[發明專利]一種CCD相機清晰成像自動對焦裝置及方法

在審

• 申請號: 202011038624.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112162375A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 李茂月;肖桂風;宋立君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G02B7/09
• 分類號: G02B7/09;G02B7/38;G03B13/36;H04N5/232
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種CCD相機清晰成像對焦裝置，包括箱體1，其特征在于：所述箱體1的內部包括有CCD相機2，結構光投影儀3，三個外嚙合直齒輪4，三個夾緊機構5，三個開合外嚙合直齒輪6，三個步進電機7，所述箱體1開有T型槽11，T型槽11后半部分開有小T型導軌12，所述箱體1的T型槽11表面安裝有CCD相機2，結構光投影儀3，所述箱體1內表面底部放置有調節CCD相機參數的三個步進電機7，箱體前方開有CCD相機2與結構光投影儀3的視窗口，后部開有接線口以及安裝口；

CCD相機2中有三個參數調節環，包括曝光度調節環21、調焦環22、對焦環23，曝光度調節環21、調焦環22、對焦環23上分別套有開合外嚙合直齒輪6，與相對應的電機7輸出軸固連的三個外嚙合直齒輪4相互嚙合；

夾緊機構5包括7型架51、T型架52、彈簧53、手擰螺栓固定機構54，7型架51開有螺紋孔55，手擰螺栓固定機構54由手擰旋鈕541與接觸螺栓542組成，接觸螺栓542與螺紋孔55之間可通過手擰旋鈕541上下移動，手擰旋鈕541與接觸螺栓542旋動至緊固，所述夾緊機構5通過T型架52放置于箱體1中的小T型導軌12中；

開合外嚙合直齒輪6包括凸口61、嚙合口62與小彈簧63，且與調焦環22對應的開合外嚙合直齒輪6內圈直徑，小于另外兩個開合外嚙合直齒輪6的直徑，調焦環22與對焦環23的開合外嚙合直齒輪6的內圈直徑相同，且內圈覆蓋橡膠材料。

2.如權利要求1所述的CCD相機清晰成像對焦裝置，其特征在于：接觸螺栓542與CCD相機2表面接觸的下表面為覆蓋有橡膠膜。

3.如權利要求1所述的CCD相機清晰成像對焦裝置，其特征在于：夾緊機構5的T型架52為通口，7型架為實心，7型架下表面與T型架通口底面之間通過彈簧53固連，當CCD相機2與結構光投影儀3的位置擺放至合適位置時，裝于箱體1的三個夾緊機構5通過小T型導軌12平移至CCD相機2與結構光投影儀3上方，首先通過拉動7型架51，依靠彈簧53的彈簧力進行CCD相機2與結構光投影儀3的一次夾緊，再旋動手擰旋鈕541旋動接觸螺栓542，至CCD相機2與結構光投影儀3二次夾緊。

4.一種CCD相機清晰成像對焦方法，其特征在于，包含以下步驟:

（1）根據環境條件驅動電機運行，手動在PC端調節曝光度、畫面大小，首先應先調整畫面遠近，再調節曝光度；

（2）對焦清晰度調節，驅動電機以上述開合外嚙合直齒輪6進行傳動，從驅動對焦環轉動，進行清晰度調節。

5.如權利要求4所述的CCD相機清晰成像對焦方法，其特征在于：所述采集的原始圖像應進行感興趣對焦區域選擇，由于相機中心區域的圖像沒有畸變，且一般都將圖像的中心區域作為目標物，因此所述對焦感興趣區域將圖像中心作為研究目標，感興趣區域的提取為采用中央區域對焦法，在原圖像取正中間的固定大小區域進行對焦，并通過對焦感興趣區域提取，消除圖像中非研究目標的干擾，突出研究目標，提高對焦速度與精度。

6.如權利要求4所述的CCD相機清晰成像對焦方法，其特征在于：所述感興趣區域圖像在進行對焦函數評價前需進行數據轉換，以避免軟件本身運算規則對圖像信息進行刪除，保存原始圖像，對焦函數值都需經過歸一化處理后輸出，將不同圖像之間的對焦值轉變為統一標準顯示。

7.如權利要求4所述的CCD相機清晰成像對焦方法，其特征在于：所述清晰成像電機搜索策略步驟為：（1）從CCD相機對焦環當前位置為初始位置，驅動相機以固定步長左右旋轉，當前位置的左右方向各采集一幅圖像；（2）經過上述中央感興趣區域算法提取，獲得感興趣對焦區域；（3）以上述感興趣區域為目標，使用像素選擇閾值改進式Brenner算法進行圖像清晰度評價，設為E1，E2，并判斷兩幅感興趣區域圖像清晰度評價值大小，若E1E2則以E1方向采集模糊——清晰——模糊的圖像序列；（4）判斷步驟（3）中圖像清晰度值最大處清晰度是否滿足設定閾值T，滿足則對焦結束，驅動相機定位至評價值最大位置，反之，則半減步長以當前位置為初始位置，重復步驟（1）、（2）、（3），其中，清晰度精度閾值T的值由實際相機實驗數據所得。