一種紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)及紅外對(duì)焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)成像系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)及紅外對(duì)焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、投影儀、光學(xué)陰道鏡等光學(xué)成像系統(tǒng)中，目前對(duì)焦基本還是靠手動(dòng)調(diào)節(jié)，市場(chǎng)缺乏一套成熟的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，手動(dòng)對(duì)焦速度慢，操作效率低。
[0003]而目前的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)大多集中應(yīng)用在一些數(shù)碼產(chǎn)品中，比如手機(jī)攝像頭，數(shù)碼相機(jī)，還有單反機(jī)身或者鏡頭等。它們的對(duì)焦原理是采用對(duì)比度檢測(cè)或相位檢測(cè)等圖像對(duì)焦方式。上述對(duì)焦方式需要先采集到圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算估算出焦點(diǎn)的位置。對(duì)比度檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦需要在焦點(diǎn)附近做往返運(yùn)動(dòng)尋求最佳位置以達(dá)到最大的對(duì)比度，其運(yùn)算復(fù)雜、對(duì)焦速度慢、對(duì)焦不能一步到位;而且由于對(duì)焦對(duì)圖像的依賴程度很高，當(dāng)圖像太暗、曝光過(guò)度或者對(duì)比度相差不大的情況下，對(duì)焦容易失焦。而相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦方式則對(duì)原始光線的要求比較高，光線不足會(huì)很大程度上降低對(duì)焦成功率和速度。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)及紅外對(duì)焦方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的如下問(wèn)題:
[0006]1.光學(xué)陰道鏡等光學(xué)成像系統(tǒng)中對(duì)焦方式基本上還是手動(dòng)調(diào)節(jié)，市場(chǎng)缺乏一套成熟的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，手動(dòng)對(duì)焦速度慢，操作效率低。
[0007]2.自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)中的圖像對(duì)焦方式算法復(fù)雜，對(duì)焦速度慢，對(duì)圖像或光線的依賴程度很高。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]—種紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，包括用于成像并依次設(shè)置的前透鏡組、第一透鏡組、第二透鏡組和后透鏡組，所述前透鏡組，第一透鏡組、第二透鏡組和后透鏡組等價(jià)為一理想透鏡部;還包括
[0010]變焦電機(jī)，變焦電機(jī)帶動(dòng)所述第一透鏡組和所述第二透鏡組水平運(yùn)行到指定的位置，形成特定的放大倍率；
[0011 ]攝像部，所述攝像部對(duì)所成的像進(jìn)行攝像；
[0012]照明組件，為紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)提供光源；
[0013]對(duì)焦電機(jī)，所述對(duì)焦電機(jī)帶動(dòng)所述攝像部以一定步數(shù)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);其中，還包括一測(cè)量被攝物體和所述理想透鏡部距離的紅外測(cè)距模塊。
[0014]所述的紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，其中，所述紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)還包括縮短水平光路的反射鏡，所述反射鏡設(shè)置于所述后透鏡組的后方，入射光線經(jīng)過(guò)所述反射鏡反射進(jìn)所述攝像部。
[0015]所述的紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，其中，所述紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)還包括對(duì)照明組件進(jìn)行散熱的散熱風(fēng)扇。
[0016]所述的紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，其中，所述前透鏡組、第一透鏡組、第二透鏡組和后透鏡組的每一透鏡組由多個(gè)凸透鏡或凹透鏡組成。
[0017]所述的紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，其中，所述紅外測(cè)距模塊包括一發(fā)射紅外光的紅外發(fā)射管和位置敏感檢測(cè)器，所述紅外發(fā)射管以一定的角度發(fā)射紅外光，經(jīng)障礙物反射后的紅外光被位置敏感檢測(cè)器接收，紅外光照射在位置敏感檢測(cè)器的不同位置產(chǎn)生不同的電壓。
[0018]所述的紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，其中，所述攝像部為CCD攝像頭。
[0019]所述的紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，其中，所述照明組件為L(zhǎng)ED光源。
[0020]—種光學(xué)成像系統(tǒng)的紅外對(duì)焦方法，其中，包括以下步驟:
[0021]步驟a:首先變焦電機(jī)帶動(dòng)第一透鏡組和第二透鏡組運(yùn)動(dòng)到指定位置，形成一個(gè)特定的放大倍率，在該放大倍率下，通過(guò)圖像對(duì)焦的方法獲取多組圖像清晰時(shí)物距和像距的數(shù)據(jù)；
[0022]步驟b:由高斯成像公式可知物距和像距呈反比例函數(shù)關(guān)系，用MATLAB軟件進(jìn)行反比例曲線擬合，得出本系統(tǒng)中物距與像距的具體關(guān)系式和物距u與像距V的反比例曲線圖；
[0023]步驟c:將物距與像距的具體關(guān)系式寫(xiě)入單片機(jī)控制程序中，根據(jù)紅外測(cè)距模塊測(cè)量到的物距U推算出對(duì)應(yīng)的像距V，再換算成對(duì)焦電機(jī)需要移動(dòng)的距離，對(duì)焦電機(jī)通過(guò)絲桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)攝像部上下運(yùn)動(dòng)。
[0024]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供一種紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)及對(duì)焦方法，首先通過(guò)紅外測(cè)模塊測(cè)量到目標(biāo)的物距，通過(guò)高斯成像公式計(jì)算出像距，然后通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)CCD攝像頭精確落在像平面景深范圍內(nèi)，算法簡(jiǎn)單，對(duì)焦速度快;對(duì)圖像的對(duì)比度和光線無(wú)要求，無(wú)論在什么情況下都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明中紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明中紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)的工作光路圖。
[0027]圖3是本發(fā)明中紅外對(duì)焦方法物距和像距擬合關(guān)系圖。
[0028]圖4是本發(fā)明中紅外對(duì)焦方法的方法流程圖。
[0029]圖5是本發(fā)明中紅外測(cè)距模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]附圖標(biāo)注說(shuō)明:
[0031 ]O前透鏡組
[0032]I照明組件
[0033]2散熱風(fēng)扇
[0034]3紅外測(cè)距模塊
[0035]4第一透鏡組
[0036]5攝像部
[0037]6第二透鏡組
[0038]7變焦電機(jī)
[0039]8反射鏡
[0040]9對(duì)焦電機(jī)[0041 ] 10后透鏡組
【具體實(shí)施方式】
[0042]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]參閱圖1，本發(fā)明提供一種紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，包括用于成像并依次設(shè)置的前透鏡組O、第一透鏡組4、第二透鏡組6和后透鏡組10，所述前透鏡組O，第一透鏡組4、第二透鏡組6和后透鏡組1等價(jià)為一理想透鏡部;還包括
[0044]變焦電機(jī)7，變焦電機(jī)7帶動(dòng)所述第一透鏡組4和所述第二透鏡組6水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)；還包括攝像部5，所述攝像部5對(duì)所成的像進(jìn)行攝像，在本實(shí)施例中，攝像部5為CCD攝像頭；照明組件I，為紅外對(duì)焦光學(xué)成像系統(tǒng)提供光源，在本實(shí)施例中，照明組件I為L(zhǎng)ED光源，LED光源發(fā)光效率高，可達(dá)到200流明