专利名称：表面多点对焦系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种测量技术，尤其涉及一种对工件表面进行多点对焦实现测量的系统及方法。
背景技术：
影像测量仪是坐标测量机的一种，可利用光学显微镜对待测物体进行自由倍率的放大成像，经过CCD摄像系统，将放大后的被测物体影像传输到与仪器相连接的计算机，用以进行非接触、高效检测各种复杂工件的几何量。影像量测仪利用影像量测系统(Vision Measuring System, VMS)对工件进行测量的过程中，需要对工件表面每个细微处进行测量及高度评估，然而，对细微处的测量往往需要用辅助设备才能达到客户要求。如此，必然导致测量效率的低下以及误差的加大。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种表面多点对焦系统及方法，可不需借用辅助设备即可实现对工件表面进行多点对焦并取点，并获取工件表面轮廓的点云以对工件各方面进行精确的测量。一种表面多点对焦系统，运用于影像测量仪，该影像测量仪包括位于该影像测量仪Z轴的电荷藕合器件CCD以及位于XY平面的测量台面，该系统包括选择模块，用于确定对焦点选择方式；计算模块，用于在该CCD从预设对焦范围的上对焦范围至下对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围；所述的计算模块，还用于在该CCD从调整对焦范围的下对焦范围至上对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标；及输出模块，用于输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标。一种表面多点对焦方法，运用于影像测量仪，该影像测量仪包括位于该影像测量仪Z轴的电荷藕合器件CCD以及位于XY平面的测量台面，该方法包括(I)确定对焦点选择方式；(2)在该CCD从预设对焦范围的上对焦范围至下对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围；(3)在该C⑶从调整对焦范围的下对焦范围至上对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标；及(4)输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标。相较于现有技术，所述的表面多点对焦系统及方法，可不需借用辅助设备即可实现对工件表面进行多点对焦并取点，并获取工件表面轮廓的点云以对工件各方面进行精确的测量。
图I是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的功能模块图。
图2是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的坐标系构建示意图。图3是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的相邻两对焦点坐标不意图。图4是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的计算区域示意图。图5是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的对焦点的清晰度与坐标关系示意图。图6是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的清晰度与坐标关系的曲线示意图。图7是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的面积计算公式。图8是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的主流程图。 图9是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的步骤S6的细化流程图。图10是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的步骤S64的细化流程图。图11是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的步骤S66的细化流程图。图12是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的垂直平分线确定流程图。