显微视觉检测系统景深扩展装置及方法制造方法及图纸

提供了一种用于显微视觉检测系统的景深扩展装置和方法，该景深扩展装置主要由光学显微镜、液体透镜及其驱动部分、数字相机构成，其特征在于：在光学显微镜物镜后端面加入液体透镜，通过在相机的一个曝光时间内连续改变液体透镜的屈光度，从而在探测器上获得中间模糊图像，然后利用光场法和直接拍摄方法获取系统的瞬时点扩散函数，并对采集到的模糊图像和点扩散函数进行反卷积运算，最终获得景深扩展后的清晰图像。液体透镜位于显微镜物镜的后端面，使得系统点扩散函数不随物体深度变化，实现了显微视觉检测系统的放大倍数基本不变。该方法实现景深扩展的同时，可保持成像系统放大率不变且可实现一次成像。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提供了一种用于显微视觉检测系统的景深扩展装置和方法，该景深扩展装置主要由光学显微镜、液体透镜及其驱动部分、数字相机构成，其特征在于：在光学显微镜物镜后端面加入液体透镜，通过在相机的一个曝光时间内连续改变液体透镜的屈光度，从而在探测器上获得中间模糊图像，然后利用光场法和直接拍摄方法获取系统的瞬时点扩散函数，并对采集到的模糊图像和点扩散函数进行反卷积运算，最终获得景深扩展后的清晰图像。液体透镜位于显微镜物镜的后端面，使得系统点扩散函数不随物体深度变化，实现了显微视觉检测系统的放大倍数基本不变。该方法实现景深扩展的同时，可保持成像系统放大率不变且可实现一次成像。【专利说明】
本专利技术涉及光电检测技术中的视觉检测领域，并且更具体地涉及一种用于显微镜视觉检测系统的景深扩展方法。
技术介绍
景深决定着视觉检测系统在光轴方向上能成清晰像的范围，景深越大，在视觉检测系统的光轴方向上能看到的深度范围也就越大。因此，扩展景深是当前视觉检测系统的迫切所需。在视觉检测系统中，放大倍数恒定是一个关键问题，只有放大倍数恒定才能保证检测系统的尺寸当量一致。此外，为了满足实时或在线测量，需要视觉检测系统不仅具有大的景深，还要有恒定的放大倍数，而且能够实现一次成像。然而，传统的景深扩展方法如浸液镜头等只能获得较低的景深扩展率，无法满足当前视觉检测系统的要求，而变焦距法、变孔径法、离焦法和景深叠加法等方法可以获得超景深的图像，但需要多次采集图像，不适合实时或在线使用。近年来提出了简单改进型、图像复原型、增加元件型和计算成像型等数十种景深扩展方法，虽然可以获得十倍到数十倍的景深扩展率，但这些方法考虑的只是图像的清晰度，而没有考虑系统放大倍数的变化。因此，为了实现显微视觉检测系统的实时和在线测量，需要一种新的景深扩展技术，该技术不仅可以扩展系统的景深，还可以保证在扩展的景深范围内系统的放大倍数基本不变，并且只需一次成像。
技术实现思路
考虑到以上问题而做出了本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种基于液体透镜和光场法的景深扩展技术，即通过在显微镜系统中加入液体透镜实现景深扩展，该技术能够在获得大景深的同时保持成像系统的放大倍数基本不变，并且实现一次成像。本专利技术的另外一个目的是提供一种图像复原算法，其中利用光场法和直接拍摄法获得系统的点扩散函数，然后通过反卷积运算复原得到景深扩展后的清晰图像。根据本专利技术的一个方面，提供了一种放大倍数基本不变的景深扩展光路系统，该光路系统包括:物镜；液体透镜，液体透镜位于物镜后端面；转接口，连接物镜、液体透镜和镜筒；适配镜和探测器，代替目镜进行图像采集。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种确定液体透镜安放位置、液体透镜屈光度变化范围和探测器曝光时间的方法，用于保证成像系统放大倍数基本不变。该方法包括:根据几何光学原理和ZEMAX参数优化设计确定液体透镜安放位置；根据成像系统的视场范围确定液体透镜的屈光度变化范围；根据液体透镜屈光度变化响应时间以及成像质量确定探测器曝光时间。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种转接装置，用于将液体透镜和探测器加入到显微镜系统中，该固定装置包括:转接口，将液体透镜按照光路系统设计中的位置加入到物镜后端面，连接物镜和镜筒；适配镜，连接镜筒和探测器，采用探测器代替目镜进行图像米集。根据本专利技术的另一方面，提供了一种快速图像复原算法。