Автофокусировка изображения: что на самом деле определяет точность фокусировки

Мы знаем, насколько для Вас важно пользоваться наиболее передовыми технологиями и оборудованием. Зная это, мы совершенствуем свои услуги и готовы делится знаниями и результатами исследований в этой области. Сегодня, мы подготовили статью о технологиях автофокусировки. Она будет особа полезна для всех пользователей видеомикроскопов. По причине своей сложности, эта тема является одной из самых неправильно трактуемых. Здесь мы рассмотрим принцип работы автофокусировки изображения и факторы определения точности. 

Основы оптики

Для оптического измерения крайне важен хороший фокус. Поскольку измеряется изображение объекта, а не сам объект, то для получения хороших результатов необходим хороший фокус.
Во-первых, давайте рассмотрим, как работает оптическая фокусировка.
Чтобы иметь представление о фокусе, рассмотрим сначала всем известную оптическую систему —человеческий глаз.




Глаз — это универсальная оптическая система, которая позволяет удерживать объекты в хорошем фокусе на больших расстояниях. Дорожный знак может находиться в хорошем фокусе на расстоянии 100 метров и более. Газета находится в фокусе, если мы держим ее достаточно близко, но не слишком - обычно на расстоянии около 25 см от глаз. В обоих случаях резкость изображения зависит от того, на каком удалении от хрусталика находится объект. Для хорошего фокуса объект должен находиться в определенном диапазоне. Этот диапазон является нашей оптической «глубиной резкости».
Единственное, чего не может сделать глаз, это - измерить размеры. Когда дело доходит до измерения, «хорошая фокусировка» - это расстояние, на котором оптика дает изображение с точными размерами. Это расстояние называется сопряженным объектом или чаще – фокусным расстоянием. Как и у глаза, фокусное расстояние оптических измерительных систем, на самом деле, является диапазоном, так как изображение будет находиться в хорошем фокусе не только в одном положении. Этот диапазон называется глубиной резко изображаемого пространства (ГРИП), и чтобы обеспечить точную фокусировку, обычно он преднамеренно сделан небольшим.


Глубина резкости определяется числовой апертурой оптической системы, которая представлена световыми конусами на рисунках 1 и 2. Некоторые оптические системы, например, такие как человеческий глаз, устроены таким образом, что они имеют большую ГРИП, что позволяет многим объектам находиться в фокусе одновременно. Для этого требуется небольшая числовая апертура. Для достижения большей ГРИП с минимальной необходимостью фокусировки, измерительные системы Snap и разработаны с низким значением ЧА. Другие оптические устройства, такие как камеры, рассмотренные в примере выше, для создания относительно небольшой ГРИП используют высокое значение ЧА, так что в фокусе находится лишь интересующий элемент.

Конфокальные микроскопы являются примером систем со сверхвысокой ЧА.
В оптических измерительных системах ГРИП подбирается под конкретные измерительные применения в которых будет использоваться система. Для удобства измерения ГРИП, рабоче
е расстояние и кратность увеличения соответствуют размерам объекта и его деталей.

Увеличение и ГРИП не взаимосвязаны, однако, как правило, чем больше увеличение, тем меньше ГРИП, поэтому фокусировку рекомендуется производить с использованием самого высокого доступного увеличения в системе.
Многие зум-объективы, в том числе  объективы измерительных систем OGP, могут использоваться со сменными линзами. Подбором этих линз можно повлиять на ГРИП. Для систем OGP, в зависимости от оптической настройки, диапазон ГРИП при максимальном увеличении составляет примерно от 50 мкм до 100 мкм.

Полный текст публикации доступен по ссылке