基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于二維投影測量領(lǐng)域，涉及工業(yè)照相機(jī)的自動(dòng)化對焦，尤其涉及一種基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)照相機(jī)實(shí)現(xiàn)對焦是投影測量的前提。目前照相機(jī)自動(dòng)對焦主要有三種方法: (I)測距法:利用某種手段測出待拍攝物體與鏡頭之間的距離，從而進(jìn)行調(diào)焦使物體成像清晰。主要分為紅外線測距法和超聲波測距法。
[0003](2)聚焦檢測法:運(yùn)用現(xiàn)代光學(xué)探測器來代替人眼的功能，判斷圖像的清晰度程度，然后通過探測器的輸出信號(hào)及控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)整鏡頭的移動(dòng)量，以達(dá)到自動(dòng)對焦的目的，主要分為對比度法和相位法。
[0004](3)基于圖像處理的自動(dòng)對焦方法:將對焦過程中圖像的某些特征作為依據(jù)，判斷出圖像最清晰時(shí)候鏡頭與被拍攝物體的距離，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏡頭移動(dòng)到這個(gè)正確位置。
[0005]以上所述三種自動(dòng)對焦方法各有其局限性。對于方法(1)，比如紅外測距和超聲測距的對焦方法，當(dāng)被測目標(biāo)對紅外光或超聲波有較強(qiáng)的吸收作用時(shí)，將使測距系統(tǒng)失靈或?qū)共粶?zhǔn)確；對于方法(2)，受光照調(diào)劑的制約，當(dāng)光線暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時(shí)，調(diào)焦就會(huì)有困難，甚至失去作用；對于方法(3)，由于圖像處理占用大量的計(jì)算機(jī)資源，這種對焦方法對計(jì)算機(jī)硬件提出了較高的要求。
[0006]在二維投影測量領(lǐng)域，一般選用二維投影測量儀作為主要工具，綜合利用上述三種方法進(jìn)行對焦。但局限性在于:手動(dòng)對焦的二維投影測量儀價(jià)格不低，具有自動(dòng)對焦功能的二維投影測量儀價(jià)格更加昂貴。
[0007]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快讀發(fā)展，RFID技術(shù)在各行各業(yè)開始得到廣泛應(yīng)用；RFID技術(shù)可靠性高，且操作簡單，無須人工進(jìn)行干預(yù)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置與方法，先在鏡頭上貼上RFID標(biāo)簽，再由點(diǎn)激光器發(fā)射光束，光束由平面鏡反射透過鏡頭成像在CCD像平面上，記錄此時(shí)像點(diǎn)在CCD像平面上的圖像坐標(biāo)，即該鏡頭的對焦坐標(biāo)；不同的鏡頭有對應(yīng)的RFID標(biāo)簽，同時(shí)有對應(yīng)的對焦坐標(biāo)，存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中；最后由計(jì)算機(jī)控制三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸上下運(yùn)動(dòng)使得像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)坐標(biāo)位置實(shí)現(xiàn)(XD照相機(jī)的自動(dòng)化快速對焦。
[0009]本發(fā)明的基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置，包括CXD照相機(jī)、基板、底板、固定桿、點(diǎn)激光發(fā)射器、RFID標(biāo)簽和讀寫器；所述的底板固定在三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸的測頭座上；所述的CCD照相機(jī)固定在基板上；所述固定桿一端端部的橢圓柱形底座嵌入基板上的橢圓柱凹槽內(nèi)，且橢圓柱形底座的中心通過螺釘固定在基板上；固定桿的另一端圓柱面上開有圓柱形通孔；圓柱形通孔的軸線平行于固定桿的端面，且與三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸的夾角為5?10° ;圓柱形通孔的底部傾向CCD照相機(jī)側(cè)面；所述的點(diǎn)激光發(fā)射器固定在固定桿的圓柱形通孔中；所述的RFID標(biāo)簽貼在CCD照相機(jī)的鏡頭上?；迳系膬蓚€(gè)八分之一凸球定位塊分別嵌入底板上對應(yīng)的一個(gè)八分之一凹球定位槽內(nèi)，基板上的四分之一凸球定位塊嵌入底板上的四分之一凹球定位槽內(nèi)；內(nèi)嵌在基板端面上的四塊圓柱形鐵塊分別與內(nèi)嵌在底板端面上對應(yīng)的一塊圓柱形磁鐵相吸附。
[0010]所述的讀寫器連接有天線。
[0011]所述的八分之一凸球定位塊與八分之一凹球定位槽的形狀匹配，四分之一凸球定位塊與四分之一凹球定位槽的形狀匹配。
[0012]所述基板、底板和固定桿的材質(zhì)均為鋁合金。
[0013]采用基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置進(jìn)行對焦的方法，具體步驟如下:
步驟一、對焦裝置準(zhǔn)備。首先裝配CCD照相機(jī)、基板、底板、固定桿和點(diǎn)激光發(fā)射器，然后手持基板，通過圓柱形鐵塊和圓柱形磁鐵的引力作用將基板固定在底板上。接著將工作基臺(tái)放置在三坐標(biāo)測量機(jī)測量平臺(tái)的正中位置，并將平面鏡放在工作基臺(tái)的正中位置。