主要元件符号说明影像测量仪I处理器10存储装置12显示屏14表面多点对焦系统 2设置模块20选择模块22计算模块24输出模块2具体实施例方式如图I所示，是本发明表面多点对焦系统的较佳实施方式的功能模块图。所述的表面多点对焦系统2应用于影像测量仪I中，用于对工件表面进行多点对焦并取点，从而获取工件表面轮廓的点云以对工件各方面进行精确的测量。此外，在其它实施方式中，所述的表面多点对焦系统2还可应用在与该影像测量仪I相连的电子装置中，例如计算机、服务器、测量仪器等。所述影像测量仪I包括处理器10以及存储装置12。所述的处理器10用于执行所述影像测量仪I内安装的各类软件，例如，所述的表面多点对焦系统2、操作系统等应用软件。所述的存储装置12用于存储各类数据，例如，测量参数、利用所述的表面多点对焦系统2设置及计算所得的数据等。所述存储装置12可以是所述影像测量仪I的硬盘，还可以是可移动的内存卡、闪存卡等。在本较佳实施方式中，所述的表面多点对焦系统2包括多个功能模块，分别是设置模块20、选择模块22、计算模块24以及输出模块26。利用所述表面多点对焦系统2对工件进行影像测量时需确定待测量点，在本实施方式中，所述待测量点视为需要进行对焦的点，在下文称为“对焦点”。
通常，影像测量仪I包括位于XY平面的测量台面以及位于该影像测量仪I的立柱的电荷藕合器件(CO), Charge Coupled Device),该立柱视为Z轴。所述测量台面用于放置需要进行测量的工件，所述CCD用于获取工件的多个不同影像以实现对工件的测量。上述的XY平面以及Z轴并非特指，而是为了便于下文在计算各项数据时进行说明，实际应用中可根据测量需求或用户习惯进行更改，例如，可以称呼该CCD所在的影像测量仪I的立柱位于X轴，测量台面为YZ平面等。所述的设置模块20，用于设置对焦点的选择方式，包括沿X轴取对焦点、沿Y轴取对焦点、根据设置的行数及列数取对焦点，取对焦点的单位 为一个像素(PIXEL)。所述设置模块20可通过在所述表面多点对焦系统2的操作界面上提供对应于各个选择方式的功能按钮或对话框，以便用户方便选择。当工件放置在所述影像测量仪I的测量台面时，该CXD拍摄的工件的影像是平面影像。该影像视为在XY平面的影像，因此，影像中的每个对焦点对应一个XY坐标。在选取对焦点时，可根据上述选择方式在所拍摄的影像中沿X轴或Y轴每像素取一个对焦点，例如，(XD所拍摄的影像区域的面积是640pixelX480pixel,那么可以认为若沿X轴取对焦点能获取640个对焦点，若沿Y轴取对焦点能获取480个对焦点，实际应用中可根据CCD的分辨率或其它因素确定该影像区域的面积进行取点。若选择根据设置的行数及列数取对焦点，用户可根据测试需求输入行数和列数，而获取的对焦点的个数为行数X列数，例如20X20。所述的设置模块20，还用于预设对焦范围，以及预设该CCD的多个移动速度，在本实施方式中，该对焦范围为该CCD在测量过程中沿Z轴上下移动的一个范围。参考图2所示的立体坐标系，该实心椭圆表示CCD,而所述的预设对焦范围是[Zl, Z2]。所述的设置模块20，进一步用于设置对焦点的计算区域，该计算区域用以计算对焦点的清晰度，下文将进行详细描述。所述的选择模块22，用于根据用户选择确定对焦点的选择方式。所述的计算模块24，用于在该CCD从预设对焦范围的上对焦范围至下对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围。具体的计算方式可参照下文针对图8至图12的详细描述。所述的计算模块24，还用于在该CXD从调整对焦范围的下对焦范围至上对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标。确定调整对焦范围后再次进行测量是为了增加测量的精确性，并且进一步缩小该CCD的移动范围。具体的计算方式与计算每个对焦点的第一位置坐标的计算方式相同，可参考下文针对图8至图12的详细描述。所述的输出模块26，用于输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标，S卩，剔除不在调整对焦范围内的对焦点。所述的输出模块26，还用于根据输出的所有对焦点的第二位置坐标生成工件的点云。图8是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的主流程图。首先，步骤S2，所述的选择模块22根据用户选择确定对焦点的选择方式。