一种光学成像设备的自动聚焦方法及相机电路技术

本发明专利技术公开了一种光学成像设备的自动聚焦方法及相机电路。包括粗调聚焦和精调聚焦阶段，在粗调聚焦阶段中，基于目标图像的聚焦区域的评价值，在设定搜索范围内以大步长驱动载物台的驱动电机移动进行聚焦峰值点搜索，直到驱动电机移至最大评价值对应的粗调焦点位置；在细调聚焦阶段，基于粗调焦点位置所在平面的目标图像中聚焦窗口的评价值，在设定搜索范围内控制驱动电机以小步长在粗调焦点位置周围移动进行聚焦峰值点搜索，直至驱动电机移至最大评价值对应的细调焦点位置。能够有效获取到目标内容作为聚焦区域，减少评价函数的计算量，提高聚焦的精度和速度。提高聚焦的精度和速度。提高聚焦的精度和速度。

【技术实现步骤摘要】
一种光学成像设备的自动聚焦方法及相机电路


[0001]本专利技术涉及光学成像领域，具体涉及一种光学成像设备的自动聚焦方法及相机电路。

技术介绍

[0002]目前，市场上以手动聚焦的显微镜为主，带自动聚焦功能的显微镜较少，且带自动聚焦功能的显微镜价格昂贵。自动聚焦显微镜系统核心由显微相机模块、控制Z轴移动模块、自动聚焦算法及控制模块组成。
[0003]当前自动聚焦显微镜系统中存在以下问题：
[0004]1.通用性能差：
[0005](1)硬件通用差：市场上自动聚焦功能的显微镜采用一体机方案，显微镜和相机需配套使用，各类接口和协议由厂家自行定义，通用计算机无法获取相机的图像数据，甚至相同厂家不同型号的产品都无法使用。
[0006](2)软件系统通用性差：显微镜系统是针对显微镜自带计算机而开发，系统无法在通用计算机上安装使用。
[0007]2.接口复杂：
[0008]通常自动聚焦显微镜连接计算机需要2个接口：显微图像数据采集接口和显微镜移动控制接口，占资源较多，且不易调试。
[0009]3.传输速率慢：
[0010]目前显微镜摄像机成像接口基本采用USB2.0接口，相比USB3.0接口传输速率较慢。
[0011]4.固件更新繁琐
[0012]目前显微镜成像相机基本上没有更新渠道。
[0013]5.不易于传统显微镜改进为自动聚焦显微镜。
[0014]相机没有预留接口，所以传统显微镜无法升级为自动聚焦显微镜。

