一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109714535A(43)申请公布日2019.05.03(21)申请号201910036331.3(22)申请日2019.01.15(71)申请人南京信息工程大学地址210044江苏省南京市江北新区宁六路219号(72)发明人曹兆楼裴世鑫刘玉柱咸冯林李金花叶井飞(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252代理人戴朝荣(51)Int.Cl.H04N5/232(2006.01)H04N5/225(2006.01)G01N21/88(2006.01)G01B11/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置及方法，装置包括上位机、标定板、成像模块、照明模块、电动平移台、照明驱动模块、电机驱动模块和电源模块；待测物体放置于电动平移台上，电动平移台控制待测物体位置；照明模块轮流点亮不同中心波长处的LED，照明待测物体；上位机采集成像模块拍摄的图像信息；上位机在多幅图像中选择对比度最高的图像作为聚焦图像并进行后续图像处理。本发明通过控制光源波长代替电机移动，消除了聚焦过程中的震动，速度更快，可靠性更高，结构及控制简单，且成本较低，只需更换原装置中的镜头及照明光源即可，无需增加额外元器件，易于改进现有设备实现，有助于推广该技术的应用。CN109714535ACN109714535A权利要求书1/2页1.一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：包括上位机（1）、标定板（2）、成像模块（3）、照明模块（4）、电动平移台（6）、照明驱动模块（7）、电机驱动模块（8）和电源模块（9）；所述待测物体（5）放置于电动平移台（6）上，上位机（1）控制电机驱动模块（8），电机驱动模块（8）驱动电动平移台（6），从而控制待测物体（5）位置；所述照明模块（4）由具有不同中心波长的LED组成，上位机（1）控制照明驱动模块（7），照明驱动模块（7）驱动照明模块（4），从而轮流点亮不同中心波长处的LED，照明待测物体（5）；所述成像模块（3）包括色差镜头（31）和工业相机（32），上位机（1）通过接口采集工业相机（32）拍摄的图像信息；所述工业相机（32）拍摄时与LED照明同步，采集不同波长照明时的图像；所述色差镜头（31）通过改变波长实现镜头焦距的调节；所述上位机（1）在多幅图像中选择对比度最高的图像作为聚焦图像并进行后续图像处理。2.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述标定板（2）为具有黑白方格相间的棋盘图像，所述标定板（2）覆盖相机整个成像区域，标定时使用张正友标定法获得相机镜头不同波长时的内外参数。3.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述色差镜头（32）根据待测物体（5）及待测特征的尺寸设计而成，色差镜头（32）保留色差，消除包括球差、慧差、像散、场曲和畸变的5种单色像差，从而不同波长光源照明时色差镜头（32）具有不同的焦距；所述工业相机（31）像素数目为130万以上，与色差镜头（32）接口为C型或CS型，使用CMOS传感器，图像格式为黑白图像，可提供RAW格式数据，具有ROI功能，通过USB、千兆网或CameraLink接口连接至上位机（1）。4.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述照明模块（4）使用多个具有不同中心波长的LED组成环形光源，根据待测物体（5）的特点设计环形光源的入射角度，光源中不同波长LED均匀分布，每种波长的LED均由照明驱动模块（7）独立控制，整体或部分点亮。5.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述待测物体（5）具有一定曲率或在运行过程中待测表面脱离相机景深造成图像模糊。6.根据权利要求1所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述电动平移台（6）使用步进电机驱动，电动平移台（6）的分辨率高于20mm，重复定位精度高于50mm，由电机驱动模块（8）控制。7.根据权利要求6所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特征在于：所述照明驱动模块（7）包括单片机和功率放大模块，单片机通过串口与上位机（1）连接，接收上位机（1）命令，提供信号给功率放大模块并进一步控制照明光源内指定波长LED的通断，每一组LED都有对应的功率放大模块；所述电机驱动模块（8）包括单片机和步进电机驱动器，单片机通过串口与上位机（1）连接，接收上位机命令，提供脉冲与方向信号给步进电机驱动器。8.根据权利要求7所述的一种基于色差的自动对焦机器视觉测量装置，其特