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自动对焦流程图.html 17 KB
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  1. <!DOCTYPE html>
    2. 

  2. <html lang="zh-CN">
    3. 

  3. <head>
    4. 

  4. <meta charset="UTF-8">
    5. 

  5. <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    6. 

  6. <title>自动对焦标定流程图 · AutoFocusTool</title>
    7. 

  7. <style>
    8. 

  8.   * { box-sizing: border-box; margin: 0; padding: 0; }
    9. 

  9.   body { font-family: "Microsoft YaHei", sans-serif; background: #1e1e1e; color: #ddd; padding: 30px; line-height: 1.6; }
    10. 

  10.   h1 { color: #4ec9b0; font-size: 26px; margin-bottom: 6px; }
    11. 

  11.   h2 { color: #9cdcfe; font-size: 20px; margin: 28px 0 12px; border-left: 4px solid #4ec9b0; padding-left: 10px; }
    12. 

  12.   .sub { color: #888; font-size: 13px; margin-bottom: 20px; }
    13. 

  13.   .flow { display: flex; flex-direction: column; align-items: center; gap: 0; }
    14. 

  14.   .step { background: #2d2d30; border: 2px solid #3c3c3c; border-radius: 8px; padding: 14px 20px; width: 760px; position: relative; }
    15. 

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    16. 

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    17. 

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    18. 

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    19. 

  19.   .step .t { font-size: 16px; font-weight: bold; color: #fff; margin-bottom: 6px; }
    20. 

  20.   .step.phase .t { color: #4ec9b0; }
    21. 

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    22. 

  22.   .step .p { font-size: 12px; color: #dcdcaa; margin-top: 8px; background: #1e1e1e; padding: 6px 10px; border-radius: 4px; font-family: Consolas, monospace; }
    23. 

  23.   .arrow { width: 0; height: 0; border-left: 9px solid transparent; border-right: 9px solid transparent; border-top: 14px solid #555; margin: 4px 0; }
    24. 

  24.   .arrow-label { font-size: 12px; color: #888; margin: 2px 0; }
    25. 

  25.   table { border-collapse: collapse; width: 100%; margin: 12px 0; font-size: 13px; }
    26. 

  26.   th, td { border: 1px solid #3c3c3c; padding: 8px 10px; text-align: left; }
    27. 

  27.   th { background: #252526; color: #9cdcfe; }
    28. 

  28.   td.param { font-family: Consolas, monospace; color: #dcdcaa; white-space: nowrap; }
    29. 

  29.   td.val { font-family: Consolas, monospace; color: #4ec9b0; white-space: nowrap; }
    30. 

  30.   .note { background: #332a18; border-left: 4px solid #d79a3c; padding: 10px 14px; margin: 14px 0; font-size: 13px; border-radius: 4px; }
    31. 

  31.   .loop { border: 1px dashed #d79a3c; border-radius: 8px; padding: 10px; width: 800px; margin: 4px 0; }
    32. 

  32.   .loop-title { color: #d79a3c; font-size: 13px; margin-bottom: 8px; text-align: center; }
    33. 

  33. </style>
    34. 

  34. </head>
    35. 

  35. <body>
    36. 

  36. 

  37. <h1>自动对焦标定流程图</h1>
    38. 

  38. <div class="sub">AutoFoczool · CalibrationEngine.CalibrateWell · 生成于 2026-06-16 · 所有参数取自当前代码真实默认值</div>
    39. 

  39. 

  40. <h2>一、整体流程（一键全自动初始化）</h2>
    41. 

  41. <div class="flow">
    42. 

  42. 

  43.   <div class="step start"><div class="t">开始：一键全自动初始化</div><div class="d">扫描设备 → 连接舱室(相机+串口) → 勾选 well → 点击启动</div>
    44. 

  44.     <div class="p">相机分辨率 2592×1944 · 串口 9600 8N1 · 移动读超时 12000ms / 查询读超时 3000ms</div></div>
    45. 

