基于图像处理的微装配自动调焦系统

　　1　引　言

　　自动调焦是一种保障成像系统获取高清晰度图像的技术,最早应用在照相系统中,随着精密仪器向高精度、自动化方向的发展,它的应用范围也迅速扩大,并成为显微成像系统中不可缺少的部分[1]。在对微器件成像时,对物镜的分辨率要求很高,焦深很小。因此在当前对像调焦清晰后,如果对象稍有位置变动或对稍有误差的其它物体成像,图像就变得模糊,如不采用调焦措施,则会影响微器件的识别和测量,因此必须有一套使显微系统快速自动调焦的系统。本文主要介绍的就是为一个微型器件装配系统设计的自动调焦系统。

　　2　系统总体方案

　　整个自动调焦系统分为三个模块,一是成像模块,由显微镜、CCD和图像采集卡组成,用于采集微器件图像并传输到计算机中进行处理。第二是信息处理模块,主要由微处理器和信息处理软件组成,该模块负责对采集的图像进行预处理、清晰度评价,最后发出调焦信号,控制驱动电机调节显微镜和物面之间的距离。第三是机电控制模块,由接口电路、驱动电路、调焦电机和传动装置组成,用于接收计算机信号,并驱动电机转动,实现调焦。整个系统如图1,其结构关系如图2。

　　2.1　系统硬件平台

　　系统硬件中光学显微镜采用NIKON公司的SMZ22T型立体显微镜,放大倍率较小。照明为可见光,物镜的倍率为(1×~6.3×)。焦深范围0.019~0.227 mm,视场范围Ф0.4~46.0 mm。工作距离为30~100 mm;CCD采用MINTRON的MTV21801C型,其像素604(H)×588(V)、分辨率大于450行电视扫描线;采集卡采用北京中自公司的OK2M20H黑白图像采集卡。另外还包括A/D转换器、调焦力矩电机及其驱动装置、微处理器等。

　　2.2　系统软件平台

　　整个软件由Visual C++6.0编写,主要完成清晰度计算、图像数据存储、识别、调焦电机控制以及微处理器的显示等。其中主程序流程如图3所示,软件部分主要由输入模块、图像处理模块和输出模块3个模块组成。

　　(1)输入模块

　　能够实时连续地采集图像。该模块直接面对硬件部分,把图像采集卡所采集的图像信号存储到计算机中。

　　(2)图像处理模块

　　图像处理是软件的核心模块。该模块对输入的图像进行分析得出电机的控制信号。获得的原始图像由于受到噪声的影响,会导致判断离焦状态不准确,因此首先要对图像进行去噪等预处理。消除噪声后,再对图像的清晰度进行评价比较,并自动给出调焦策略,决定是否要进行调焦,以及给出调焦的方向。

　　(3)输出模块

　　图像处理模块给出了调焦信号,该信号由输出模块转化成电机的控制信号,控制电机进行调焦动作。