自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)

自動(dòng)對(duì)焦指的是能夠根據(jù)被測(cè)物與視覺系統(tǒng)之間的距離，來自動(dòng)調(diào)整鏡頭焦距以保持影像清晰。是利用物體光反射的原理，相機(jī)上的傳感器接收反射的光，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，帶動(dòng)電動(dòng)對(duì)焦裝置進(jìn)行對(duì)焦。自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)通常分為兩類：主動(dòng)式和被動(dòng)式。

主動(dòng)式

指的是相機(jī)上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被測(cè)物。相機(jī)上的接收器接收反射回來的紅外光或超聲波進(jìn)行對(duì)焦，其光學(xué)原理類似三角測(cè)距對(duì)焦法，即測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦。

被動(dòng)式

即直接接收并分析來自被測(cè)物自身的反光，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦的方式。這種自動(dòng)對(duì)焦方式的優(yōu)點(diǎn)是自身不需要一個(gè)發(fā)射系統(tǒng)，因而耗能少，對(duì)具有一定亮度的被測(cè)物有較為理想的自動(dòng)對(duì)焦。通常為聚焦檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。一般來說，工業(yè)上進(jìn)行使用多數(shù)為被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦。

配備有自動(dòng)對(duì)焦功能的相機(jī)，通常使用軟件搭配液態(tài)鏡頭來調(diào)整焦距，從而達(dá)到聚焦清晰的效果。

只有在需要對(duì)焦的區(qū)域中需要達(dá)到最佳聚焦點(diǎn)時(shí)才會(huì)有作用，然后會(huì)停止自動(dòng)對(duì)焦的動(dòng)作。這就是通過接收來自被測(cè)物自身反射的信息，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)分析，從而達(dá)到控制液態(tài)鏡頭，改變焦距的效果。

有不同的方法來測(cè)量圖像的清晰度，依據(jù)兩個(gè)基本原理。第一個(gè)原理是圖像的邊緣清晰度。也就是在實(shí)際獲取的圖像中，搜索相鄰像素之間的大的灰度值的跳躍，來突出顯示邊緣或者輪廓。這些邊緣輪廓的對(duì)比度則用來決定圖像的銳利度。邊緣圖像越清晰，原始圖像的清晰度越高。（具體可以參考圖像在時(shí)域和頻域的轉(zhuǎn)換中的高頻部分）。

第二個(gè)原理是基于圖像直方圖的值的分析。可以用來計(jì)算圖像的平均灰度值的像素值的變化量。方差越大，現(xiàn)有的灰度值邊緣和圖像的對(duì)比度就越高。如果圖像變得不聚焦，那么之前的灰度值跳躍大的邊緣就會(huì)呈現(xiàn)斜坡形式的梯度，導(dǎo)致圖像的對(duì)比度降低。也就是說，圖像越清晰，灰度擴(kuò)散越高，圖像中的對(duì)比度也就越高，圖像也越清晰。

在使用自動(dòng)對(duì)焦，焦距在改變過程中，圖像的銳利度和方差是會(huì)實(shí)時(shí)改變的，通過軟件進(jìn)行圖像銳利度以及方差的分析處理，達(dá)到一個(gè)效果顯著的清晰圖像。

自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)使用液態(tài)鏡頭來實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)透鏡有所不同，液體鏡頭是一種使用一種或多種液體制成的無(wú)機(jī)械連接的光學(xué)元件，可以通過外部控制改變光學(xué)元件的內(nèi)部參數(shù)，有著傳統(tǒng)光學(xué)透鏡無(wú)法比擬的性能。簡(jiǎn)單來說就是透鏡的介質(zhì)由玻璃變?yōu)橐后w。更準(zhǔn)確地來說就是一種動(dòng)態(tài)調(diào)整透鏡折射率或通過改變其表面形狀來改變焦距的新型光學(xué)元件。

就像利用玻璃制成的傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭一樣，液體鏡頭也屬于單體光學(xué)元件，但其材質(zhì)是可以改變形狀的光學(xué)液態(tài)材料。玻璃鏡頭焦距取決于其材質(zhì)和曲率半徑。液態(tài)鏡頭也遵從相同的基本原理，但其獨(dú)特之處在于可以改變曲率半徑，從而改變焦距。這種半徑變化采用電控方式，能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級(jí)的變化。生產(chǎn)廠家利用從電潤(rùn)濕到形變聚合物再到聲光調(diào)節(jié)等各種技術(shù)，控制液態(tài)鏡頭曲率半徑和折射率。

大多數(shù)成像鏡頭都是多元件鏡頭，單光學(xué)鏡頭的成像性能難以滿足需要。因此只使用液態(tài)鏡頭是不明智的。但在多元件設(shè)計(jì)中結(jié)合使用液態(tài)鏡頭和成像鏡頭，就可以發(fā)揮液態(tài)鏡頭的速度和靈活性優(yōu)勢(shì)。液態(tài)鏡頭能夠以毫秒級(jí)的反應(yīng)時(shí)間在近距離或光學(xué)無(wú)窮遠(yuǎn)對(duì)焦，這對(duì)于條碼讀取、包裝分類、安保和快速自動(dòng)化等需要在多個(gè)位置進(jìn)行對(duì)焦的應(yīng)用來說是一種理想選擇，這些被檢測(cè)物體要么尺寸不同，要么與鏡頭之間的距離不同。在需要快速對(duì)焦的各種應(yīng)用中，可以利用液態(tài)鏡頭提高成像系統(tǒng)靈活性。

【來源：光虎工業(yè)鏡頭】