  45.   <div class="arrow"></div>
    46. 

  46. 

  47.   <div class="step phase"><div class="t">开灯 + 准备</div><div class="d">OpenLED() → 等待 200ms → 创建 CalibrationEngine</div></div>
    48. 

  48.   <div class="arrow"></div>
    49. 

  49. 

  50.   <div class="loop">
    51. 

  51.     <div class="loop-title">↓↓↓ 对每个勾选的 well 循环执行 ↓↓↓</div>
    52. 

  52. 

  53.     <div class="flow">
    54. 

  54.       <div class="step"><div class="t">读取该 well 的 EEPROM 参数</div>
    55. 

  55.         <div class="d">ReadWellHorizontalPos(well) → 水平位置；ReadWellFocusZero(well) → Z零点(仅记录,粗对焦不依赖它)</div></div>
    56. 

  56.       <div class="arrow"></div>
    57. 

  57. 

  58.       <div class="step"><div class="t">移到 EEPROM 水平位置 + 设中低曝光</div>
    59. 

  59.         <div class="d">HorizontalMoveTo(钳位后位置)，失败重试最多 3 次；SetExposure(60)</div>
    60. 

  60.         <div class="p">水平钳位范围 [0, 220000] · 中低曝光 CenterScanExposure=60 (×100µs)</div></div>
    61. 

  61.       <div class="arrow"></div>
    62. 

  62.       <div class="arrow-label">① 粗对焦</div>
    63. 

  63. 

  64.       <div class="step" style="border-color:#d79a3c;background:#332a18;"><div class="t" style="color:#d79a3c;">⏱ 开扫前停稳（防运动拖影伪峰）</div>
    65. 

  65.         <div class="d">先把 Z 移到扫描起点(60000)，再额外等待停稳 + 丢弃到位前残留帧，然后才开始逐层扫描。<br>修复偶发问题：手动复位会把 Z 打到远端，正式标定大行程冲到起点，若不停稳，前几层抓到运动拖影帧会形成伪峰(如74000)带偏对焦。</div>
    66. 

  66.         <div class="p">移到起点 lo=60000 · 额外停稳 CoarseSettleMs=2000ms · 丢1帧</div></div>
    67. 

  67.       <div class="arrow"></div>
    68. 

  68. 

  69.       <div class="step phase"><div class="t">① 粗对焦（找大致焦面）</div>
    70. 

  70.         <div class="d">固定中心大窗口逐层扫描，中央40%ROI算清晰度(Tenengrad÷mean)，取最高分层；每层分数落盘便于排查伪峰</div>
    71. 

  71.         <div class="p">中心 90000 · 半幅 ±30000 → 区间 [60000,120000] · 步距 2000 → 31层 · 每层移动后等 350ms + 丢1帧</div></div>
    72. 

  72.       <div class="arrow"></div>
    73. 

  73.       <div class="arrow-label">② 水平居中</div>
    74. 

  74. 

  75.       <div class="step phase"><div class="t">② 水平微调居中（优化Y偏移）</div>
    76. 

  76.         <div class="d">以EEPROM水平位为中心小范围扫描，检测well圆，选|Y偏移|最小且完整的位置</div>
    77. 

  77.         <div class="p">半幅 ±2000 (远小于well间距9000的一半) · 9步 → 步距≈500 · 每步等800ms · 居中容差 |Y|<12%</div></div>
    78. 

  78.       <div class="arrow"></div>
    79. 

  79.       <div class="arrow-label">③ 曝光</div>
    80. 

  80. 

  81.       <div class="step phase"><div class="t">③ 曝光二分（well内ROI测光）</div>
    82. 

  82.         <div class="d">二分搜索曝光值，使well盘面亮度适中(不过曝/不死黑)，按 Over/Good/Under 判定</div>
    83. 

  83.         <div class="p">曝光范围 [10, 800] (×100µs) · 每次设曝光后等 max(200, e/5)ms + 丢1帧</div></div>
    84. 

