什么是自動對焦？

自(zi)動(dong)(dong)(dong)對焦(jiao)(jiao)指的是能夠(gou)根據被(bei)測物(wu)與(yu)視覺系(xi)統之間的距離，來自(zi)動(dong)(dong)(dong)調整鏡頭(tou)焦(jiao)(jiao)距以保(bao)持影(ying)像清晰(xi)。是利用物(wu)體光反(fan)射的原理(li)，相(xiang)機(ji)上的傳感(gan)器(qi)接收反(fan)射的光，通過計算機(ji)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，帶動(dong)(dong)(dong)電(dian)動(dong)(dong)(dong)對焦(jiao)(jiao)裝置進(jin)行(xing)對焦(jiao)(jiao)。自(zi)動(dong)(dong)(dong)對焦(jiao)(jiao)技術通常分為兩類：主動(dong)(dong)(dong)式和被(bei)動(dong)(dong)(dong)式。

主動式

指的(de)是相機上的(de)紅外線(xian)發生器、超(chao)聲波發生器發出(chu)紅外光或(huo)超(chao)聲波到被測(ce)物(wu)。相機上的(de)接收(shou)器接收(shou)反射回來的(de)紅外光或(huo)超(chao)聲波進行對(dui)焦(jiao)(jiao)，其光學原理類似三角(jiao)測(ce)距對(dui)焦(jiao)(jiao)法(fa)，即(ji)測(ce)距自動對(dui)焦(jiao)(jiao)。

被動式

即直接(jie)接(jie)收并分析來自(zi)被測(ce)物(wu)自(zi)身(shen)的反光，進行自(zi)動(dong)對焦的方式(shi)。這種自(zi)動(dong)對焦方式(shi)的優(you)點是自(zi)身(shen)不(bu)需要(yao)一(yi)個發(fa)射系統，因(yin)而(er)耗(hao)能少，對具有(you)一(yi)定亮(liang)度(du)的被測(ce)物(wu)有(you)較為理想的自(zi)動(dong)對焦。通(tong)常為聚焦檢測(ce)自(zi)動(dong)對焦。一(yi)般來說，工(gong)業上(shang)進行使用多數為被動(dong)式(shi)自(zi)動(dong)對焦。

如何進行自動對焦？

配備(bei)有自動對焦功能的相機，通常使用軟件(jian)搭配液態(tai)鏡頭(tou)來(lai)調(diao)整(zheng)焦距，從而達到(dao)聚焦清晰的效果。

只有(you)在需要(yao)對(dui)焦(jiao)的區域中需要(yao)達到最佳聚焦(jiao)點時才會有(you)作用，然(ran)后會停(ting)止自動對(dui)焦(jiao)的動作。這(zhe)就是通過接收來(lai)自被測物自身反射的信息，進行圖(tu)像數(shu)據(ju)分析，從而達到控制液態鏡頭，改(gai)變焦(jiao)距(ju)的效(xiao)果。

如何判斷最佳聚焦點？

有不(bu)同的方(fang)法來測量圖(tu)像的清晰度(du)，依據(ju)兩個(ge)基本原理。

第一(yi)個原理是(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)邊(bian)(bian)緣清(qing)(qing)晰(xi)度(du)。也就是(shi)在實際獲(huo)取(qu)的(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)中(zhong)，搜索相鄰(lin)像(xiang)(xiang)素之間的(de)(de)大的(de)(de)灰度(du)值(zhi)的(de)(de)跳躍，來(lai)突出(chu)顯示邊(bian)(bian)緣或者輪(lun)(lun)廓。這些邊(bian)(bian)緣輪(lun)(lun)廓的(de)(de)對比度(du)則用(yong)來(lai)決定圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)銳利度(du)。邊(bian)(bian)緣圖(tu)像(xiang)(xiang)越(yue)清(qing)(qing)晰(xi)，原始(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)清(qing)(qing)晰(xi)度(du)越(yue)高。（具體可以參考圖(tu)像(xiang)(xiang)在時域和頻域的(de)(de)轉換中(zhong)的(de)(de)高頻部分）。

第(di)二個原理是基于圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)直方圖(tu)的(de)(de)(de)值(zhi)的(de)(de)(de)分析(xi)。可以(yi)用來(lai)計算圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)平均灰度(du)(du)(du)值(zhi)的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素值(zhi)的(de)(de)(de)變化(hua)量。方差越大，現有的(de)(de)(de)灰度(du)(du)(du)值(zhi)邊(bian)緣(yuan)和(he)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)對比度(du)(du)(du)就越高(gao)(gao)。如果(guo)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)變得不聚焦，那么(me)之前的(de)(de)(de)灰度(du)(du)(du)值(zhi)跳躍大的(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)就會呈現斜坡形式(shi)的(de)(de)(de)梯度(du)(du)(du)，導致圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)對比度(du)(du)(du)降低。也就是說，圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)越清晰，灰度(du)(du)(du)擴(kuo)散越高(gao)(gao)，圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)(de)(de)對比度(du)(du)(du)也就越高(gao)(gao)，圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)也越清晰。

在使用自動(dong)對焦(jiao)，焦(jiao)距在改變過(guo)程中，圖像(xiang)的(de)銳利(li)度(du)和方差是會實時改變的(de)，通過(guo)軟件進(jin)行圖像(xiang)銳利(li)度(du)以及(ji)方差的(de)分析處理，達到一個效果顯著(zhu)的(de)清晰圖像(xiang)。