步骤S4，将该CXD移动至由所述设置模块20预设对焦范围的上对焦范围处，并控制该CCD沿Z轴以第一预设速度向该预设对焦范围的下对焦范围移动。例如，该第一预设速度是9mm/s。步骤S6，所述的计算模块24在该CCD的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围。具体的计算方式可参照图9的详细描述。步骤S8，将该CXD移动至调整对焦范围的下对焦范围处，并控制该C⑶沿Z轴以第二预设速度向该调整对焦范围的上对焦范围移动。在本实施方式中，所述第二预设速度可以是所述第一预设速度的二分之一，通过控制该CCD以更慢的速度移动来获取更多的影像进行后续的计算和分析，从而确保测量数据的准确性。例如，该第二预设速度是4. 5mm/s。步骤S10，所述的计算模块24在该CXD从调整对焦范围的下对焦范围至上对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标。本步骤涉及的计算方式与步骤S6的计算方式相同，可参考下文针对步骤S6的细化流程的描述。 步骤S12，所述的输出模块26输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标，并根据输出的所有对焦点的第二位置坐标生成工件的点云，然后，结束本流程。图9是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的步骤S6的细化流程图。首先，步骤S60，在该CCD沿Z轴从预设对焦范围的上对焦范围以第一预设速度向该预设对焦范围的下对焦范围移动时，所述的计算模块24从该CCD获取工件的多个影像，并读取每个影像对应的该CXD所在Z轴的坐标。该CXD在沿Z轴移动的过程中拍摄影像，因此，所述的计算模块24在获取该影像的同时也读取到该CCD拍摄该影像时所处的Z坐标。步骤S61，所述的计算模块24根据所确定的对焦点选择方式确定在影像中的多个对焦点。步骤S62，所述的计算模块24根据所确定的对焦点选择方式判断对焦方式是否为线上多点对焦或所有像素点多点对焦。在本实施方式中，若选择沿X轴或Y轴取对焦点，则确定对焦方式是所有像素点多点对焦；若选择根据设置的行数及列数取对焦点，并且行数或列数有一个值为I时，则确定对焦方式是线上多点对焦。若对焦方式不是线上多点对焦或所有像素点多点对焦，步骤S63，所述的计算模块24根据待测对焦点所在计算区域内的其它对焦点的灰度值计算该待测对焦点的清晰度。例如，可根据如下计算公式“清晰度=Σ {Abs[g(x-1, y)_g(x+l, y)]+Abs[g(x, y_l)-g(x,y+1)]}”计算该待测对焦点的清晰度，其中g(x，y)表示待测对焦点(x，y)的灰度值，即，上述公式是将在计算区域内与该待测对焦点的相邻的对焦点的灰度值的差值的绝对值进行相加以确定该待测对焦点的清晰度。若对焦方式是线上多点对焦或所有像素点多点对焦，步骤S64，所述的计算模块24利用相邻两点递推法计算每个对焦点的清晰度。详细内容可参照图10针对步骤S64的细化流程。步骤S65，判断该C⑶是否已经到达该预设对焦范围的下对焦范围。若该CXD尚未到达该预设对焦范围的下对焦范围，则流程返回至步骤S60。若该CXD已经到达该预设对焦范围的下对焦范围，于步骤S66，所述的计算模块24根据每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标以及每个对焦点在多个影像中的清晰度确定每个对焦点的第一位置坐标。详细内容可参照图11针对步骤S66的细化流程。
在本实施方式中，每个对焦点的位置坐标(Χ,Υ,Ζ)包括该对焦点在XY平面的坐标以及对应的C⑶所在Z轴的坐标。其中，该位置坐标(Χ，Υ，Ζ)的确定方式在图11中进行介绍。
步骤S67，所述的计算模块24根据所有对焦点的Z坐标确定调整对焦范围，然后，结束本流程。例如，假设预设对焦范围是[Ζ1，Ζ2]，如果所有对焦点的Z坐标中最大的Z坐标是Ζ3，而最小的Z坐标是Zl，那么调整对焦范围可以确定为[Zl，Ζ3]。图10是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的步骤S64的细化流程图。本流程详细描述相邻两点递推法的运用。首先，步骤S640，所述的设置模块20预先设置对焦点计算区域，所述的计算模块24确定第一影像中的第一对焦点的第一计算区域。步骤S642，所述的计算模块24根据第一计算区域内的其它对焦点的灰度值计算该第一对焦点的清晰度。