Cl +CO)时，D2= (；c〇-C2);当Dl = (co+ci)时，D2 = C2+co);通过步骤21及步骤22中的公式可知，
[0015] 将D1、D2代入上式可得：
[0017]同时根据步骤23公式可得 [001 引 Lx = Z-M*co
[0019] 步骤25:然后步骤21中公式得到Z的表达式，同时将
化入Lx = Z-M*co,得到
[0020] 进一步的，所述分划板是在透明基底材料表面或内部设置的某一平面的任意图 形。
[0021] 进一步的，所述相机与相机镜头的距离远远大于镜头与分划板的距离。
[0022] -种基于数字全息重构算法的对焦装置包括：分划板、相机、相机镜头W及处理 器;将分划板、相机、相机镜头固定在统一平移台上，所述分划板设置在相机与相机镜头之 间;物体放置在镜头且远离相机一侧，物体距离镜头为Ll;
[0023] 处理器采用数字全息重构算法计算出分划板与相机感光面的距离cO、物体的像与 相机感光面的距离Cl或者-Cl;设置物体与镜头之间的距离为L2,所述L2小于LI;采用数字 全息重构算法计算物体的像与相机感光面的距离为C 2或-C 2 ;利用公式
，得到物体清晰成像在分划板上的可能值Lx,其中Dl = (Ci-CO)时D2 = (C2-C0) ;D1 = (Ci-CO)时.02 = (-C2-C0) ;D1 = (-C1-C0)时，02= (-C2-C0);;
[0024] 将物体移动到距离镜头S个位置中的任意一个Lx,通过镜头对物体进行图像采 集;处理器通过相机得到图像，并在数字全息重构算法中令距离参数为任意一个Lx对应的 CO进行计算，重建出分划板所在位置的光场强度分布，若某个CO对应的物体成像清晰，则物 体完成对焦，此时的Lx为最终的对焦值，根据此对焦值得到相应的物距。
[00巧]进一步的，所述.
构建过程是：
[0026] 步骤21:假设相机的感光面在物空间的像距离相机镜头的距离为Z，设物体一开始 位于某一位置，该位距离相机镜头的距离为LI,因此物体与相机感光面在物空间的像距离 为Z-Ll;采用数字全息重构算法，得到物体的像与相机感光面的距离为Cl或-Cl;由于空间 线性关系可知，2-1^1=]/[柏1或2-1^1 = -]/[柏1
[0027] 其中M代表缩放系数；
[0028] 步骤22:当物体距离相机镜头的距离为L2,因此物体与相机感光面在物空间的像 距离为感光共辆物面的距离为Z-L2;采数字全息重构算法，得到此时物体的像与相机感光 面的距离为c2或者-c2;由于空间线性关系可知，Z-L2=M*C2或Z-L2 = -M*C2
[0029] 步骤3:采用数字全息重构算法得到分划板与相机感光面距离为CO;对焦的目的是 使得物体被成像在分划板上，设满足运一条件时物体距离相机镜头的距离为Lx，则物体的 像与相机感光面距离也应为CO;由于空间线性关系，所W
[0030] Z-Lx=-M^co
[0031 ]步骤24:令Dl = (^co-Ci)时，D2 = (C0-C2);当Dl = (CO-Ci)时，D2 = (；C2+co)，当Dl = (Cl +CO)时，D2= (；c〇-C2);当Dl = (co+ci)时，D2 = C2+co);通过步骤21及步骤22中的公式可知，
[0033] 将D1、D2代入上式可得：
[0035] 同时根据步骤23公式可得
[0036] Lx = Z-M^co
[0037] 步骤25:然后步骤21中公式得到Z的表达式，同时将
代入Lx = Z-M*c〇,得到
[0038] 进一步的，所述分划板是在透明基底材料表面或内部设置的某一平面的任意图 形。
[0039] 进一步的，所述相机与相机镜头的距离远远大于镜头与分划板的距离。
[0040] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0041] 那个改进点带来了什么优点？。
[0042] W前的对焦过程需要在分划板与相机之间多加入一个镜头，而且对焦过程完全依 赖于经验。本技术方案不再需要在分划板与相机之间加入镜头，而且可W通过两次采集运 算得到=个可能的物距，最终只需要在=个可能值中进行尝试便能完成对焦。
【附图说明】
[0043] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0044] 图I是本发明示意图。
【具体实施方式】
[0045] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤W外，均可W W任何方式组合。
[0046] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的 替代特征加 W替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子 而已。
[0047] 由几何光学可知，光学传像透镜或透镜组可将物体的图像从一个空间位置传递到 另一个空间位置。传递W前的位置距透镜的距离称为物距，传递W后的位置距透镜的距离 称为像距。显然，物距与像距是成对的。
[004引如果已经固定了分划板与透镜的距离，而且最终目标需要将物体成像在分划板 上，则意味着像距s'已经固定，因此当物体精确成像在分划板上时的物距也是固定的。但 是，在调像时并不知道像距的具体值，也不知道物距的具体值。接下来的方法可W在不知道 像距精确值的情况下让物体准确成像在分划板上。
[0049] 为了实现运一方法，需要将一台相机放置于分划板之后。然而，相机的感光面并不 等于分划板所在的面，因此相机直接记录到的图像中的分划板是不清楚的，为了让分划板 图案清楚，可W采用数字全息重构算法，该算法中需要人为的尝试不同的光程参数，对于空 气中的目标，当其它参数(单像素尺寸、激光波长)精确已知时该参数直接代表分划板距相 机感光面的距离（文献表明精度可达到IOnm量级）。同理，也可W通过尝试找到物体的像距 相机感光面的距离。
[0050] 由于相机与透镜的相对位置已经固定，因此相机的感光面总会对应于某一物面 (可