一种基于软同步技术的快速聚焦方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于软同步技术的快速聚焦方法。本发明的有益效果是：自动反馈信息找到接近图像最清晰的位置，在此清晰位置去测量被测工件的参数，进而消除因工件差异和操作人员摆放不一致所导致的测量数据的不稳定和不精确。同时，在聚焦的过程中不停顿，通过上下移动就可以找到清晰面，聚焦速度可以大大提高。通过基于软同步技术的快速聚焦方法，则不需要在运动驱动模块和图像采集模块之间通过同步触发信号线传递同步信息，机械机构较为简单。在运动驱动模块和图像采集模块之间没有硬件同步触发的条件下，通过软件同步的方法可以达到比硬件同步更好的效果，简化了机械机构，为影像仪的普及和推广提供了便利。
【专利说明】一种基于软同步技术的快速聚焦方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种快速聚焦方法，尤其是一种基于软同步技术的快速聚焦方法。
【背景技术】
[0002]在精密影像测量领域，测量设备需要具备自动聚焦使被测目标清晰的功能，在此基础上才能实现精准测量的各项任务。
[0003]目前行业中采用的普遍方法是通过测量设备的运动驱动模块并根据图像采集模块的反馈信息，找到图像最清晰的位置。然后在此清晰位置测量被测目标的尺寸和其它数据信息等，进而消除因工件差异和操作人员摆放不一致所导致的测量数据不稳定不精确的问题。
[0004]但是传统的自动聚焦方法，需要在清晰面附近停顿多步，每一步完全停住以后才能采集图像并计算，因此不难看出，这种方法效率不高。
[0005]更进一步的快速聚焦在聚焦的过程中不停顿，通过图像采集模块的上下移动就可以找到清晰面。然而这需要在运动驱动模块和图像采集模块之间通过同步触发信号线传递同步信息，才能实现快速聚焦。但是这种模式不够灵活，因为对于中低端影像测量设备来说，其通常没有外触发功能，因此这些设备无法实现快速聚焦。另外，增加触发线会使机械结构较为复杂。这种基于位置同步的硬同步方式对于快速聚焦的实现有着其无法避免的缺陷。
[0006]而一种新型的基于时间同步的软同步方式来实现快速聚焦，则不需要在运动驱动模块和图像采集模块之间通过同步触发信号线来传递同步信息，同时因为没有触发信号线，使得机械结构保持原有的简洁。因此这种软同步技术下的快速聚焦方法对于实现快速
聚焦有着重大意义。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种基于软同步技术的快速聚焦方法，包括以下模块:运动驱动模块、图像采集模块、计算控制模块和迭代模块；所述计算控制模块包括同步单元和标记单元；所述同步单元包括驱动同步子单元和图像同步子单元，所述标记单元包括位置标记子单元和图像标记子单元。
[0009]所述运动驱动模块用于驱动所述图像采集模块并使之移动；
[0010]所述图像采集模块用于对被测工件进行成像，并将所成影像数据传输给所述计算控制|吴块；
[0011]所述计算控制模块用于控制所述运动驱动模块的所有工作过程，用于处理所述图像采集模块采集到的影像数据以获得被测工件的参数；其中的同步单元用于同步所述运动驱动模块和所述图像采集模块，其中的标记单元用于标记所述运动驱动模块和所述图像采集模块。[0012]所述迭代模块用于找到最优的清晰面的位置以实现最终的快速聚焦。
[0013]一种基于软同步技术的快速聚焦方法，包括以下步骤:
[0014]1.所述运动驱动模块与所述计算控制模块通过所述计算控制模块中的驱动同步子单元实现时间同步。首先，所述驱动同步子单元通过向所述运动驱动模块发送请求获取其当前时钟再计算所述计算控制模块在此过程中的首末时钟的中间值，即可获取所述运动驱动模块的时钟。多次重复以上步骤，选取最稳定的几次过程的时钟平均值作为所述运动驱动模块与所述计算控制模块之间的同步时间差。