该图像复原算法包括:基于光场法计算成像系统的瞬时点扩散函数，累积探测器一个曝光时间得到系统的点扩散函数；利用模拟点光源的方法直接拍摄成像系统的点扩散函数；通过对比两种方法获得的点扩散函数并综合优化，最终确定显微成像系统的点扩散函数，然后采用反卷积运算复原出清晰图像。根据本专利技术的另一方面，提供了一种自动采集图像软件。该软件包括:图像采集模块，设置液体透镜屈光度变化范围以及探测器曝光时间，保证液体透镜屈光度随着探测器曝光时间同步变化，实现了一次成像；图像处理模块，根据点扩散函数设计图像复原算法，最终得到景深扩展后的清晰图像。【专利附图】【附图说明】通过结合附图对本专利技术的实施例进行详细描述，本专利技术的上述和其它目的、特征、优点将会变得更加清楚，其中:图1是根据本专利技术实施例的显微镜系统光路图。图2是根据本专利技术实施例的液体透镜转接口。图3是根据本专利技术实施例的景深扩展框图。图4是根据本专利技术实施例的屈光度和曝光时间变化曲线。图5是根据本专利技术实施例的光场分析图。图6是依照本专利技术实施例的显微镜系统光场模型。图7是依照本专利技术实施例的未加液体透镜显微镜系统的点扩散函数。图8是依照本专利技术实施例的加入液体透镜显微镜系统的点扩散函数。图9是根据本专利技术实施例的图像复原框图。图10是依照本专利技术实施例的图像采集软件模块图。图11是依照本专利技术实施例的景深扩展技术流程图。图12是依照本专利技术实施例的图像复原算法的流程图。【具体实施方式】下面将参照附图来描述根据本专利技术的实施例。在附图中，相同的参考标号自始至终表示相同的元件。参照附图来描述根据本专利技术实施例的显微镜成像系统光路。图1示出了根据本专利技术实施例的显微镜系统光路图。如图1所示，显微镜系统光路10中包括被测物体11，物镜12，液体透镜13，适配镜14和探测器(XD15。液体透镜13放置于物镜12与适配镜14之间，液体透镜13距离物镜12为d，被测物体11与物镜12之间的距离为I1，物镜I2与适配镜14之间的距离为L2，适配镜14的口径为A，它距离探测器(XD15之间的距离为L3。物镜、液体透镜以及适配镜的焦距分别为f/、f2’和f3’，由于物体具有一定深度，在探测器CCD15上形成了弥散斑，其直径为b。为了使成像系统的放大倍数基本不变，通过几何光学原理和ZEMAX仿真优化得到d = O时，成像系统放大倍数变化最小。图2示出了根据本专利技术实施例的液体透镜转接口 20。如图2所示，液体透镜13位于物镜的后端面，转接口 20的作用是固定液体透镜的位置，并将物镜12和液体透镜13连接到镜筒，而不破坏显微镜系统的原始机械结构。图2中21和22均有螺纹，分别用来连接镜筒和物镜，24端面处放置液体透镜，23凹槽用来安放液体透镜连接导线。其次，简要说明本专利技术的原理。本专利技术利用景深扩展的基本原理。图3是景深扩展原理示意图，显微成像系统景深扩展技术30实现原理为:将液体透镜加入到显微镜系统31中，在探测器的一次曝光时间内，液体透镜的屈光度发生变化，这就导致整个光学成像系统的合成焦距发生变化，当物体具有一定深度时，在探测器探测器平面上得到了中间模糊图像32，然后通过图像复原算法，最终得到景深扩展后的清晰图像33。下面，详细描述放大倍数基本不变的景深扩展光路设计，其中包括液体透镜安放位置、液体透镜屈光度变化步长与探测器曝光时间的确定方法。在探测器一个曝光时间内，液体透镜屈光度0’2发生变化，为了得到放大倍数基本不变的景深扩展光路，基于几何光学原理得到显微镜系统的放大倍数β为: (I)利用Matlab进行理论仿真，当d = O时，显微成像系统放大倍数变化最小。为了进一步确定液体透镜的安放位置，根据显微镜系统的实际参数采用ZEMAX进行仿真，当液体透镜位于物镜的后端面时，成像系统的点扩散函数不随物体深度变化，并且综合像差小。因此，最终确定液体透镜应置于物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于显微视觉检测系统的景深扩展装置，其特征在于：所述景深扩展装置包括：显微物镜；液体透镜，置于物镜的后端面；液体透镜转接口，连接物镜、液体透镜和显微镜筒；适配器，连接显微镜筒和探测器；探测器，用于采集图像；图像处理系统，用于复原图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：屈玉福，刘丽艳，杨海娟，毛建森，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：