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

Высокоточная автофокусировка с использованием двойного клиновидного светоделителя

He Wenjun, Huang Bingkun, Jing Wenbo, Weng Yue, Yu Hongyang

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Yue Weng, Wenbo Jing, Bingkun Huang, Hongyang Yu, Wenjun He High-precision autofocus using double wedge splitter (Высокоточная автофокусировка с использованием двойного клиновидного светоделителя) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 4. С. 44–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-04-44-51

Yue Weng, Wenbo Jing, Bingkun Huang, Hongyang Yu, Wenjun He High-precision autofocus using double wedge splitter (Высокоточная автофокусировка с использованием двойного клиновидного светоделителя) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 4. P. 44–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-04-44-51

Ссылка на англоязычную версию:

Yue Weng, Wenbo Jing, Bingkun Huang, Hongyang Yu, and Wenjun He, "High-precision autofocus using a double wedge splitter," Journal of Optical Technology. 87(4), 224-229 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000224

Аннотация:

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 ошибкифокусировки. 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

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Плана развития науки и технологии провинции Цзилинь (проекты №№ 20160204009GX, 20170204014GX) и Министерства науки и технологий (проект № 2018YFB1107600).

Коды OCIS: 260.5950, 120.0120, 080.0080

Список источников:

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.