針對(duì)白光掃描干涉系統(tǒng)由于物鏡景深小、干涉區(qū)間短而導(dǎo)致的調(diào)焦不準(zhǔn)確、查找條紋困難、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題,提出一種適用于白光干涉儀的自動(dòng)對(duì)焦方法,該方法包括一種結(jié)合窮舉法與爬山法的復(fù)合式對(duì)焦搜索算法,以及一種基于四叉樹(shù)分解的粗精分步對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。所提的搜索算法不需預(yù)先設(shè)定搜索范圍,步長(zhǎng)迭代可變,在能夠快速搜索的同時(shí)具有較高的搜索精度和穩(wěn)定性。所提的評(píng)價(jià)函數(shù)靈敏度較高,單峰性較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提的自動(dòng)對(duì)焦方法具有較高的對(duì)焦精度和速度,且能夠在快速準(zhǔn)確找到干涉條紋位置的同時(shí),有效地避免由條紋以及環(huán)境噪聲引起的對(duì)焦曲線多峰值問(wèn)題。 

【文章來(lái)源】：半導(dǎo)體光電. 2019,40(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１圖像的四叉樹(shù)分解四叉樹(shù)圖像塊分解的流程如下［１２］：

。根據(jù)粗對(duì)焦和精對(duì)焦對(duì)評(píng)價(jià)函數(shù)的不同性能需求，提出了基于四叉樹(shù)分解的粗精分步對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)：在粗對(duì)焦階段，需要快速檢索圖像灰度顯著變化區(qū)域，而該階段圖像灰度信息變化較少，為了減少計(jì)算量，僅通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像塊的數(shù)量計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)值；在精對(duì)焦階段，需要較高的搜索精度，該階段的圖像灰度信息變化較顯著，在統(tǒng)計(jì)圖像塊數(shù)量后，同時(shí)計(jì)算各個(gè)圖像塊的梯度信息，并將兩者加權(quán)求和作為評(píng)價(jià)函數(shù)值，以提高對(duì)焦曲線靈敏度。兩種評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)圖像的評(píng)價(jià)流程如圖２所示。圖２粗對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)與精對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)評(píng)價(jià)流程對(duì)比２基于爬山法與窮舉法的復(fù)合式對(duì)焦搜索算法由于白光掃描干涉系統(tǒng)所使用的物鏡景深較小，只有在被測(cè)物焦面位置前后很小的范圍內(nèi)才能獲取到相對(duì)清晰的圖像（如圖３中的Ｆ、Ｄ、Ｅ），其他區(qū)域內(nèi)圖像都深度離焦且前后幀圖像灰度差異極�。ㄈ鐖D３中的Ａ、Ｈ），難以依據(jù)圖像灰度變化信息進(jìn)行對(duì)焦判斷。為了減少對(duì)焦耗時(shí)、提高對(duì)焦準(zhǔn)確度以及魯棒性，結(jié)合爬山法與窮舉法的特點(diǎn)提出了一種新的對(duì)焦搜索方法。所提算法在搜索過(guò)程中，既考慮了窮舉法記錄評(píng)價(jià)函數(shù)值最大值位置的特點(diǎn)，也結(jié)合了爬山法對(duì)前后幀評(píng)價(jià)函數(shù)值進(jìn)行比較的方式。圖３對(duì)焦搜索曲線圖提出的復(fù)合式對(duì)焦搜索算法將對(duì)焦過(guò)程分為粗精兩個(gè)階段。在對(duì)焦開(kāi)始前，先將被測(cè)物移動(dòng)到靠近鏡頭的近焦端位置。首輪對(duì)焦搜索為粗對(duì)焦搜索，目的是為了尋找圖像灰度顯著變化區(qū)域。粗對(duì)焦時(shí)以一個(gè)較大的固定步長(zhǎng)向遠(yuǎn)離鏡頭的方向移動(dòng)窮舉（圖３中的①），用粗對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)式（１）