  84.       <div class="arrow"></div>
    85. 

  85.       <div class="arrow-label">④ 精对焦</div>
    86. 

  86. 

  87.       <div class="step phase"><div class="t">④ 精对焦（围绕粗焦点细扫 + 平滑插值）</div>
    88. 

  88.         <div class="d">围绕粗对焦Z小范围密扫，well圆内0.95r ROI(未检出降级中央40%)，3点平滑+抛物线插值求峰顶</div>
    89. 

  89.         <div class="p">半幅 ±6000 · 步距 500 → 25层 · 中心=粗对焦Z · 每层等350ms+丢1帧 · Z钳位[0,125000]</div></div>
    90. 

  90.       <div class="arrow"></div>
    91. 

  91. 

  92.       <div class="step"><div class="t">移到最清晰Z + 存图 + 记录结果</div>
    93. 

  93.         <div class="d">VerticalMoveTo(focusZ)；存标定后BMP；记录 水平/Y偏/曝光/focusZ/峰比</div>
    94. 

  94.         <div class="p">合格判定：|Y偏|<12% 且 检出圆 且 峰比(max/mean)>1.2</div></div>
    95. 

  95.     </div>
    96. 

  96.   </div>
    97. 

  97.   <div class="arrow"></div>
    98. 

  98.   <div class="arrow-label">所有 well 完成</div>
    99. 

  99. 

  100.   <div class="step done"><div class="t">关灯 + 存档</div><div class="d">CloseLED()；写 calibration.json；刷新缓存(转well立即用新结果)</div></div>
    101. 

  101. 

  102. </div>
    103. 

  103. 

  104. <h2>二、四个对焦阶段参数详表</h2>
    105. 

  105. <table>
    106. 

  106.   <tr><th>阶段</th><th>电机轴</th><th>中心</th><th>范围/半幅</th><th>步距(脉冲)</th><th>层数/步数</th><th>每步延时</th><th>ROI</th></tr>
    107. 

  107.   <tr><td>①粗对焦</td><td>垂直Z</td><td class="val">90000(固定)</td><td class="val">±30000</td><td class="val">2000</td><td class="val">31</td><td class="val">350ms<br>(开扫前额外停稳2000ms)</td><td>中央40%</td></tr>
    108. 

  108.   <tr><td>②水平居中</td><td>水平</td><td class="val">EEPROM水平位</td><td class="val">±2000</td><td class="val">≈500</td><td class="val">9</td><td class="val">800ms</td><td>well圆检测</td></tr>
    109. 

  109.   <tr><td>③曝光二分</td><td>—</td><td>—</td><td class="val">[10,800]</td><td>二分</td><td class="val">~log₂</td><td class="val">max(200,e/5)ms</td><td>well内</td></tr>
    110. 

  110.   <tr><td>④精对焦</td><td>垂直Z</td><td class="val">粗对焦Z</td><td class="val">±6000</td><td class="val">500</td><td class="val">25</td><td class="val">350ms</td><td>well圆0.95r</td></tr>
    111. 

  111. </table>
    112. 

  112. 

  113. <h2>三、电机行程限位（安全钳位）</h2>
    114. 

  114. <table>
    115. 

  115.   <tr><th>轴</th><th>下限</th><th>上限</th><th>说明</th></tr>
    116. 

  116.   <tr><td>水平(皿孔旋转)</td><td class="val">0</td><td class="val">220000</td><td>实测16个well EEPROM位置 70800~205800，间距约9000</td></tr>
    117. 

  117.   <tr><td>垂直Z(对焦)</td><td class="val">0</td><td class="val">125000</td><td>旧工程软上限；实测焦面集中在 86000~92000</td></tr>
    118. 

  118. </table>
    119. 

  119. <div class="note">所有 HorizontalMoveTo / VerticalMoveTo 调用前都经 ClampH / ClampZ 钳位，越界写日志并截断到边界，防止撞机械限位。</div>
    120. 