如上文所述，可根据计算公式“清晰度=Σ {Abs[g(x-l,y)-g(x+1,y)]+Abs[g(x, y-l)-g (x, y+1) ]} ”计算该第一对焦点的清晰度,其中g(x, y)表示第一对焦点(X，y)的灰度值。步骤S644，所述的计算模块24确定与该第一对焦点相邻的第二对焦点的第二计算区域，并确定该第二计算区域与第一计算区域的重合计算区域。参考如图3所示的相邻两对焦点坐标示意图,假设对焦点a(X2, Y3)是第一对焦点，相邻的对焦点b(X3，Y3)是第二对焦点。假设对焦点计算区域XXY为5X5，进一步结合如图4所示的计算区域示意图，图4(1)中对焦点a的计算区域四个端点坐标分别是(0，O)、(X5，0)、(O, Y5)、(X5，Y5)。图4(2)中对焦点b的计算区域四个端点坐标分别是(XI，O)、(X6，0)、(XI，Y5)、(X6，Y5)。如此，可确认如图4(3)所示的重合计算区域，分别包括四个端点坐标(Χ1，0)、(Χ5，0)、(XI，Υ5)、(Χ5，Υ5)。所述表面多点对焦系统2会自动存储每个对焦点的计算区域的坐标信息，所述计算模块24确定出重合计算区域的大小，并在计算一个对焦点的清晰度且该对焦点与相邻对焦点具有重合计算区域时直接调用该重合计算区域的相关计算数据以省略重复计算，加快计算效率。步骤S646，所述的计算模块24在计算第二对焦点的清晰度时直接调用重合计算区域内的计算数据并根据第二计算区域内非重合计算区域的其它对焦点的灰度值计算该第二对焦点的清晰度，然后，结束本流程。利用CXD拍摄的每个影像中包括多个对焦点，通过上述流程可确定每个影像中每个对焦点的清晰度。需注意的是，在较佳实施方式中，通过上述流程的相邻两点递推法可有效提高计算效率，节省不必要的重复计算步骤，然而，如图9的步骤S63所介绍的计算方法也同样适用于本发明的各个实施方式中来根据待测对焦点所在计算区域内的其它对焦点的灰度值计算该待测对焦点的清晰度。图11是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的步骤S66的细化流程图。首先，步骤S660，所述的计算模块24根据同一个对焦点在不同的影像中的清晰度以及不同影像分别对应的Z坐标(即为CXD拍摄该影像时所在的Z轴坐标)建立多个数组，并根据每个对焦点的清晰度与Z坐标的关系构建一个平面坐标系，以及根据每个对焦点在不同影像中的清晰度以及该不同影像分别对应的Z坐标绘制曲线。结合图5所示的对焦点数组为例进行说明,对焦点a的数组I包括该对焦点a在不同影像中的清晰度以及对应的Z坐标，分别是影像I中对焦点a的清晰度Pal，该影像I对应的Z坐标为Z1，影像2中对焦点a的清晰度Pa2，该影像2对应的Z坐标为Z2，影像3中对焦点a的清晰度Pa3，该影像3对应的Z坐标为Z3，影像η中对焦点a的清晰度Pan,该影像η对应的Z坐标为Zn。根据对焦点a的数组I中不同清晰度与不同Z坐标之间的关系，所述计算模块24建立如图6所示的平面坐标系Ρ0Ζ，并根据对焦点a在不同影像中的清晰度以及对应的Z坐标绘制曲线。步骤S662,所述的计算模块24确定每个对焦点的最大清晰度,确定位于曲线顶点的该最大清晰度两侧的两个最小清晰度，并选择两个最小清晰度中较大的一个清晰度。结合图6所示，所述计算模块24可确定对焦点a的最大清晰度为Pmax，位于该最大清晰度两侧的两个最小清晰度分别为左侧最小清晰度Pminl以及右侧最小清晰度Pmin2,经比较可确定 Pniinl > Pniin^ 步骤S664，所述的计算模块24确定该最大清晰度与该选择的最小清晰度之间的曲线所围成的区域为封闭区域。如图6所示的R区域为所绘制的曲线在P = Pfflax以及P =Pminl之间形成的封闭区域。步骤S666，所述的计算模块24确定垂直平分该封闭区域的垂直平分线，并确定该垂直平分线所在的Z坐标为该对焦点的Z坐标，结合该Z坐标以及该对焦点的平面坐标即可确定该对焦点的第一位置坐标，然后，结束本流程。针对垂直平分线的确定的详细流程可参考图12的描述。假设如图6所示，Z = Zfflid为所确定的垂直平分线，即Zmid为该对焦点a的Z坐标，结合对焦点a的平面坐标(X，Y)即可确定该对焦点a的第一位置坐标是(X，Y，Zmid)。需注意的是，根据对焦点的选择方式可确定每个对焦点的平面坐标是固定不变的。上述流程详细介绍了对焦点的第一位置坐标的计算方式，而对焦点的第二位置坐标的计算方式与第一位置坐标的计算方式相同，区别点在于将预设对焦范围改变成调整对焦范围后，令该CCD以更慢的速度在调整对焦范围内移动并获取更多的影像，从而保证第二次计算所得的对焦点的第二位置坐标更为精确，如此输出的工件表面轮廓的点云也更为准确。