自動對焦技術的優勢在哪？

自動(dong)對焦技(ji)術使(shi)用(yong)液態鏡(jing)(jing)頭來實現(xian)，與(yu)傳統透(tou)鏡(jing)(jing)有(you)所不同，液體(ti)鏡(jing)(jing)頭是一(yi)種使(shi)用(yong)一(yi)種或多種液體(ti)制成的(de)(de)無機械連接的(de)(de)光學(xue)(xue)元(yuan)件，可以通過外部控制改(gai)變(bian)(bian)光學(xue)(xue)元(yuan)件的(de)(de)內部參數，有(you)著(zhu)傳統光學(xue)(xue)透(tou)鏡(jing)(jing)無法(fa)比擬的(de)(de)性能。簡單來說就(jiu)(jiu)是透(tou)鏡(jing)(jing)的(de)(de)介(jie)質由玻璃變(bian)(bian)為液體(ti)。更準確(que)地(di)來說就(jiu)(jiu)是一(yi)種動(dong)態調整透(tou)鏡(jing)(jing)折射(she)率(lv)或通過改(gai)變(bian)(bian)其表面形狀來改(gai)變(bian)(bian)焦距(ju)的(de)(de)新型光學(xue)(xue)元(yuan)件。

就(jiu)像(xiang)利用玻(bo)璃制成的(de)傳統(tong)光(guang)學(xue)鏡(jing)(jing)頭(tou)一樣(yang)，液體鏡(jing)(jing)頭(tou)也屬于單(dan)體光(guang)學(xue)元件，但其材(cai)質是可以改(gai)變形狀的(de)光(guang)學(xue)液態材(cai)料。

與傳統的(de)玻璃透鏡不同，液態鏡頭(tou)利用(yong)光學(xue)液態材料的(de)特性來實現對焦(jiao)功能。

液態(tai)鏡頭通常由兩個或多(duo)個光學液體(ti)組成，這些(xie)光學液體(ti)具有不同的折射率。

在液(ye)態(tai)鏡頭(tou)中，通(tong)常使用電(dian)場(chang)、壓力或(huo)溫(wen)度等(deng)外部控制(zhi)手段來改(gai)變光學液(ye)體(ti)(ti)的形狀。例如，通(tong)過施加電(dian)場(chang)來改(gai)變電(dian)致變折(zhe)效應，從而控制(zhi)光學液(ye)體(ti)(ti)的折(zhe)射率和形狀。

由于可以通過外部控制來改變光(guang)學(xue)液體(ti)的形狀和位(wei)置，因此(ci)液態鏡頭具(ju)有可變焦(jiao)(jiao)距(ju)和快(kuai)速響(xiang)應等優勢。這使得相機可以實現(xian)快(kuai)速準確的自(zi)動(dong)對(dui)焦(jiao)(jiao)，并(bing)且在不同拍攝場景下靈活調整焦(jiao)(jiao)距(ju)。

玻璃(li)鏡(jing)頭(tou)焦距(ju)取決于其(qi)材質和曲(qu)率半(ban)徑。液態鏡(jing)頭(tou)也遵(zun)從相同的(de)基(ji)本原理，但其(qi)獨特之(zhi)處在(zai)于可(ke)以(yi)改變(bian)(bian)(bian)(bian)曲(qu)率半(ban)徑，從而改變(bian)(bian)(bian)(bian)焦距(ju)。這(zhe)種半(ban)徑變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)采(cai)用(yong)電控方式，能夠實(shi)現(xian)毫秒(miao)級的(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)。生(sheng)產廠家(jia)利用(yong)從電潤濕到形變(bian)(bian)(bian)(bian)聚(ju)合物再到聲光調節等(deng)各種技術(shu)，控制液態鏡(jing)頭(tou)曲(qu)率半(ban)徑和折(zhe)射率。

大多(duo)(duo)數成(cheng)像鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)都是(shi)(shi)多(duo)(duo)元件鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)，單光學鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)的(de)成(cheng)像性能難以滿足(zu)需要。因此只使用液(ye)態鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)是(shi)(shi)不明智的(de)。但在多(duo)(duo)元件設計(ji)中(zhong)結合使用液(ye)態鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)和成(cheng)像鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)，就可(ke)以發揮液(ye)態鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)的(de)速度和靈活性優勢。液(ye)態鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)能夠以毫(hao)秒級的(de)反應時(shi)間在近距(ju)離或(huo)光學無窮遠(yuan)對(dui)(dui)焦(jiao)，這對(dui)(dui)于條(tiao)碼讀取、包(bao)裝分類、安(an)保和快速自動化(hua)等需要在多(duo)(duo)個位置進行對(dui)(dui)焦(jiao)的(de)應用來說(shuo)是(shi)(shi)一種(zhong)理想選擇，這些被檢測(ce)物(wu)體要么尺寸不同(tong)，要么與(yu)鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)之(zhi)間的(de)距(ju)離不同(tong)。在需要快速對(dui)(dui)焦(jiao)的(de)各種(zhong)應用中(zhong)，可(ke)以利用液(ye)態鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)(tou)提高(gao)成(cheng)像系統靈活性。

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