[0015]2.所述图像采集模块与所述计算控制模块通过所述计算控制模块中的图像同步子单元实现时间同步。首先，在影像测量有效显示区域内放置一个量块，通过轮廓光照射使量块显现一条黑白过渡的边缘。然后，所述计算控制模块控制所述运动驱动模块使此边缘以某一固定速度在图像采集视野内划过。根据所述运动驱动模块记录的每个时钟对应的机器位置，可以换算出每一瞬间此黑白边缘理论上应处于的位置；再对运动中出现黑白边缘的几帧图像进行去运动模糊的算法，得到实际边缘所处的位置；在速度已知的条件下，由实际边缘位置和理论边缘位置就可以算出所述图像采集模块与所述计算控制模块之间的同步时间差。
[0016]3.所述图像采集模块通过所述计算控制模块中的所述图像标记子单元，连续不间断以最大采样速率采集图像，并对每帧图像标记采集时间。
[0017]4.所述运动驱动模块通过所述计算控制模块中的所述位置标记子单元，以高于图像帧率的速度记录运动部件的位置信息，并对每个位置标记硬件时间。
[0018]5.所述计算控制模块，算出每一帧图像对应的位置信息，通过插值算法使对应的准确度高于位置信息的采样密度。用单独的线程计算图像的清晰度，并有选择地计算需要计算的图像而不用计算所有采集的图像。
[0019]6.所述迭代模块通过所述计算控制模块提供的图像信息和迭代算法找到最优清晰面的位置。当已有三个点的位置和清晰度数值后，通过判断这三点的趋势来估计清晰点最有可能的位置，在这个位置附近找图像序列里的对应点，通常这一点不一定在最清晰的位置，但是已经十分接近最清晰的位置，把这一点取代原来三点中最远的点，继续这样的判断就可以在很少的几步迭代后找到最清晰的位置，至此完成快速聚焦的全部过程。
[0020]本发明的有益效果是:自动反馈信息找到接近图像最清晰的位置，在此清晰位置去测量被测工件的参数，进而消除因工件差异和操作人员摆放不一致所导致的测量数据的不稳定和不精确。同时，在聚焦的过程中不停顿，通过上下移动就可以找到清晰面，聚焦速度可以大大提高。通过基于软同步技术的快速聚焦方法，则不需要在所述运动驱动模块和所述图像采集模块之间通过同步触发信号线传递同步信息，机械机构较为简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022]图1是所述基于软同步技术的快速聚焦方法的框架示意图。
[0023]图2是图1中的同步单元的组成示意图。
[0024]图3是图1中的标记单元的组成示意图。【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]请参考图1、图2和图3，本发明实施例提供一种基于软同步技术的快速聚焦方法，其包括以下模块:运动驱动模块11、图像采集模块12、计算控制模块13和迭代模块14 ;所述计算控制模块13包括同步单元131和标记单元132 ;所述同步单元131包括驱动同步子单元1311和图像同步子单元1312 ;所述标记单元132包括位置标记子单元1321和图像标记子单兀1322。 [0027]所述运动驱动模块11用于驱动所述图像采集模块12并使之移动；
[0028]所述图像采集模块12用于对被测工件进行成像，并将所成影像数据传输给所述计算控制模块13 ；
[0029]所述计算控制模块13用于控制所述运动驱动模块11的所有工作过程，用于处理所述图像采集模块12采集到的影像数据以获得被测工件的参数；其中的同步单元131用于同步所述运动驱动模块11和所述图像采集模块12，其中的标记单元132用于标记所述运动驱动模块11和所述图像采集模块12。
[0030]所述迭代模块14用于找到最优的清晰面的位置以实现最终的快速聚焦。
[0031]一种基于软同步技术的快速聚焦方法，其实现快速聚焦的过程如下:
[0032]1.所述运动驱动模块11与所述计算控制模块13进行精确时间同步。两者的同步是通过所述计算控制模块13中的驱动同步子单元1311来实现。
[0033]I)首先，所述驱动同步子单元1311记录所述计算控制模块13的起始时钟I1，并开始向所述运动驱动模块11发送请求获取其当前时钟，其当前时钟传回给所述计算控制模块13后再次记录所述计算控制模块13的时钟t2。
[0034]2)先假设信息发送和接收的等待时间相等，则所述计算控制模块13的首末时钟的平均即对应所获取的所述运动驱动模块11的时钟t = 1/2 U^t2)。