图12是本发明表面多点对焦方法的较佳实施方式的垂直平分线确定流程图。首先，步骤S70，所述的计算模块24根据如图7所示的计算公式可计算该封闭区域(R区域)的面积。步骤S72，所述的计算模块24绘制一条经过最大清晰度Pmax所在的顶点的直线。步骤S74，所述的计算模块24根据如图7所示的计算公式可分别计算该绘制直线将该封闭区域分割的左右两部分区域的面积。步骤S76，所述的计算模块24判断左右两部分区域的面积的差值的绝对值是否大于预设的阀值。该阀值可根据测试需求预先由所述设置模块20进行设置。若左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于或等于一个预设阀值，于步骤S78，所述的计算模块24确定该绘制直线为垂直平分线，然后，结束本流程。若左右两部分区域的面积的差值的绝对值大于一个预设阀值，于步骤S80，所述的计算模块24判断左边部分区域的面积是否大于右边部分区域的面积。
若左边部分区域的面积大于右边部分区域的面积时，于步骤S82，所述的计算模块24将该绘制直线向左移动一个单位的距离，然后，流程返回至步骤S74，重新计算移动后绘制直线分割的左右两部分区域的面积大小。若右边部分区域的面积大于左边部分区域的面积时，于步骤S84，所述的计算模块24将该绘制直线向右移动一个单位的距离，然后，流程返回至步骤S74，重新计算移动后绘制直线分割的左右两部分区域的面积大小。上述方式通过移动绘制直线若干单位的距离直至该左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于一个预设阀值，从而确定垂直平分线。全文所述的所有计算方式仅是举例说明，皆可用本领域内已知的其他数学方法进行计算。以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案 进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种表面多点对焦系统，运用于影像测量仪，该影像测量仪包括位于该影像测量仪Z轴的电荷藕合器件CCD以及位于XY平面的测量台面，其特征在于，该系统包括 选择模块，用于确定对焦点选择方式； 计算模块，用于在该CCD从预设对焦范围的上对焦范围至下对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围； 所述的计算模块，还用于在该CCD从调整对焦范围的下对焦范围至上对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标 '及输出模块，用于输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标。
2.如权利要求I所述的表面多点对焦系统，其特征在于，所述的输出模块还用于根据输出的所有对焦点的第二位置坐标生成工件的点云。
3.如权利要求I所述的表面多点对焦系统，其特征在于，所述的计算模块通过如下方式计算每个对焦点的第一位置坐标 在该CCD沿Z轴从预设对焦范围的上对焦范围以第一预设速度向该预设对焦范围的下对焦范围移动时，从该CCD获取工件的多个影像，并读取每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标； 根据所确定的对焦点选择方式确定在每个影像中的多个对焦点； 根据每个对焦点的灰度值及平面坐标计算每个对焦点的清晰度； 在该CCD到达该预设对焦范围的下对焦范围时，根据每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标以及每个对焦点在多个影像中的清晰度确定每个对焦点的第一位置坐标；及根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围。
4.如权利要求3所述的表面多点对焦系统，其特征在于，所述的计算模块通过如下方式计算每个对焦点的清晰度 若根据对焦点的选择方式确定为线上多点对焦或是所有像素点多点对焦时，利用相邻两点递推法计算每个对焦点的清晰度，所述相邻两点递推法包括 设置对焦点计算区域，确定第一影像中的第一对焦点的第一计算区域； 根据第一计算区域内的其它对焦点的灰度值计算该第一对焦点的清晰度； 确定与该第一对焦点相邻的第二对焦点的第二计算区域，并确定该第二计算区域与第一计算区域的重合计算区域； 在计算第二对焦点的清晰度时直接调用重合计算区域内的计算数据并根据第二计算区域内非重合计算区域的其它对焦点的灰度值计算该第二对焦点的清晰度。
