1 中国科学院 合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所， 大气光学重点实验室，安徽合肥23003
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽合肥2007
对于恒星光斑成像，传统的梯度评价算法在重度离焦情况下梯度细节薄弱，难以识别正确的调焦方向。为了实现跟星系统对恒星的快速成像和可靠跟踪，建立了针对恒星成像特征进行评价的自动调焦系统，对系统的聚焦评价算法、自动调焦结构以及自动控制系统进行研究。通过跟星系统成像的灰度分布情况分析光斑图像梯度特征在正焦和离焦时的区别。根据恒星光斑成像灰度级差异变化的特点，将背景值纳入评价贡献，在传统的梯度评价函数中加入光斑信号灰度差异贡献。设计适用改进算法的调焦硬件结构和系统结构，利用步进电机和调焦底座组成调焦组件，通过计算控制单元驱动调焦组件实现自动调焦系统。利用搭载调焦系统的跟星装置进行实验和分析。实验结果表明：自动调焦装置能够在跟星系统中稳定地进行调焦工作，且改进算法相对于传统梯度算法有着更好的调焦方向性，在保持传统梯度算法67%灵敏度的同时，将局部极值点减小为0。改进算法不受梯度细节薄弱影响，能够在不同离焦程度下保持较好的调焦方向性和正焦灵敏性，跟星系统在搭载自动调焦装置后能够快速搜索合适焦距并进行大气光学特性测量。
恒星聚焦 自动调焦 图像清晰度 步进电机 跟星系统 stellar focus auto focus image clarity stepper motor follow-star system 光学 精密工程
2023, 31(14): 2009
山东理工大学 机械工程学院, 山东 淄博 255000
针对近景工业摄影测量中镜头自动对焦导致相机内参数波动进而降低测量精度的问题, 提出一种分层式相机标定方法。分析了基于平面棋盘格的相机标定技术, 阐述了数码单反相机的自动对焦原理及其如何影响相机主距的变化, 重点分析了分层式相机标定方法的基本思想。分层式相机标定实验揭示了相机内参数及畸变系数随着标定距离变化的规律, 精度评价实验的结果表明, 依据摄影距离选择合适的相机内参数能够显著提高近景工业摄影测量的精度。
近景工业摄影测量 自动对焦 分层式相机标定 光栅尺 close range industrial photogrammetry auto focus layered camera calibration optical grating ruler
广东工业大学信息工程学院，广东 广州 510006
针对单目移动设备难以拍摄出背景虚化图像的问题，结合深度学习的图像感知与分割算法，提出了一种图像自动背景虚化算法。基于深度学习的图像感知与分割算法得到图像的焦点图、深度图和掩码图三种辅助图。利用辅助图自动确定主体或由用户指定主体，并计算背景各区域的深度。利用多尺度高斯滤波对背景各区域进行不同程度的虚化处理。将虚化后的各区域与主体融合，并进行边缘优化，生成一幅背景虚化图。实验结果表明，本文算法利用基于深度学习的感知图实现更准确灵活的图像虚化处理，并能在多种场景下实现对图像的自动定焦或对指定区域的重定焦，产生的虚化效果自然且富有层次感，能较好地突显主题。
图像处理 背景虚化 图像感知 图像分割 边缘优化 自动定焦 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0410002
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
数字图像技术实现自动对焦的关键步骤是有效的图像清晰度评价。针对传统的灰度梯度算法抗噪性差和实时性低的问题,提出一种改进的清晰度评价算法。首先通过OSTU方法和全局方差计算出图像自适应分割阈值;然后比较自适应分割阈值和图像像素点局部方差以提取整幅图像中的边缘像素点;最后考虑人眼视觉特性,采用多方向的Tenengrad算子对图像进行评价运算,将图像中边缘像素点的评价运算值进行叠加,得到图像的清晰度量化值。为了衡量改进算法的性能,将其与传统的灰度梯度算法进行比较。实验结果表明,与传统的灰度梯度算法相比,所提算法具有实时性高、灵敏度强且抗噪能力好的优点。
成像系统 清晰度评价 自动对焦 自适应分割阈值 边缘像素点 多方向Tenengrad算子 激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2211001
