[发明专利]光学立体装置及其自动对焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学立体装置及其自动对焦方法。具体地，本发明涉及一种立体摄像装置或立体显微镜以及使这样的光学立体装置进行自动对焦的方法。

背景技术

在许多不同的领域使用光学立体装置（诸如，立体摄像装置）正变得越来越普遍。例如，在医学领域，越来越多地采用立体摄像装置和/或立体显微镜来辅助医学专业人员执行如医疗手术、检查这样的任务。这是因为立体摄像装置或显微镜可以提供关注对象的三维视图，并因此可以提供关于关注对象的进一步信息。典型地，光学立体装置提供了借助于特殊透镜系统（诸如，可调节透镜）增大图片的可能性。一些精密复杂的立体显微镜或立体摄像装置包括自动对焦机制，即，自动对关注对象进行对焦的能力。例如，可以借助于控制装置和可操作地连接的驱动装置来提供这样的自动对焦机制，其中该可操作地连接的驱动装置通过将透镜系统移动至最优或最佳的对焦位置（即，获得关注对象的最清晰的可能图像的位置）来使立体显微镜或立体摄像装置的透镜系统对焦。

通常，可以通过若干已知的方法来自动获得立体显微镜或立体摄像装置的最优对焦位置。例如，不限于立体显微镜或立体摄像装置的第一种已知的自动对焦方法基于以下事实：关注对象的对比度或锐利度通常在摄像装置或显微镜的最优对焦位置处最大。一般借助于在控制单元上运行的图像处理软件来确定关注对象的图像的对比度，并且在较高对比度的方向上反复改变焦距和/或摄像装置或显微镜与关注对象之间的距离，直到无法辨别图像质量的进一步改善为止。然而，这种已知的自动对焦方法（即，借助于对比度优化确定最优对焦位置）具有以下缺点：在大多数情况下，最初缺乏关于（i）当前对焦位置离最优或最佳对焦位置有多远和（ii）最优对焦位置相对于当前对焦位置在哪个方向的信息。此外，图像质量与实际对焦位置到最佳对焦位置的距离之间的关系实际上不是线性的而是呈指数的。换言之，与远离最佳对焦位置相比，接近最佳对焦位置，图像质量改变得更加快速。作为其结果，通常很难在最佳对焦位置附近找到可接受对焦位置的范围作为第一“猜测”，因为在这样的可接受对焦位置的范围外图像质量仅逐渐地改变。因此，基于对比度最大化的自动对焦方法在计算上相当具有挑战性，并且由于迭代方法而通常不是非常快速。

其它已知的用于光学立体装置的自动对焦方法测量激光束在焦平面内的反射，或者使用在焦平面内重合的两束激光束的特定空间布置。

本发明的目的是提供一种光学立体装置（诸如，立体摄像装置或立体显微镜）以及对应的新的且改进的自动对焦方法，该光学立体装置被配置成以新的且改进的方式使其成像单元自动对焦。

发明内容

根据本发明的第一方面，通过根据权利要求1的光学立体装置实现了上述目的。该光学立体装置包括：成像装置，被配置成借助于合成右眼图像和左眼图像来提供关注对象的立体图像；以及控制单元，可操作地连接至成像装置，并且被配置成接收右眼图像和左眼图像并调整成像装置的对焦位置。该控制单元还被配置成：（i）在右眼图像中识别特征，并在左眼图像中识别相同特征；（ii）确定由在右眼图像中识别出的特征相对于在左眼图像中识别出的相同特征的位移限定的位移矢量的方向和/或幅度；以及（iii）基于位移矢量的方向和/或幅度而相对于识别出的特征调整对焦位置。

优选地，成像装置包括第一成像单元和第二成像单元，其中右眼图像由第一成像单元提供，而左眼图像由第二成像单元提供。

根据优选实施例，控制单元被配置成在识别出的特征的位移是向右的偏移的情况下通过增大对焦位置来调整对焦位置，或者在识别出的特征的位移是向左的偏移的情况下通过减小对焦位置来调整对焦位置。优选地，控制单元被配置成使用位移矢量的方向和/或幅度与当前对焦位置和最优对焦位置之间的差别之间的关系的解析表示来使光学立体装置对焦。替选地或附加地，控制单元被配置成使用描述位移矢量的方向和/或幅度与当前对焦位置和最优对焦位置之间的差别之间的关系的查找表来使光学立体装置对焦。

优选地，该光学立体装置是立体摄像装置或立体显微镜。