  120. 

  121. <h2>四、清晰度算法（Sharpness.Compute）</h2>
    122. 

  122. <table>
    123. 

  123.   <tr><th>项</th><th>值/说明</th></tr>
    124. 

  124.   <tr><td>主指标</td><td class="val">Tenengrad（Sobel梯度幅值平方和）</td></tr>
    125. 

  125.   <tr><td>归一化</td><td class="val">sumSq / 像素数 / mean（除以亮度均值一次方）</td></tr>
    126. 

  126.   <tr><td>峰值精修</td><td>3点滑动平均平滑 + 抛物线插值峰顶</td></tr>
    127. 

  127.   <tr><td>对焦质量</td><td>峰比 max/mean，&lt;1.2 判定弱峰(可能空well/对焦失败)并告警</td></tr>
    128. 

  128. </table>
    129. 

  129. <div class="note">注：归一化用 ÷mean 而非 ÷mean²。早期用 ÷mean² 会因 Z 增大时画面变亮而把清晰帧压垮，导致选错最暗最糊层。改 ÷mean 后峰值正确落在真实焦面。</div>
    130. 

  130. 

  131. <h2>五、串口协议关键参数</h2>
    132. 

  132. <table>
    133. 

  133.   <tr><th>项</th><th>值</th></tr>
    134. 

  134.   <tr><td>波特率</td><td class="val">9600 8N1</td></tr>
    135. 

  135.   <tr><td>移动类命令读超时(CMD_MOTOR=0x05)</td><td class="val">12000ms（覆盖大行程移动到位耗时）</td></tr>
    136. 

  136.   <tr><td>查询类命令读超时(握手/读EEPROM/读位置)</td><td class="val">3000ms</td></tr>
    137. 

  137.   <tr><td>电机到位延时 MotorDelayMs</td><td class="val">默认1500ms（扫描时用更短的350/800ms提速）</td></tr>
    138. 

  138. </table>
    139. 

  139. <div class="note">移动命令是开环+固定延时：下位机回复只代表"收到指令"，机械到位靠延时保证。大行程移动耗时随距离增长，故移动类读超时给到12秒。</div>
    140. 

  140. 

  141. <h2>六、设备发现流程（扫描设备按钮）</h2>
    142. 

  142. <div class="flow">
    143. 

  143.   <div class="step start"><div class="t">点击「扫描设备」</div></div>
    144. 

  144.   <div class="arrow"></div>
    145. 

  145.   <div class="step"><div class="t">① 枚举相机</div><div class="d">相机索引 0..9 逐个 Init 读序列号(SN)，建 index→SN 字典</div>
    146. 

  146.     <div class="p">最多枚举 10 台 · 分辨率 2592×1944 · 初始曝光 400(×100µs)</div></div>
    147. 

  147.   <div class="arrow"></div>
    148. 

  148.   <div class="step"><div class="t">② 扫描串口</div><div class="d">遍历所有 COM 口(跳过 COM1/COM2)，逐个握手得 houseSn，读 EEPROM 的 CCDSN</div>
    149. 

  149.     <div class="p">握手命令 5E 01... · 读CCDSN(EEPROM)</div></div>
    150. 

  150.   <div class="arrow"></div>
    151. 

  151.   <div class="step"><div class="t">③ 配对</div><div class="d">用 CCDSN 把舱室(串口)配对到相机 index，得到「舱室+相机+串口」三元组</div></div>
    152. 

  152.   <div class="arrow"></div>
    153. 

  153.   <div class="step done"><div class="t">填入舱室下拉框 → 选舱室 → 连接</div>
    154. 

  154.     <div class="d">连接：打开串口 + 按界面增益(R/G/B)和曝光 Init 相机 + SetOpMode(0)拍照模式</div></div>
    155. 

  155. </div>
    156. 

  156. 

  157. <h2>七、手动测试台 — 全部控件与参数</h2>
    158. 

  158. 