介绍了红外系统中自动调焦技术的基本原理，详细分析了调焦组件的机械回程间隙对传统自动调焦算法效果的影响。就此提出了不同优化方案并充分考虑了算法的适用性及稳定性。最后，通过设计实验验证了算法的可行性，实现了快速、稳定、精确的自动对焦，并将其应用于工程实践中。
自动调焦 回程间隙 评价函数 爬坡算法 auto-focus backlash evaluation function mountain climb algorithm
广东工业大学 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室, 电子精密制造装备及技术教育部重点实验室, 广州 510006
针对白光扫描干涉系统由于物镜景深小、干涉区间短而导致的调焦不准确、查找条纹困难、耗时长等问题, 提出一种适用于白光干涉仪的自动对焦方法,该方法包括一种结合穷举法与爬山法的复合式对焦搜索算法, 以及一种基于四叉树分解的粗精分步对焦评价函数。所提的搜索算法不需预先设定搜索范围, 步长迭代可变, 在能够快速搜索的同时具有较高的搜索精度和稳定性。所提的评价函数灵敏度较高, 单峰性较好。实验结果表明, 所提的自动对焦方法具有较高的对焦精度和速度, 且能够在快速准确找到干涉条纹位置的同时, 有效地避免由条纹以及环境噪声引起的对焦曲线多峰值问题。
白光干涉 自动对焦 评价函数 搜索算法 white light interferometry auto focus evaluation function search algorithm
1 91245部队, 辽宁 葫芦岛 125001
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了有效避免自动调焦算法在验证评估过程中需要依赖于调焦硬件机构的问题, 研制了一套基于离焦图像模拟的自动调焦性能评估与仿真系统。该系统通过生成不同离焦状态下的图像, 实现如下两方面的功能: 一方面可以实现不同清晰度评价函数的性能评估; 另一方面还可以根据调焦系统的设定参数, 对调焦过程调整以及调焦窗口选取进行效果仿真和性能评估。实验结果表明, 该系统可以根据设定的光机参数, 对自动调焦过程中清晰度评价函数性能、调焦效果、搜索路径、调整耗时等性能进行初步仿真和评估。也可以为调焦系统的光学系统、机械结构以及电机驱动的设计提供一定的参考依据。
自动调焦 性能评估 性能仿真 清晰度评价函数 搜索策略 auto-focus performance evaluation performance simulation definition evaluation function searching strategy
河北科技大学 机械工程学院, 河北 石家庄 050018
为提升多光源太阳模拟器复合光斑的对焦精度, 以构建的多光源太阳模拟器为实验研究对象, 采用机器视觉的方法提取聚焦光斑中心世界坐标, 将太阳模拟器简化为关节机器人, 利用D-H法得到灯单元反向运动学参数, 进而完成光斑自动对焦系统设计, 对光斑自动对焦系统进行了简单实验。结果表明: 多光源太阳模拟器聚焦光斑中心对焦精度误差在1mm 以内, 可以满足预期的太阳模拟器实验需求。
太阳模拟器 光斑 自动对焦 机器视觉 机器人 solar simulator light spot auto focus machine vision robots
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
根据激光光线聚焦状态不同对应被测面上激光光斑形状不同的特点, 通过引入辅助激光束, 分析了调焦 CCD采集的激光光斑图像信息, 进而根据光斑形状及半径等信息确定被测面对焦状态。针对实验中每隔相同离焦距离采集的一系列光斑图像, 提出了相应的图像处理方案, 以提取所需光斑半径信息, 进而进行光斑半径与离焦量转换。实验结果表明, 光斑半径与离焦量呈线性关系, 最大线性范围灵敏度为 2.342像素 /μm, 最高可实现 0.43.μm分辨率。
激光自动对焦 光斑图像处理 离焦量检测 auto-focus using laser image processing of laser spot defocus value detection