塊的數(shù)量計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)值；在精對(duì)焦階段，需要較高的搜索精度，該階段的圖像灰度信息變化較顯著，在統(tǒng)計(jì)圖像塊數(shù)量后，同時(shí)計(jì)算各個(gè)圖像塊的梯度信息，并將兩者加權(quán)求和作為評(píng)價(jià)函數(shù)值，以提高對(duì)焦曲線靈敏度。兩種評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)圖像的評(píng)價(jià)流程如圖２所示。圖２粗對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)與精對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)評(píng)價(jià)流程對(duì)比２基于爬山法與窮舉法的復(fù)合式對(duì)焦搜索算法由于白光掃描干涉系統(tǒng)所使用的物鏡景深較小，只有在被測(cè)物焦面位置前后很小的范圍內(nèi)才能獲取到相對(duì)清晰的圖像（如圖３中的Ｆ、Ｄ、Ｅ），其他區(qū)域內(nèi)圖像都深度離焦且前后幀圖像灰度差異極�。ㄈ鐖D３中的Ａ、Ｈ），難以依據(jù)圖像灰度變化信息進(jìn)行對(duì)焦判斷。為了減少對(duì)焦耗時(shí)、提高對(duì)焦準(zhǔn)確度以及魯棒性，結(jié)合爬山法與窮舉法的特點(diǎn)提出了一種新的對(duì)焦搜索方法。所提算法在搜索過(guò)程中，既考慮了窮舉法記錄評(píng)價(jià)函數(shù)值最大值位置的特點(diǎn)，也結(jié)合了爬山法對(duì)前后幀評(píng)價(jià)函數(shù)值進(jìn)行比較的方式。圖３對(duì)焦搜索曲線圖提出的復(fù)合式對(duì)焦搜索算法將對(duì)焦過(guò)程分為粗精兩個(gè)階段。在對(duì)焦開(kāi)始前，先將被測(cè)物移動(dòng)到靠近鏡頭的近焦端位置。首輪對(duì)焦搜索為粗對(duì)焦搜索，目的是為了尋找圖像灰度顯著變化區(qū)域。粗對(duì)焦時(shí)以一個(gè)較大的固定步長(zhǎng)向遠(yuǎn)離鏡頭的方向移動(dòng)窮舉（圖３中的①），用粗對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)式（１）計(jì)算每一幀圖像的評(píng)價(jià)值，保存搜索過(guò)程中評(píng)價(jià)函數(shù)值最大值Ｆｍａｘ及其所在位置，同時(shí)比較前后幀的評(píng)價(jià)函數(shù)值大小，當(dāng)連續(xù)三次出現(xiàn)當(dāng)前幀圖像評(píng)價(jià)函數(shù)值Ｆｉ小于前一幀圖像的評(píng)價(jià)函數(shù)值Ｆｉ－１，并且｜Ｆｍ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦方法研究綜述[J]. 田畔,谷朝臣,胡潔,吳開(kāi)杰,彭穎紅.  光學(xué)技術(shù). 2014(01)
[2]采用變速白光掃描干涉術(shù)測(cè)量大尺度臺(tái)階結(jié)構(gòu)[J]. 郭彤,章英,李峰,陳津平,傅星,胡小唐.  光電子.激光. 2012(08)
[3]基于閾值判定法的白光干涉儀自動(dòng)掃描技術(shù)研究[J]. 吳志順,崔長(zhǎng)彩,葉瑞芳,黃輝,李兵,黃春棋.  中國(guó)機(jī)械工程. 2012(12)
[4]白光干涉表面結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 王生懷,王淑珍,陳育榮,謝鐵邦.  儀表技術(shù)與傳感器. 2010(02)

博士論文
[1]白光掃描干涉測(cè)量方法與系統(tǒng)的研究[D]. 馬龍.天津大學(xué) 2011

碩士論文
[1]白光垂直掃描干涉術(shù)快速掃描系統(tǒng)與方法研究[D]. 焦智超.中國(guó)民航大學(xué) 2016
[2]高質(zhì)量圖像獲取與處理技術(shù)研究[D]. 張栩銚.中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所) 2016



本文編號(hào)：3029012