摘要：為滿足基于機(jī)器視覺的工業(yè)檢測系統(tǒng)中對自動對焦快速性的要求，提出了一種基于激光技術(shù)的新型嵌入式高速對焦系統(tǒng)。該方法利用在同一光路中激光與可見光互不影響的特性和DSP高速圖像處理的能力，通過檢測特殊設(shè)計光學(xué)回路反射回來的激光光斑信息，主動控制運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)工業(yè)檢測系統(tǒng)顯微鏡的快速和穩(wěn)定對焦。該對焦方法改善了TFT-LCD光學(xué)檢測系統(tǒng)中基于被動的圖像處理和基于主動測距等傳統(tǒng)對焦方式精度低和速度慢等缺陷。測試結(jié)果表明，該新型對焦系統(tǒng)極大的縮短了對焦的時間，并且提高了對焦系統(tǒng)的控制精度，滿足了工業(yè)光學(xué)檢測系統(tǒng)中實際應(yīng)用的要求。 

關(guān)鍵詞：自動對焦；光學(xué)檢測；TFT-LCD；壓電陶瓷；伺服電機(jī)

0 引言

隨著信息化的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在多個領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。為了快捷地獲取清晰的圖像視覺信息，自動對焦技術(shù)凸顯出至關(guān)重要的作用，例如工業(yè)光學(xué)檢測系統(tǒng)中和醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中的自動對焦。國內(nèi)現(xiàn)有的顯微鏡自動對焦方式主要是基于被動的圖像處理方法來實現(xiàn)，這種方法通過相機(jī)連續(xù)的拍攝圖像，通過分析圖像前后的清晰度判別焦平面的位置，從而控制電機(jī)調(diào)節(jié)位移實現(xiàn)對焦。但是該調(diào)焦方式需要分析多幅圖片信息才能完成對焦，對焦過程中需要處理大量的圖像數(shù)據(jù)，對焦時間較長，無法滿足工業(yè)檢測現(xiàn)場實時性和快速性要求。

系統(tǒng)在顯微鏡主光路中加入一路離焦量檢測的激光光束，通過設(shè)計的特殊光學(xué)回路將激光光束反射到CCD檢測屏上，并結(jié)合TI公司生產(chǎn)的DSPTMS320DM642高速的數(shù)據(jù)圖像處理能力，設(shè)計了一種新型的顯微鏡自動對焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了在0.5s內(nèi)完成顯微鏡的快速自動對焦，其速度與普通的被動對焦算法相比高出一個數(shù)量級，極大的滿足了工業(yè)檢測系統(tǒng)中的實時性要求，提高了現(xiàn)有顯微鏡自動調(diào)焦水平。

1 系統(tǒng)對焦原理

圖1.調(diào)焦光學(xué)原理