[发明专利]一种自动对焦双远心光学一体化摄像机

权利要求书

1.一种自动对焦双远心光学一体化摄像机，其特征在于：包括双远心镜头结构和自动对焦结构；

所述双远心镜头结构包括镜头外壳(1)和由前至后依次安装在镜头外壳(1)内的物方镜片组(2)、孔径光阑(3)和像方镜片组(4)，孔径光阑(3)位于物方镜片组(2)的像方焦平面，且位于像方镜片组(4)的物方焦平面处；

所述自动对焦结构包括基座(5)、驱动电机(6)、后座(8)、图像传感器(9)、浮动座(11)；基座(5)前端与双远心镜头连接，基座(5)后端依次连接有后座(8)、图像传感器(9)；基座(5)内部两侧设置有条形槽，两侧的条形槽内均布置有两端分别固定于基座(5)和后座(8)上的导杆(10)，浮动座(11)通过两根导杆(10)滑动安装于基座(5)内；基座(5)和后座(8)一侧安装有由丝杆和螺母(13)组成的滚珠丝杠，丝杆与驱动电机(6)相连，螺母(13)固定于浮动座(11)上；

浮动座(11)上安装有浮动镜片(12)，后座(8)上安装有固定镜片(14)，图像传感器(9)中的CMOS芯片位于固定镜片(14)的像方焦平面处；光线经由双远心镜头进入自动对焦结构，再经由浮动镜片(12)、固定镜片(14)入射到图像传感器(9)中的CMOS芯片上，形成清晰图像；

基座(5)顶部内侧面开设有导槽，浮动座(11)顶部设置有沿导槽滑动的凸起，基座(5)顶部外侧面开设与导槽相通的方形槽，方形槽内安装有光耦模块(7)；

驱动电机(6)旋转带动浮动座(11)移动，在浮动座(11)顶部凸起经过光耦模块(7)时，浮动座(11)处于极限位置，光耦模块(7)通过将浮动座(11)位置信息传输至上位机以阻止浮动座(11)继续朝后座(8)移动；

当浮动座(11)位于光耦模块(7)的位置时，浮动座(11)处于初始位置，通过光耦模块(7)对浮动座(11)位置的监测实现浮动座(11)位置的初始化。

2.根据权利要求1所述的一种自动对焦双远心光学一体化摄像机，其特征在于：基座(5)前端通过C-Mount螺纹与双远心镜头连接，后座(8)通过C-Mount螺纹与图像传感器(9)连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动对焦双远心光学一体化摄像机，其特征在于：待测物体的主光线始终平行于双远心镜头的光轴。

4.采用权利要求1～3任一所述摄像机的自动对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

当被摄物体位于双远心镜头的工作距离时，主光线始终平行于光轴，光线射出双远心镜头的像方镜片组(4)后进入自动对焦结构，再经由浮动镜片(12)、固定镜片(14)，入射到图像传感器(9)中的CMOS芯片上，形成清晰的图像；

当被摄物体的位置偏离工作距离时，主光线始终平行于光轴，CMOS芯片始终位于固定镜片(14)的像方焦平面，CMOS上的成像位置与位置不偏移时的成像位置相同，成像图像发生失焦变糊，通过图像处理与自动对焦算法对失焦变糊的图像进行自动对焦。

5.根据权利要求4所述的一种的自动对焦方法，其特征在于，所述的图像处理与自动对焦算法基于爬山搜索算法，对失焦变糊的图像进行自动对焦的过程具体为：

1)计算图像初始的对焦清晰度评价函数值，驱动电机(6)在电机驱动模块(15)的作用下朝顺时针方向以a r/s的频率旋转，进而带动浮动镜片(12)移动，再次计算对焦清晰度评价函数值，若对焦清晰度评价函数值相比初始值的增大，则表明电机旋转方向正确；反之，则将驱动电机(6)反向旋转；

其中，字母a表示电机在一秒内旋转的圈数，r表示圈数，s表示秒；

2)驱动电机(6)继续旋转，每经过一秒再次计算对焦清晰度评价函数值，当对焦清晰度评价函数相比前一次对焦清晰度评价函数减小时，将驱动电机(6)反向旋转并减小电机旋转频率为a’r/s，a’＝a/2；

其中，字母a’表示旋转频率改变后，电机在一秒内旋转的圈数；

3)重复步骤2)，直至电机旋转频率减小至设定阈值，浮动镜片(12)位于最佳对焦点，使得光学系统重新合焦，CMOS上得到清晰图像，完成失焦变糊图像的自动对焦。