基于離焦深度法設(shè)計(jì)了自動(dòng)對(duì)焦光路,光路由激光光源,準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡,調(diào)焦透鏡,攝像頭組成。使用ZEMAX軟件模擬了對(duì)焦過程,通過控制調(diào)焦透鏡的位置獲取光斑半徑,計(jì)算對(duì)焦位置。移動(dòng)調(diào)焦透鏡,分別在距離對(duì)焦目標(biāo)5.62 cm,7.38 cm,14.02 cm,16.88 cm,20.94 cm處得到了彌散光斑的直徑。計(jì)算得到的誤差在1 mm以內(nèi)�；诖�,實(shí)際搭建了對(duì)焦光路并進(jìn)行模擬。采用位移滑軌模擬透鏡的變焦運(yùn)動(dòng),由攝像頭獲取物面上的激光斑點(diǎn),通過MATLAB編程來快速獲得光斑直徑的之間的比例。結(jié)果顯示,對(duì)焦結(jié)果誤差在1 cm以內(nèi),考慮到導(dǎo)軌讀數(shù)存在誤差,攝像頭像素有限,激光功率不穩(wěn)定等原因,雖然實(shí)際結(jié)果與理論模擬之間存在差異,但證實(shí)了此方法的可行性。后續(xù)工作將用位移平臺(tái)替換手動(dòng)滑軌,編程精密控制透鏡的移動(dòng)位置,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。研究工作為改進(jìn)本課題組已經(jīng)開發(fā)的便攜式高靈敏毒品熒光檢測(cè)系統(tǒng)提供技術(shù)參考。 

【文章來源】：光電子·激光. 2019,30(01)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)圖Ｆｉｇ．１Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｄｉａｇｒａｍｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

第一個(gè)焦距為１０ｃｍ的透鏡，由于透鏡具有一定厚度，所以使它的前表面距離光源９．８８ｃｍ，這時(shí)恰好使光源發(fā)出的光準(zhǔn)直。隨后放置第二個(gè)焦距為１０ｃｍ的透鏡，使它的前表面距離第一個(gè)透鏡的后表面２０ｃｍ。因?yàn)楣馐诰嚯x第二個(gè)透鏡后表面９．７３ｍｍ的位置處聚焦，所以將距離第二個(gè)透鏡后表面９．７３ｍｍ的位置，即Ｌ＝９．７３ｍｍ處設(shè)置為光路后表面，也就是光斑點(diǎn)陣圖的獲取位置。此時(shí)得到的激光光斑半徑最小，如圖３（ｂ）所示。圖２自動(dòng)對(duì)焦光路圖Ｆｉｇ．２Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇ表１ＺＥＭＡＮ模擬參數(shù)值Ｔａｂ．１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＺＥＭＡＸ圖３（ａ）ＺＥＭＡＸ模擬光路；（ｂ）對(duì)焦目標(biāo)上光斑的點(diǎn)陣圖Ｆｉｇ．３（ａ）ＯｐｔｉｃａｌｐａｔｈｗａｙｏｆＺＥＭＡＸ；（ｂ）Ｔｈｅｂｉｔｍａｐｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｓｐｏｔｓｏｎｔｈｅｆｏｃｕｓｔａｒｇｅｔ維持光源與物面之間的距離為２９．７３ｃｍ進(jìn)行模擬調(diào)焦。維持激光光源與對(duì)焦目標(biāo)之間的距離不變，只移動(dòng)調(diào)焦透鏡運(yùn)動(dòng)距離ｓ，并在相距ｓ的兩個(gè)位置分別獲得兩個(gè)光斑直徑，即可求得離焦深度。設(shè)定光源距離對(duì)焦目標(biāo)的距離是２９．７３ｃｍ，在保持對(duì)焦目標(biāo)不動(dòng)的情況下設(shè)置調(diào)焦透鏡的后表面與對(duì)焦目標(biāo)之間的距離為Ｌ，記錄光斑點(diǎn)陣圖的信息，即獲得調(diào)焦透鏡在不同位置時(shí)光斑的直徑大小。�。谭謩e為５．６２ｃｍ，７．３８ｃｍ，１４．０２ｃｍ和１６．８８ｃｍ，得到結(jié)果展示于圖４中。選擇四組光斑半徑與透鏡移動(dòng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦運(yùn)算的模擬。在

