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)據采集系統(tǒng)和數(shù)據處理系統(tǒng)。數(shù)據采集系統(tǒng)由CCD、A／D、AVR單片機和FIFO存儲器組成，主要負責采集數(shù)據并將數(shù)據存儲到FIFO存儲器；數(shù)據處理系統(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，CCD敏感元件上積累電荷，當積分完畢，將電荷數(shù)據依次移出。由于電荷數(shù)據是微弱的模擬量，須經信號放大，再經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，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)，則該光斑的質心坐標為
由于xi和yi是FPGA內存圖像的質心坐標，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。與國內同類產品相比較，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://m.butianyuan.cn/article/194495.htm
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