[0035]3)多次重复以上步骤，确定数据传输延时的波动范围，并选取传输延时最稳定的几次的平均作为所述运动驱动模块11与所述计算控制模块13之间的同步时间差。
[0036]4)当发送时间和接收时间不相等的情况下这个同步时间差和真实值存在微小差异，这个差异ei会在下一步所述图像采集模块12与所述计算控制模块13同步时被一起修正。
[0037]2.所述图像采集模块12与所述计算控制模块13进行精确时间同步。两者的同步是通过所述计算控制模块13中的图像同步子单元1312来实现。
[0038]I)首先在影像测量有效显示区域范围内放置一个量块，通过轮廓光照射使其显现一条黑白过渡的边缘。
[0039]2)所述计算控制模块13控制所述运动驱动模块11使黑白边缘以某一固定速度在图像采集视野内划过。
[0040]3)由于此时所述运动驱动模块11与所述计算控制模块13已完成同步，而且所述运动驱动模块11记录了这一过程中每个时钟对应的机器位置，所以可以换算出每一瞬间此黑白边缘理论上应处于的位置。[0041]4)对运动中出现黑白边缘的几帧图像进行去运动模糊的算法，得到实际边缘出现的位置，在速度已知的条件下，由实际边缘位置和所述运动驱动模块11算出的理论边缘位置就可以算出所述图像采集模块12与所述计算控制模块13之间的同步时间差。
[0042]5)实际上所述运动驱动模块11与所述计算控制模块13同步时发送时间和接收时间不一致所产生的差异同样反映在所述图像采集模块12与所述计算控制模块13的差异里，假设所述图像采集模块12与所述计算控制模块13的同步差异为e2，则同步后的实际差异为ejey虽然同步后不能具体计算出ep e2各自是多少,但已经可以修正这两个误差给整个聚焦过程带来的差异。
[0043]3.所述图像采集模块12通过所述计算控制模块13的所述图像标记子单元1322，连续不间断以最大采样速率采集图像，每帧图像标记采集时间。
[0044]4.所述运动驱动模块11通过所述计算控制模块13的所述位置标记子单元1321，以高于图像帧率的速度记录运动部件的位置信息，每个位置标记硬件时间。
[0045]5.所述计算控制模块13，算出每一帧图像对应的位置信息，用插值算法使对应的准确度高于位置信息的采样密度。用单独的线程计算图像的清晰度，用智能的方式有选择地计算需要计算的图像而不用计算所有采集的图像。
[0046]6.所述迭代模块14通过所述计算控制模块13提供的图像信息和迭代算法找到最优的清晰面的位置。当已有三个点的位置和清晰度数值后，判断这三点的趋势去估计清晰点最有可能的位置，在这个位置附近找图像序列里的对应点，通常这一点不一定在最清晰的位置，但是已经十分接近最清晰的位置，把这一点取代原来三点中最远的点，继续这样的判断就可以在很少的几步迭代后找到最清晰的位置。至此完成快速聚焦的全部过程。
【权利要求】
1.一种基于软同步技术的快速聚焦方法，其特征在于，包括以下模块:运动驱动模块、图像采集模块、计算控制模块和迭代模块；所述计算控制模块包括同步单元和标记单元；所述同步单元包括驱动同步子单元和图像同步子单元，所述标记单元包括位置标记子单元和图像标记子单元。
2.如权利要求1所述的基于软同步技术的快速聚焦方法，其特征在于:所述运动驱动模块用于驱动所述图像采集模块并使之移动。
3.如权利要求1所述的基于软同步技术的快速聚焦方法，其特征在于:所述图像采集模块用于对被测工件进行成像，并将所成影像数据传输给所述计算控制模块。
4.如权利要求1所述的基于软同步技术的快速聚焦方法，其特征在于:所述计算控制模块用于控制所述运动驱动模块的所有工作过程，用于处理所述图像采集模块采集到的影像数据以获得被测工件的参数；其中的同步单元用于同步所述运动驱动模块和所述图像采集模块，其中的标记单元用于标记所述运动驱动模块和所述图像采集模块。
5.如权利要求1所述的基于软同步技术的快速聚焦方法，其特征在于:所述迭代模块用于找到最优的清晰面的位置以实现最终的快速聚焦。
【文档编号】H04N5/232GK103491306SQ201310464496
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】李越, 徐昕, 蔡雄飞, 杨聪 申请人:苏州天准精密技术有限公司