[0014]步驟二、手動(dòng)精確對焦。把一個(gè)備用鏡頭安裝在CXD照相機(jī)上，驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測量機(jī)，使對焦裝置移動(dòng)到平面鏡正上方，打開點(diǎn)激光發(fā)射器。手動(dòng)調(diào)節(jié)三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸，使Z軸上下移動(dòng)，計(jì)算機(jī)通過清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)確定激光點(diǎn)像點(diǎn)的清晰度最大時(shí)像點(diǎn)在CCD像平面上的圖像坐標(biāo)值，將此坐標(biāo)值存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，并保存為當(dāng)前鏡頭對應(yīng)的對焦坐標(biāo)。
[0015]步驟三、配置標(biāo)簽。給當(dāng)前鏡頭配置一個(gè)RFID標(biāo)簽，并將該RFID標(biāo)簽的EPC碼存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，然后在數(shù)據(jù)庫中對該RFID標(biāo)簽與該鏡頭進(jìn)行關(guān)聯(lián)，完成后取下當(dāng)前鏡頭，實(shí)現(xiàn)鏡頭、標(biāo)簽和對焦坐標(biāo)的一一對應(yīng)。
[0016]步驟四、批量處理。對所有備用鏡頭重復(fù)步驟二、三以獲取所有備用鏡頭對應(yīng)的對焦坐標(biāo)。
[0017]步驟五、完成自動(dòng)化快速對焦。針對實(shí)際的測量任務(wù)，在備選鏡頭中選取一個(gè)鏡頭，安裝在CCD照相機(jī)上。讀寫器向該鏡頭的RFID標(biāo)簽發(fā)射無線激勵(lì)信號(hào)，RFID標(biāo)簽在無線信號(hào)的激勵(lì)下產(chǎn)生激勵(lì)電流，并形成工作電壓，將自身的EPC碼發(fā)送給讀寫器，讀寫器將接收的EPC碼傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)EPC碼在數(shù)據(jù)庫中尋找該RFID標(biāo)簽對應(yīng)的對焦坐標(biāo)，即該鏡頭的對焦坐標(biāo)。然后，計(jì)算機(jī)對激光點(diǎn)像點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測量機(jī)，使Z軸上下移動(dòng)，直至激光點(diǎn)像點(diǎn)的圖像坐標(biāo)與對焦坐標(biāo)相同，完成自動(dòng)化快速對焦。
[0018]本發(fā)明具有的有益效果是:
(I)利用三坐標(biāo)測量機(jī)精確的空間定位能力實(shí)現(xiàn)高精度的對焦。
[0019](2)利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對焦的快速自動(dòng)化，操作簡單、便捷。
[0020](3)對焦裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的工作原理圖；
圖2是本發(fā)明的基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置中各個(gè)零件立體圖；
圖3-1是本發(fā)明中固定桿的立體圖； 圖3-2是本發(fā)明中固定桿的二維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3-3是本發(fā)明中固定桿的圓柱形通孔軸線與三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸的夾角關(guān)系示意圖； 圖4是本發(fā)明中基板的立體圖；
圖5是本發(fā)明中底板的立體圖；
圖6是本發(fā)明中工作基臺(tái)的立體圖；
圖7是CCD像平面成像隨三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸豎直方向上下移動(dòng)的示意圖。
[0022]圖中:1、鏡頭，2、C⑶照相機(jī)，3、基板，4、底板，5、三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸，6、測頭座，7、固定桿，8、點(diǎn)激光發(fā)射器，9、RFID標(biāo)簽，10、天線，11、讀寫器，12、計(jì)算機(jī)，13、圓柱形鐵塊，14、圓柱形磁鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1、2、3-1、3_2和3_3所示，基于多傳感器集成的工業(yè)照相機(jī)自動(dòng)快速對焦裝置，包括CXD照相機(jī)2、基板3、底板4、固定桿7、點(diǎn)激光發(fā)射器8、RFID標(biāo)簽9和讀寫器11 ；底板4通過螺釘固定在三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸5的測頭座6上；(XD照相機(jī)2通過螺釘固定在基板3上；固定桿7 —端端部的橢圓柱形底座嵌入基板3上的橢圓柱凹槽內(nèi)，且橢圓柱形底座的中心通過螺釘固定在基板3上；固定桿7的另一端圓柱面上開有圓柱形通孔7-1 ;圓柱形通孔的軸線平行于固定桿7的端面，且與三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸的夾角為5° ;圓柱形通孔的底部傾向CCD照相機(jī)側(cè)面；點(diǎn)激光發(fā)射器8通過螺釘固定在固定桿7的圓柱形通孔中；RFID標(biāo)簽9貼在