  159. <h3 style="color:#dcdcaa;margin:14px 0 6px;">相机参数</h3>
    160. 

  160. <table>
    161. 

  161.   <tr><th>控件</th><th>默认值</th><th>范围</th><th>作用</th></tr>
    162. 

  162.   <tr><td>曝光 TxtExposure</td><td class="val">400</td><td class="val">[1,1000] ×100µs</td><td>感光时间，越大越亮。对焦标定用中低曝光(~60)避免well盘过曝</td></tr>
    163. 

  163.   <tr><td>增益 R TxtGainR</td><td class="val">25</td><td class="val">0-255</td><td>红通道信号放大倍数</td></tr>
    164. 

  164.   <tr><td>增益 G TxtGainG</td><td class="val">14</td><td class="val">0-255</td><td>绿通道放大(默认最低，因绿通道传感器灵敏度最高，压低防偏绿)</td></tr>
    165. 

  165.   <tr><td>增益 B TxtGainB</td><td class="val">25</td><td class="val">0-255</td><td>蓝通道放大倍数</td></tr>
    166. 

  166. </table>
    167. 

  167. <div class="note">增益作用 = 整体提亮 + 白平衡校色偏。实测(曝光60)：全低 R5G5B5→灰度均值92(偏暗)，默认→219，全高 R60G60B60→255(过曝饱和丢细节)。对焦需中灰区(~120-220)，过曝/过暗都会让清晰度算法失准。</div>
    168. 

  168. 

  169. <h3 style="color:#dcdcaa;margin:14px 0 6px;">Z 对焦轴（垂直电机）</h3>
    170. 

  170. <table>
    171. 

  171.   <tr><th>控件</th><th>默认值</th><th>说明</th></tr>
    172. 

  172.   <tr><td>步距 TxtZStep</td><td class="val">128</td><td>Z+正转 / Z-反转 每次走的脉冲数</td></tr>
    173. 

  173.   <tr><td>绝对位置 TxtZAbs</td><td class="val">0</td><td>「移动」按钮：直接移到该 Z 绝对脉冲位置</td></tr>
    174. 

  174.   <tr><td>Z复位</td><td class="val">复位脉冲 2000(0x07D0)</td><td>固定帧 5E 05 00 0B 23...07 D0，回机械零点。脉冲值固化、不可配</td></tr>
    175. 

  175. </table>
    176. 

  176. 

  177. <h3 style="color:#dcdcaa;margin:14px 0 6px;">水平轴（皿孔旋转电机）</h3>
    178. 

  178. <table>
    179. 

  179.   <tr><th>控件</th><th>默认值</th><th>说明</th></tr>
    180. 

  180.   <tr><td>步距 TxtHStep</td><td class="val">100</td><td>正转/反转 每次走的脉冲数</td></tr>
    181. 

  181.   <tr><td>到位延时 TxtMotorDelay</td><td class="val">1500 ms</td><td>移动后等待机械稳定的时间(MotorDelayMs)</td></tr>
    182. 

  182.   <tr><td>水平复位</td><td class="val">复位脉冲 3000(0x0BB8)</td><td>固定帧 5E 05 00 0B 13...0B B8，回机械零点。脉冲值固化、不可配</td></tr>
    183. 

  183.   <tr><td>转到该well</td><td>—</td><td>读该well EEPROM水平位→移过去；若有合格标定结果则优先用标定的水平/Z/曝光</td></tr>
    184. 

  184. </table>
    185. 

  185. 

  186. <h3 style="color:#dcdcaa;margin:14px 0 6px;">手动 Z 扫描（扫描选层，找最清晰层）</h3>
    187. 

  187. <table>
    188. 

  188.   <tr><th>控件</th><th>默认值</th><th>说明</th></tr>
    189. 

  189.   <tr><td>起点 TxtScanStart</td><td class="val">0</td><td>扫描起始 Z 脉冲</td></tr>
    190. 

  190.   <tr><td>层距 TxtScanStep</td><td class="val">128</td><td>每层 Z 增量</td></tr>
    191. 

