Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

HIGH-PRECISION AUTOFOCUS USING DOUBLE WEDGE SPLITTER

 

© 2020   Yue Weng*, Wenbo Jing*, Bingkun Huang*, Hongyang Yu**, Wenjun He*

*   School of Opto-Electronic Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun, Jilin 130022, China

** School of Electronic Information and Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun, Jilin 130022, China

E-mail: wenbojing@cust.edu.cn

Submitted 28.09.2019

DOI:10.17586/1023-5086-2020-87-04-44-51

We present an autofocus technique that combines focusing technology by using double wedge splitter and computer image processing technology in order to achieve high-precision focusing. The focusing technique we proposed uses a cooperation target (a ring object) as an imaging object. The ring image is divided into two half-ring images by using double wedge splitter, and extract their edge information for curve fitting to obtain the center of curvature of the two half rings, so we can calculate the deviation distance between the two half-ring images. The control system uses the deviation distance as feedback, and the closed-loop real-time adjusts the relative position of the secondary imaging system and the double wedge splitter so that the deviation distance is the smallest, and the defocusing amount is also the smallest now. In this paper, we propose the optical system model, analyze the algorithm flow in details, and verify the feasibility of the focusing method by experiments. The results show that this focusing method has the advantages of high focusing accuracy, easy operation. And the defocusing amount of this technology is within 10 µm.

Keywords: autofocus, double wedge splitter image, computer aided alignment, high precision.

OCIS codes: 260.5950, 120.0120, 080.0080.

 

Высокоточная автофокусировка с использованием двойного клиновидного светоделителя

© 2020 г.      Yue Weng, Wenbo Jing, Bingkun Huang, Hongyang Yu, Wenjun He

Представлена техника автофокусировки, включающая использование двойного клиновидного делителя и цифровой обработки изображений, что обеспечивает повышение точности фокусировки. Используется кооперированный объект (кольцо), на который производится фокусировка. Его изображение посредством двойного клинового делителя разделяется на изображения двух полуколец. Извлекаемая из кривых их контуров информация служит для нахождения центров их кривизны, что позволяет определить отклонение расстояний до изображений этих двух полуколец. Система управления использует это отклонение как управляющий сигнал обратной связи, регулируя взаимное расположение плоскости изображения и двойного клиновидного делителя так, чтобы отклонение было минимальным. Это приводит также к минимизации ошибки фокусировки. Предложена модель оптической системы, выполнен детальный анализ алгоритма действия системы, экспериментально подтверждена реализуемость этого метода автофокусировки. Продемонстрирована высокая точность фокусировки и простота работы с системой. Достигнутая величина дефокусировки лежит в пределах 10 мкм.

Ключевые слова: автофокусировка, точность юстировки, двойной клиновидный светоделитель, компьютерная юстировка.

 

REFERENCES

1.    Zhou L., Liu Z.H., Shan Q.S., She W.J. Measurement of the object defocus with extended depth-of-field imaging system // Acta Photon. Sin. V. 47. № 10. P. 80–87.

2.   Jiang Z.W., Yan Y., Li Y., Bi Y.F. Wide-range and high-precision microscopic focusing system for laser-induced breakdown spectroscopy // Acta Opt. Sin. V. 38. № 12. P. 232–239.

3.   Xiao Z.J., Zhu H.B., Xu Z.G. Based on image autocollimation automatic focus technology // Acta Photon. Sin. V. 45. № 10. P. 47–51.

4.   Zhou J.F., Zhai L.P., Zhou G., Leng X., Chen X.H. Autofocus method of aerial imaging device // Acta Opt. Sin. V. 30. № 1. P. 105–108.

5.   Yousefi S., Rahman M., Kehtarnavaz N. A new auto-focus sharpness function for digital and smart-phone cameras // ICCE. Las Vegas, USA. 2011. P. 1003–1009.

6.   You Y.H., Liu T., Liu J.W. Survey of the auto-focus methods based on image processing // Laser & Infrared. V. 43. № 2. P. 132–136.

7.    Sun J., Yuan Y.H., Wang C.Y. Comparison and analysis of algorithms for digital image processing in autofocusing criterion // Acta Opt. Sin. V. 27. № 1. P. 35–39.

8.   Wang Y.R., Feng H.J., Xu Z.H., Chen Y.T. Autofocus evaluation function based on saturate pixels removing // Acta Opt. Sin. V. 36. № 12. P. 81–88.

9.   Amin M.J., Riza N.A. Active depth from defocus system using coherent illumination and a no moving parts camera // Opt. Commun. V. 359. P. 135–145.

10. Masuyama H., Kawasaki H., Furukawa R. Depth from projector’s defocus based on multiple focus pattern projection // IPSJ T. on CVA. V. 6. P. 88–92.

11.  Joseph Raj A.N., Staunton R.C. Rational filter design for depth from defocus // Pattern Recogn. V. 45. № 1. P. 198–207.

12.  Rohou A., Grigorieff N. CTFFIND4: Fast and accurate defocus estimation from electron micrographs // J. Struct. Biol. V. 192. № 2. P. 216–221.

13.  Moeller M., Benning M., Schönlieb C., Cremers D. Variational depth from focus reconstruction // IEEE T. Image Process. V. 24. № 12. P. 5369–5378.

14.  Pinkard H., Phillips Z., Babakhani A., Fletcher D.A., Waller L. Deep learning for single-shot autofocus microscopy // Optica. V. 6. № 6. P. 794–797.

15.  Liu Y.L., Xu Q.S. Design of a flexure-based auto-focusing device for amicroscope // Int. J. Precis. Eng. Man. V. 16. № 11. P. 2271–2279.

16.  Zhang Y.H., Zhao G.N., Zhang Z.H., Gu Y.M. Accurate focusing of non-mydriatic fundus camera // Opt. Precision Eng. V. 17. № 5. P. 1014–1019.

17.  Grossmann P. Depth from focus // Pattern Recogn. Lett. V. 5. № 1. P. 63–69.

18. Canny J. A сomputational approach to edge detection // IEEE T. Pattern Anal. V. 8. № 6. P. 679–698.

19.       Gander W., Golub G.H., Strebel R. Least-squares fitting of circles and ellipses // BIT. V. 34. № 4. P. 558–578.

 

 

Полный текст