實(shí)際搭建了對(duì)焦光路如圖５所示。對(duì)焦光路由激光光源，準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡，光闌，調(diào)焦透鏡，遮光板，滑軌，攝像頭和ＰＣ組成，其中調(diào)焦透鏡安置在行程２０ｃｍ的滑軌上，在滑軌末端放置黑色遮光板作為對(duì)焦目標(biāo)。激光光源放置在準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡的焦點(diǎn)上，激光經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡準(zhǔn)直，再經(jīng)過調(diào)焦透鏡聚焦，最終照射在遮光板上，在滑軌上移動(dòng)調(diào)焦透鏡，可以在遮光板上得到半徑變化的激光光斑，由攝像頭采集調(diào)焦透鏡處于不同位置時(shí)的光斑圖像，如圖６所示。通過ＭＡＴＬＡＢ軟件編程并進(jìn)行圖像分析和處理，就可以得到光斑直徑比例，再根據(jù)采集光斑是調(diào)焦透鏡所處的坐標(biāo)，就可以計(jì)算出離焦量。當(dāng)變焦透鏡在初始位置１時(shí)，讀出該位置的導(dǎo)軌坐標(biāo)，并用攝像頭采集此時(shí)的光斑圖像。然后將透鏡移動(dòng)距離ｓ到達(dá)位置２，再次用攝像頭采集光斑圖像。獲得兩張圖像之后，使用ＭＡＴＬＡＢ進(jìn)行圖像處理，得到在位置２處采集到的光斑直徑與兩個(gè)光斑直徑之和的比值，即透鏡的離焦比例。離焦比例與透鏡移動(dòng)距離ｓ相乘可得透鏡的離焦深度，如表３所示。圖５搭建的自動(dòng)對(duì)焦光路Ｆｉｇ．５Ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓｉｎｇ圖６調(diào)焦透鏡位于Ｌ處，遮光板上的激光光斑圖像：（ａ）Ｌ＝２０．９４ｃｍ；（ｂ）Ｌ＝１６．８８ｃｍ；（ｃ）Ｌ＝１４．０２ｃｍ；（ｄ）Ｌ＝７．３８ｃｍ；（ｅ）Ｌ＝５．６２ｃｍＦｉｇ．６Ｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｇｈｔｓｐｏｔｉｍａｇｅｏｎｔｈｅｍａｓｋｗｉｔｈ（ａ）Ｌ＝２０．９４ｃｍ；

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生活飲用水理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果分析[J]. 任海鵬,畢紅杰,李偉偉,趙進(jìn)華,孔娜.  醫(yī)學(xué)動(dòng)物防制. 2018(02)
[2]微痕量毒品檢測(cè)中的熒光技術(shù)[J]. 劉科,房喻.  中國(guó)安防. 2016(10)
[3]基于飽和像素剔除的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)[J]. 王燁茹,馮華君,徐之海,李奇,陳躍庭.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2016(12)
[4]基于光誘導(dǎo)延遲發(fā)光的微量毒品檢測(cè)研究[J]. 王巖,陳平,林列,張凱,馬華,阮世超,周欣欣,楊若晨.  光電子·激光. 2014(11)
[5]色散型多光譜圖像的全數(shù)字對(duì)焦算法[J]. 徐林麗,李宏寧,孫煜洋,馮潔,楊衛(wèi)平.  光電子·激光. 2014(11)
[6]基于Hadamard變換的數(shù)碼顯微成像自動(dòng)對(duì)焦新方法[J]. 符冉迪,易文娟,郁梅,蔣剛毅.  光電子.激光. 2008(12)



本文編號(hào)：3533805