5.如权利要求3所述的表面多点对焦系统，其特征在于，所述的计算模块通过如下方式确定每个对焦点的第一位置坐标 利用清晰度与Z坐标的关系构建一个平面坐标系，并根据每个对焦点在不同影像中的清晰度以及该不同影像分别对应的Z坐标绘制曲线； 确定每个对焦点的最大清晰度，确定位于曲线顶点的该最大清晰度两侧的两个最小清晰度，并选择两个最小清晰度中较大的一个清晰度； 确定该最大清晰度与该选择的清晰度之间的曲线所围成的区域为封闭区域；及 确定垂直平分该封闭区域的垂直平分线，并确定该垂直平分线所在的Z坐标为该对焦点的Z坐标,结合该Z坐标以及该对焦点的平面坐标确定该对焦点的第一位置坐标。
6.如权利要求5所述的表面多点对焦系统，其特征在于，所述的计算模块通过如下方式确定垂直平分该封闭区域的垂直平分线 计算该封闭区域的面积； 绘制一条经过最大清晰度所在的顶点的直线，计算该绘制直线将该封闭区域分割的左右两部分区域的面积； 若左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于或等于一个预设阀值，确 定该绘制直线为垂直平分线； 若左右两部分区域的面积的差值的绝对值大于一个预设阀值，且左边部分区域的面积大于右边部分区域的面积时，将该绘制直线向左移动一个或多个单位的距离直至该左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于一个预设阀值，并确定该移动后的绘制直线为垂直平分线；或 若左右两部分区域的面积的差值的绝对值大于一个预设阀值，且右边部分区域的面积大于左边部分区域的面积时，将该绘制直线向右移动一个或多个单位的距离直至该左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于一个预设阀值，并确定该移动后的绘制直线为垂直平分线。
7.如权利要求3所述的表面多点对焦系统，其特征在于，所述的计算模块通过如下方式计算每个对焦点的第二位置坐标 在该CCD沿Z轴从调整对焦范围的下对焦范围以第二预设速度向该调整对焦范围的上对焦范围移动时，从该CCD获取工件的多个影像，并读取每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标； 根据所确定的对焦点选择方式确定在每个影像中的多个对焦点，根据每个对焦点的灰度值计算每个对焦点的清晰度；及 在该CCD到达该调整对焦范围的上对焦范围时，根据每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标以及每个对焦点在多个影像中的清晰度确定每个对焦点的第二位置坐标。
8.一种表面多点对焦方法，运用于影像测量仪，该影像测量仪包括位于该影像测量仪Z轴的电荷藕合器件CCD以及位于XY平面的测量台面，其特征在于，该方法包括 (1)确定对焦点选择方式； (2)在该CCD从预设对焦范围的上对焦范围至下对焦范围的移动过程中，计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围； (3)在该CXD从调整对焦范围的下对焦范围至上对焦范围的移动过程中，计算该CXD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标；及 (4)输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标。
9.如权利要求8所述的表面多点对焦方法，其特征在于，所述的对焦点选择方式包括沿X轴取对焦点、沿Y轴取对焦点、根据设置的行数及列数取对焦点，取对焦点的单位为像素。
10.如权利要求8所述的表面多点对焦方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下子步骤在该CCD沿Z轴从预设对焦范围的上对焦范围以第一预设速度向该预设对焦范围的下对焦范围移动时，从该CCD获取工件的多个影像，并读取每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标； 根据所确定的对焦点选择方式确定在每个影像中的多个对焦点； 根据每个对焦点的灰度值及平面坐标计算每个对焦点的清晰度； 在该CCD到达该预设对焦范围的下对焦范围时，根据每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标以及每个对焦点在多个影像中的清晰度确定每个对焦点的第一位置坐标；及根据所有对焦点的Z坐标确定一个调整对焦范围。
