基于CCD16点数学模型的全自动焦度计光学图像系统的设计

值化处理
由上述系统可以看出，图像处理的好坏会直接影响测量的精度和稳定性。由于图像采集设备CCD采用PAL制，所以系统要求FPGA处理一帧图像的时间不超过20ms。图像二值化算法的选择标准为简单有效，易于实现。故本系统采用最大类间方差阈值分割算法。最大类间方差法的基本思想是把图像中的像素按灰度值用阈值t分成两类A和B。A由灰度值在0-t之间的像素组成，B由灰度值在t+1-L-1(L为图像灰度级数)之间的像素组成，按下式计算A和B之间的类间方差


式中wA(t)为A中所包含的像素数，wB(t)为B中所包含的像素数。uA(t)为A中所有像素的平均灰度值，uB(t)为B中所有像素的平均灰度值。u(t)为全图的平均灰度值。
从0到L-1依次改变t值，取使δ(t)为最大的t值作为最佳阂值T。
通常一个光斑的中心坐标应为该光斑的圆心。但是，经过FPGA处理后的图像由于离散化，已不是规则排列，故采用质心计算法求出光斑的中心。首先设光斑由n个像素组成，每个像素对应的空间坐标为(xi，yi)，灰度值为p(xi，yi)，则该光斑的质心坐标为


由于xi和yi是FPGA内存图像的质心坐标，通过一定的当量换算可折算成实际图像中光斑的中心坐标。将各点的中心坐标带入式(7)-(10)，即可求出被测镜片的相关参数。

4 结束语
文中提出了一种新的全自动焦度计的测量图像，并建立了相应的计算方法。运用该系统测量系列标准镜片，技术指标已达到国家相关检验标准。与国内同类产品相比较，该测量系统具有以下3个优点：
(1)16个点同时参与测量，可瞬间获取以前三倍的数据量，提高了焦度计的精度等级；
(2)多点测量提高了光学系统的容错能力，即使光学系统中存在一些障碍物，也不容易出现测量误差；
(3)多点测量扩大了镜片的测量范围，特别是在测量多焦点镜片时，更容易找到最高度数的位置。
目前，自动焦度计正朝着全自动、多功能、高精准的方向发展。进一步提高产品的精度等级及智能化水平将成为今后自动焦度计的研究方向。