[發明專利]基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統及其自動聚焦方法

有效

• 申請號: 201410183889.1
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN104002020B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 李水明;邵長春
• 申請（專利權）人: 柳州鐵道職業技術學院
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標事務所(普通合伙)45113
• 代理人: 周小芹

1.一種基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統，其特征在于：包括濾光模塊（1）、攝像頭（2）、嵌入式處理器（3），所述的濾光模塊（1）包括隔熱玻璃（101）、濾光片（102），該隔熱玻璃（101）、濾光片（102）依次設置在焊接工件（5）與攝像頭（2）之間，攝像頭（2）與嵌入式處理器（3）連接，嵌入式處理器（3）還與焊接設備（4）的控制系統連接。

2.根據權利要求1所述的基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統，其特征在于：所述的隔熱玻璃（101）設置在焊接工件（5）與濾光片（102）之間，用于隔離焊接熔池時產生的熱量；

所述的濾光片（102）接收到焊接工件產生的弧光，濾除掉部分光線，只讓波長與該濾光片峰值波長相同的光線進入攝像頭；

所述的攝像頭（2）作為視覺感光傳感器，采集經濾光片過濾后的光源數據信號，并將該光源數據信號轉化為圖像視頻數據信號，經過A/D轉化后輸入至嵌入式處理器，同時還根據嵌入式處理器輸出的調整焦距信號進行自動調焦；

所述的嵌入式處理器（3）接收攝像頭傳輸來的圖像視頻數據信號并將該信號進行處理，根據處理結果或輸出調整焦距信號至攝像頭（2），或輸出清晰焊接熔池圖像信號至焊接設備（4）的控制系統。

3.根據權利要求1所述的基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統，其特征在于：所述濾光片（102）的峰值波長為6328?。

4.根據權利要求1所述的基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統，其特征在于：所述攝像頭（2）的采集速度為50～70幀/秒。

5.一種基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統的自動聚焦方法，其特征在于：該方法是采用圖像清晰度評價函數實時對相鄰的圖像幀進行判斷，對圖像清晰度評價函數構成的圖像清晰度曲線采用爬坡法，實時調整攝像頭鏡頭的焦距倍率，使圖像清晰度評價函數曲線點處于曲線的峰值位置，達到圖像清晰效果；當焊接熔池場景變化和圖像信息出現模糊使圖像清晰度評價函數曲線點不處于曲線的峰值時，系統調整攝像頭鏡頭反向運動，自動搜索調整聚焦使圖像穩定在最清晰處。

6.根據權利要求5所述的基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統的自動聚焦方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

A.圖像預處理:

嵌入式處理器接收到攝像頭傳輸來的圖像視頻數據信號后，采用中值濾波法把選擇小區域的像素點的灰度值從小到大排列去其中間的灰度作為噪聲點的灰度值；

B.對相鄰的兩個圖像幀進行判斷：

采用圖像清晰度評價函數，對相鄰的兩個圖像幀進行判斷，得出相鄰兩個圖像幀的評價函數值；

C.?連續對多個圖像幀進行判斷：

采用圖像清晰度評價函數，連續對多個圖像幀進行判斷，得出多個圖像幀的評價函數值；

D.?判斷鏡頭運動方向：

根據評價函數值進行分析，判斷攝像頭鏡頭的運動方向；

E.?鏡頭調焦：

驅動攝像頭鏡頭轉動調整焦距倍數；

F.?再次判斷聚焦峰值處：

再次使用圖像清晰度評價函數判斷聚焦峰值處，調整攝像頭鏡頭的移動步進值；

G.判斷函數曲線點是否在函數曲線的峰值處：

對比圖像清晰度評價函數曲線點是否在清晰度評價函數曲線的峰值處，若圖像不處于清晰度評價函數曲線的峰值，重復步驟B；若攝像頭鏡頭已經超越走過清晰度評價函數曲線的峰值，則驅動電動鏡頭反向運動，重復步驟C；若3次來回跨過該清晰度評價函數曲線的峰值，則獲取到清晰焊接熔池圖像，嵌入式處理器將該清晰焊接熔池圖像信號傳輸至焊接設備的控制系統，調焦結束。

7.根據權利要求6所述的基于焊接熔池的數字相機自動對焦系統的自動聚焦方法，其特征在于：所述的圖像清晰度評價函數采用灰度差分梯度函數，該灰度差分梯度函數為：????????????????????????????????????????????????，

其中：Q為灰度差分梯度評價函數值，為a，b像素點的灰度值，m,n為圖像的長、寬的最大像素值。