技术实现思路
<br/>[0015]针对上述问题，本专利技术提供一种光学成像设备的自动聚焦方法及相机电路。
[0016]本专利技术的第一个方面，提供一种光学成像设备的自动聚焦方法，包括：
[0017]初始化：对光学成像设备初始化，将放置目标的载物台的驱动电机移动至初始位置；
[0018]粗调聚焦：基于目标图像的聚焦区域的评价值，在设定搜索范围内以第一步长驱动载物台的驱动电机移动进行聚焦峰值点搜索，直到所述驱动电机移至聚焦区域的最大评价值对应的粗调焦点位置；
[0019]细调聚焦：基于所述粗调焦点位置所在平面的目标图像中聚焦窗口的评价值，在设定搜索范围内驱动所述驱动电机以第二步长在所述粗调焦点位置周围移动进行聚焦峰
值点搜索，直至所述驱动电机移至聚焦窗口的最大评价值对应的细调焦点位置，其中，所述第二步长小于所述第一步长。
[0020]进一步地，所述初始化的步骤，可以包括：
[0021]根据光学成像原理，确定载物台的驱动电机的移动范围，所述移动范围包括所述驱动电机在Z轴上下移动的距离；
[0022]将所述驱动电机移动至所述移动范围中的初始位置。
[0023]进一步地，所述粗调聚焦的步骤，可以包括：
[0024]在设定搜索范围内以第一步长驱动载物台的驱动电机移动，进行聚焦峰值点搜索；
[0025]在搜索过程中，每移动移一次则获取一帧目标图像，确定当前帧目标图像中的聚焦区域并计算所述聚焦区域的评价值，在所述评价值处于上升阶段的情况下继续搜索，在所述评价值出现下降阶段时，所述驱动电机移动至之前聚焦区域的最大评价值对应的位置，该位置为粗调的聚焦峰值点。
[0026]进一步地，所述确定当前帧目标图像中的聚焦区域并计算所述聚焦区域的评价值，可以包括：
[0027]将当前帧目标图像分割为m*n个图像块，抽取所述m*n个图像块中处于对角线上的图像块构成聚焦区域，计算所述聚焦区域的评价值。
[0028]进一步地，所述计算所述聚焦区域的评价值，可以包括：
[0029]利用基于Sobel算子的评价函数计算所述聚焦区域内图像块的评价值；
[0030]将所述聚焦区域内的所有图像块的评价值进行相加，得到所述聚焦区域的评价值。
[0031]进一步地，所述细调聚焦的步骤，可以包括：
[0032]在设定搜索范围内以第二步长驱动载物台的驱动电机在所述粗调焦点位置周围移动，进行聚焦峰值点搜索；
[0033]在搜索过程中，每移动移一次则获取一帧所述粗调焦点位置所在平面的目标图像，以当前帧目标图像中标定的感兴趣区域为聚焦窗口并计算所述聚焦窗口的评价值，确定聚焦窗口的最大评价值的对应的位置为细调的聚焦峰值点。
[0034]本专利技术的第二方面，提供一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述一个或多个处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
[0035]本专利技术的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现如第一方面所述的方法。
[0036]本专利技术的第四方面，提供一种相机电路，应用于光学成像设备，包括：
[0037]图像传感器，用于采集目标图像；
[0038]主控电路，与所述图像传感器连接，用于传输目标图像；
[0039]计算机设备，与所述主控电路连接，用于实现如第一方面所述的方法；
[0040]电机控制模块，与所述主控电路连接，用于根据所述计算机设备发送的控制指令驱动载物台的驱动电机移动。
[0041]进一步地，所述主控电路与所述计算机设备通过USB3.0接口电路连接，基于预先定义的UVC协议与所述计算机设备交互。
[0042]本专利技术的技术方案与现有技术相比，至少能够带来如下有益效果：
[0043]本专利技术的光学成像设备的自动聚焦方法包括粗调聚焦和精调聚焦阶段，在粗调聚焦阶段中，基于目标图像的聚焦区域的评价值，在设定搜索范围内以大步长驱动载物台的驱动电机移动进行聚焦峰值点搜索，直到驱动电机移至聚焦区域的最大评价值对应的粗调焦点位置；在细调聚焦阶段，基于粗调焦点位置所在平面的目标图像中聚焦窗口的评价值，在设定搜索范围内控制驱动电机以小步长在粗调焦点位置周围移动进行聚焦峰值点搜索，直至驱动电机移至聚焦窗口的最大评价值对应的细调焦点位置。能够有效获取到目标内容作为聚焦区域，减少评价函数的计算量，提高聚焦的精度和速度。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0045]图1是本专利技术实施例一提供的一种光学成像设备的自动聚焦方法流程图；
[0046]图2是本专利技术实施例二提供的一种相机电路示意图；
[0047]图3是OV2640图像传感器电路图；
[0048]图4是TMC2209驱动芯片电路图；
[0049]图5是程序调试更新及拓展接口电路图；
[0050]图6是CH565W主控芯片电路图；
[0051]图7是USB接口电路图；
[0052]图8是W25Q32本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学成像设备的自动聚焦方法，其特征在于，包括：初始化：对光学成像设备初始化，将放置目标的载物台的驱动电机移动至初始位置；粗调聚焦：基于目标图像的聚焦区域的评价值，在设定搜索范围内以第一步长驱动载物台的驱动电机移动进行聚焦峰值点搜索，直到所述驱动电机移至聚焦区域的最大评价值对应的粗调焦点位置；细调聚焦：基于所述粗调焦点位置所在平面的目标图像中聚焦窗口的评价值，在设定搜索范围内驱动所述驱动电机以第二步长在所述粗调焦点位置周围移动进行聚焦峰值点搜索，直至所述驱动电机移至聚焦窗口的最大评价值对应的细调焦点位置，其中，所述第二步长小于所述第一步长。2.根据权利要求1所述的光学成像设备的自动聚焦方法，其特征在于，所述初始化的步骤，包括：根据光学成像原理，确定载物台的驱动电机的移动范围，所述移动范围包括所述驱动电机在Z轴上下移动的距离；将所述驱动电机移动至所述移动范围中的初始位置。3.根据权利要求1所述的光学成像设备的自动聚焦方法，其特征在于，所述粗调聚焦的步骤，包括：在设定搜索范围内以第一步长驱动载物台的驱动电机移动，进行聚焦峰值点搜索；在搜索过程中，每移动移一次则获取一帧目标图像，确定当前帧目标图像中的聚焦区域并计算所述聚焦区域的评价值，在所述评价值处于上升阶段的情况下继续搜索，在所述评价值出现下降阶段时，所述驱动电机移动至之前聚焦区域的最大评价值对应的位置，该位置为粗调的聚焦峰值点。4.根据权利要求3所述的光学成像设备的自动聚焦方法，其特征在于，所述确定当前帧目标图像中的聚焦区域并计算所述聚焦区域的评价值，包括：将当前帧目标图像分割为m*n个图像块，抽取所述m*n个图像块中处于对角线上的图像块构成聚焦区域，计算所述聚焦区域的评...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘辉，吕美妮，玉振明，黄永庆，蓝必铁，黄家广，詹丽萍，刘欣，
申请(专利权)人：梧州学院，
类型：发明
国别省市：