基于CCD16點數(shù)學模型的全自動焦度計光學圖像系統(tǒng)的
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其余三組光斑的計算方法同上，在這里不再累述。不防設四組光斑計算出的柱面鏡頂焦度值為C1、C2、C3和C4，軸角為θ1、θ2、θ3和θ4，則柱面鏡的頂焦度C值和軸角為
2 全自動焦度計的圖像處理系統(tǒng)
根據(jù)自動焦度計的工作原理以及系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能設計出硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩大部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由CCD、A／D、AVR單片機和FIFO存儲器組成，主要負責采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲到FIFO存儲器；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由FPGA、LCD、FIFO存儲器、鍵盤、和LED光源組成，主要負責對采集的數(shù)據(jù)進行分析和計算，并將計算結果輸出顯示或打印。
CCD是面陣敏感元件，在積分的時間內(nèi)，CCD敏感元件上積累電荷，當積分完畢，將電荷數(shù)據(jù)依次移出。由于電荷數(shù)據(jù)是微弱的模擬量，須經(jīng)信號放大，再經(jīng)A／D轉換得到本系統(tǒng)所需的數(shù)字量。為了減小對FPGA的CPU的占用率，在CCD采樣板上設置一存儲器，將轉換完的數(shù)據(jù)暫存一下，以供FPGA系統(tǒng)讀取。當光路中無測量鏡片時，F(xiàn)PGA讀取CCD的采集數(shù)據(jù)，計算出光斑的中心位置，并將計算結果作為系統(tǒng)的初始參數(shù)。當光路中插入被測鏡片時，分劃板在CCD上的成像位置將發(fā)生變化，位置的變化量與被測鏡片的球鏡度和柱鏡度有相互對應的比例關系。FPGA接收像的位置信息經(jīng)變換后計算出被測鏡片的相關參數(shù)。
3 圖像的二值化處理
由上述系統(tǒng)可以看出，圖像處理的好壞會直接影響測量的精度和穩(wěn)定性。由于圖像采集設備CCD采用PAL制，所以系統(tǒng)要求FPGA處理一幀圖像的時間不超過20ms。圖像二值化算法的選擇標準為簡單有效，易于實現(xiàn)。故本系統(tǒng)采用最大類間方差閾值分割算法。最大類間方差法的基本思想是把圖像中的像素按灰度值用閾值t分成兩類A和B。A由灰度值在0-t之間的像素組成，B由灰度值在t+1-L-1(L為圖像灰度級數(shù))之間的像素組成，按下式計算A和B之間的類間方差
式中wA(t)為A中所包含的像素數(shù)，wB(t)為B中所包含的像素數(shù)。uA(t)為A中所有像素的平均灰度值，uB(t)為B中所有像素的平均灰度值。u(t)為全圖的平均灰度值。
從0到L-1依次改變t值，取使δ(t)為最大的t值作為最佳閡值T。
通常一個光斑的中心坐標應為該光斑的圓心。但是，經(jīng)過FPGA處理后的圖像由于離散化，已不是規(guī)則排列，故采用質(zhì)心計算法求出光斑的中心。首先設光斑由n個像素組成，每個像素對應的空間坐標為(xi，yi)，灰度值為p(xi，yi)，則該光斑的質(zhì)心坐標為
由于xi和yi是FPGA內(nèi)存圖像的質(zhì)心坐標，通過一定的當量換算可折算成實際圖像中光斑的中心坐標。將各點的中心坐標帶入式(7)-(10)，即可求出被測鏡片的相關參數(shù)。
4 結束語
文中提出了一種新的全自動焦度計的測量圖像，并建立了相應的計算方法。運用該系統(tǒng)測量系列標準鏡片，技術指標已達到國家相關檢驗標準。與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比較，該測量系統(tǒng)具有以下3個優(yōu)點：
(1)16個點同時參與測量，可瞬間獲取以前三倍的數(shù)據(jù)量，提高了焦度計的精度等級；
(2)多點測量提高了光學系統(tǒng)的容錯能力，即使光學系統(tǒng)中存在一些障礙物，也不容易出現(xiàn)測量誤差；
(3)多點測量擴大了鏡片的測量范圍，特別是在測量多焦點鏡片時，更容易找到最高度數(shù)的位置。
目前，自動焦度計正朝著全自動、多功能、高精準的方向發(fā)展。進一步提高產(chǎn)品的精度等級及智能化水平將成為今后自動焦度計的研究方向。本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/194495.htm
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