11.如权利要求10所述的表面多点对焦方法，其特征在于，所述根据每个对焦点的灰 度值及平面坐标计算每个对焦点的清晰度的步骤包括 若根据对焦点的选择方式确定为线上多点对焦或是所有像素点多点对焦时，利用相邻两点递推法计算每个对焦点的清晰度，所述相邻两点递推法包括 设置对焦点计算区域，确定第一影像中的第一对焦点的第一计算区域； 根据第一计算区域内的其它对焦点的灰度值计算该第一对焦点的清晰度； 确定与该第一对焦点相邻的第二对焦点的第二计算区域，并确定该第二计算区域与第一计算区域的重合计算区域； 在计算第二对焦点的清晰度时直接调用重合计算区域内的计算数据并根据第二计算区域内非重合计算区域的其它对焦点的灰度值计算该第二对焦点的清晰度。
12.如权利要求10所述的表面多点对焦方法，其特征在于，所述的每个对焦点的第一位置坐标的确定包括如下子步骤 利用清晰度与Z坐标的关系构建一个平面坐标系，并根据每个对焦点在不同影像中的清晰度以及该不同影像分别对应的Z坐标绘制曲线； 确定每个对焦点的最大清晰度，确定位于曲线顶点的该最大清晰度两侧的两个最小清晰度，并选择两个最小清晰度中较大的一个清晰度； 确定该最大清晰度与该选择的清晰度之间的曲线所围成的区域为封闭区域；及确定垂直平分该封闭区域的垂直平分线，并确定该垂直平分线所在的Z坐标为该对焦点的Z坐标,结合该Z坐标以及该对焦点的平面坐标确定该对焦点的第一位置坐标。
13.如权利要求12所述的表面多点对焦方法，其特征在于，所述垂直平分该封闭区域的垂直平分线通过如下步骤进行确定 计算该封闭区域的面积； 绘制一条经过最大清晰度所在的顶点的直线，计算该绘制直线将该封闭区域分割的左右两部分区域的面积； 若左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于或等于一个预设阀值，确定该绘制直线为垂直平分线； 若左右两部分区域的面积的差值的绝对值大于一个预设阀值，且左边部分区域的面积大于右边部分区域的面积时，将该绘制直线向左移动一个或多个单位的距离直至该左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于一个预设阀值，并确定该移动后的绘制直线为垂直平分线；或 若左右两部分区域的面积的差值的绝对值大于一个预设阀值，且右边部分区域的面积大于左边部分区域的面积时，将该绘制直线向右移动一个或多个单位的距离直至该左右两部分区域的面积的差值的绝对值小于一个预设阀值，并确定该移动后的绘制直线为垂直平分线。
14.如权利要求8所述的表面多点对焦方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下子步骤 在该CCD沿Z轴从调整对焦范围的下对焦范围以第二预设速度向该调整对焦范围的上对焦范围移动时，从该CCD获取工件的多个影像，并读取每个影像对应的该CCD所在Z轴的坐标； 根据所确定的对焦点选择方式确定在每个影像中的多个对焦点，根据每个对焦点的灰度值计算每个对焦点的清晰度；及 在该CCD到达该调整对焦范围的上对焦范围时，根据每个影像对应的该CCD所在Z轴 的坐标以及每个对焦点在多个影像中的清晰度确定每个对焦点的第二位置坐标。
全文摘要
一种表面多点对焦系统，运用于影像测量仪，该影像测量仪包括位于Z轴的电荷藕合器件CCD，该系统包括选择模块，用于确定对焦点选择方式；计算模块，用于在该CCD在预设对焦范围内移动时计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第一位置坐标，并确定一个调整对焦范围；所述的计算模块，还用于在该CCD从调整对焦范围内移动时计算该CCD获取的工件的每个影像中每个对焦点的第二位置坐标；及输出模块，用于输出在调整对焦范围内的对焦点的第二位置坐标。发明还提供一种表面多点对焦方法。利用本发明可对工件表面进行多点对焦获取测量数据。
文档编号G01B11/03GK102759788SQ20111010514
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者张旨光, 薛晓光, 袁忠奎, 陈贤艺 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司