[發(fā)明專利]一種自動對焦雙遠心光學一體化攝像機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111459544.0
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114252985B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 王宣銀;裴育斌;劉擇安;湯繼祥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B13/22
• 分類號: G02B13/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種自動對焦雙遠心光學一體化攝像機，其特征在于：包括雙遠心鏡頭結構和自動對焦結構；

所述雙遠心鏡頭結構包括鏡頭外殼(1)和由前至后依次安裝在鏡頭外殼(1)內的物方鏡片組(2)、孔徑光闌(3)和像方鏡片組(4)，孔徑光闌(3)位于物方鏡片組(2)的像方焦平面，且位于像方鏡片組(4)的物方焦平面處；

所述自動對焦結構包括基座(5)、驅動電機(6)、后座(8)、圖像傳感器(9)、浮動座(11)；基座(5)前端與雙遠心鏡頭連接，基座(5)后端依次連接有后座(8)、圖像傳感器(9)；基座(5)內部兩側設置有條形槽，兩側的條形槽內均布置有兩端分別固定于基座(5)和后座(8)上的導桿(10)，浮動座(11)通過兩根導桿(10)滑動安裝于基座(5)內；基座(5)和后座(8)一側安裝有由絲桿和螺母(13)組成的滾珠絲杠，絲桿與驅動電機(6)相連，螺母(13)固定于浮動座(11)上；

浮動座(11)上安裝有浮動鏡片(12)，后座(8)上安裝有固定鏡片(14)，圖像傳感器(9)中的CMOS芯片位于固定鏡片(14)的像方焦平面處；光線經由雙遠心鏡頭進入自動對焦結構，再經由浮動鏡片(12)、固定鏡片(14)入射到圖像傳感器(9)中的CMOS芯片上，形成清晰圖像；

基座(5)頂部內側面開設有導槽，浮動座(11)頂部設置有沿導槽滑動的凸起，基座(5)頂部外側面開設與導槽相通的方形槽，方形槽內安裝有光耦模塊(7)；

驅動電機(6)旋轉帶動浮動座(11)移動，在浮動座(11)頂部凸起經過光耦模塊(7)時，浮動座(11)處于極限位置，光耦模塊(7)通過將浮動座(11)位置信息傳輸至上位機以阻止浮動座(11)繼續(xù)朝后座(8)移動；

當浮動座(11)位于光耦模塊(7)的位置時，浮動座(11)處于初始位置，通過光耦模塊(7)對浮動座(11)位置的監(jiān)測實現(xiàn)浮動座(11)位置的初始化。

2.根據權利要求1所述的一種自動對焦雙遠心光學一體化攝像機，其特征在于：基座(5)前端通過C-Mount螺紋與雙遠心鏡頭連接，后座(8)通過C-Mount螺紋與圖像傳感器(9)連接。

3.根據權利要求1所述的一種自動對焦雙遠心光學一體化攝像機，其特征在于：待測物體的主光線始終平行于雙遠心鏡頭的光軸。

4.采用權利要求1～3任一所述攝像機的自動對焦方法，其特征在于，包括以下步驟：

當被攝物體位于雙遠心鏡頭的工作距離時，主光線始終平行于光軸，光線射出雙遠心鏡頭的像方鏡片組(4)后進入自動對焦結構，再經由浮動鏡片(12)、固定鏡片(14)，入射到圖像傳感器(9)中的CMOS芯片上，形成清晰的圖像；

當被攝物體的位置偏離工作距離時，主光線始終平行于光軸，CMOS芯片始終位于固定鏡片(14)的像方焦平面，CMOS上的成像位置與位置不偏移時的成像位置相同，成像圖像發(fā)生失焦變糊，通過圖像處理與自動對焦算法對失焦變糊的圖像進行自動對焦。

5.根據權利要求4所述的一種的自動對焦方法，其特征在于，所述的圖像處理與自動對焦算法基于爬山搜索算法，對失焦變糊的圖像進行自動對焦的過程具體為：

1)計算圖像初始的對焦清晰度評價函數(shù)值，驅動電機(6)在電機驅動模塊(15)的作用下朝順時針方向以a r/s的頻率旋轉，進而帶動浮動鏡片(12)移動，再次計算對焦清晰度評價函數(shù)值，若對焦清晰度評價函數(shù)值相比初始值的增大，則表明電機旋轉方向正確；反之，則將驅動電機(6)反向旋轉；

其中，字母a表示電機在一秒內旋轉的圈數(shù)，r表示圈數(shù)，s表示秒；

2)驅動電機(6)繼續(xù)旋轉，每經過一秒再次計算對焦清晰度評價函數(shù)值，當對焦清晰度評價函數(shù)相比前一次對焦清晰度評價函數(shù)減小時，將驅動電機(6)反向旋轉并減小電機旋轉頻率為a’r/s，a’＝a/2；

其中，字母a’表示旋轉頻率改變后，電機在一秒內旋轉的圈數(shù)；

3)重復步驟2)，直至電機旋轉頻率減小至設定閾值，浮動鏡片(12)位于最佳對焦點，使得光學系統(tǒng)重新合焦，CMOS上得到清晰圖像，完成失焦變糊圖像的自動對焦。