  191.   <tr><td>层数 TxtScanCount</td><td class="val">11</td><td>扫描层数(至少2)</td></tr>
    192. 

  192. </table>
    193. 

  193. <div class="note">流程：从起点起逐层 VerticalMoveTo(start + i×step)，每层抓帧算清晰度，画清晰度曲线，选分数最高层。与自动粗对焦同理，但参数全手动、范围由用户定。</div>
    194. 

  194. 

  195. <h3 style="color:#dcdcaa;margin:14px 0 6px;">其他操作</h3>
    196. 

  196. <table>
    197. 

  197.   <tr><th>按钮</th><th>作用</th></tr>
    198. 

  198.   <tr><td>开光源/关光源</td><td>LED 开关(固定帧 5E 09...)，对焦/拍照需开灯</td></tr>
    199. 

  199.   <tr><td>抓一帧</td><td>GrabRgb 抓单帧显示 + 算中央50%ROI清晰度</td></tr>
    200. 

  200.   <tr><td>实时预览</td><td>连续抓帧实时显示(切换开关)</td></tr>
    201. 

  201.   <tr><td>存图</td><td>把当前帧存为 BMP</td></tr>
    202. 

  202.   <tr><td>设置(曝光/增益)</td><td>把输入框的曝光/增益值下发给相机</td></tr>
    203. 

  203. </table>
    204. 

  204. 

  205. <h2>八、标定结果与合格判定</h2>
    206. 

  206. <table>
    207. 

  207.   <tr><th>记录项</th><th>含义</th></tr>
    208. 

  208.   <tr><td>HorizontalPulse</td><td>居中后的水平脉冲位置</td></tr>
    209. 

  209.   <tr><td>FocusZ</td><td>精对焦求得的最清晰 Z(抛物线插值后)</td></tr>
    210. 

  210.   <tr><td>Exposure</td><td>曝光二分求得的曝光值</td></tr>
    211. 

  211.   <tr><td>CenterOffsetPct</td><td>well圆 Y 方向偏移百分比</td></tr>
    212. 

  212.   <tr><td>PeakRatio</td><td>对焦峰强度 max/mean，&lt;1.2 判弱峰告警</td></tr>
    213. 

  213.   <tr><td class="val">合格判定</td><td class="val">|Y偏移|&lt;12% 且 检出圆 且 峰比&gt;1.2</td></tr>
    214. 

  214. </table>
    215. 

  215. <div class="note">标定结果存 calibration.json；转well时优先用合格的标定参数(水平/Z/曝光)，不合格则降级用 EEPROM 原始值。</div>
    216. 

  216. 

  217. <h2>九、错误处理与降级策略</h2>
    218. 

  218. <table>
    219. 

  219.   <tr><th>情况</th><th>检测</th><th>处理</th></tr>
    220. 

  220.   <tr><td>电机移动失败</td><td>下位机无回复/超时</td><td>RetryMove 重试最多 3 次(每次间隔400ms)；仍失败→跳过该well，记 Note="电机移动失败"</td></tr>
    221. 

  221.   <tr><td>抓帧失败</td><td>GetSourceBuffer 返回空/异常</td><td>Grab 重试最多 3 次(每次间隔50ms)；仍失败→抛异常终止该well</td></tr>
    222. 

  222.   <tr><td>精对焦未检出well圆</td><td>WellDetector.Detect 未找到圆</td><td>对焦ROI降级为中央40%(绝不用全图，避免背景/反光干扰)，继续对焦</td></tr>
    223. 

  223.   <tr><td>对焦峰过弱</td><td>峰比 max/mean &lt; 1.2</td><td>告警"可能空well或对焦失败"，记 Note；结果仍保留但标记不合格</td></tr>
    224. 

  224.   <tr><td>粗对焦峰落区间边界</td><td>bestZ ≤ 下界 或 ≥ 上界</td><td>告警"真实焦面可能在窗口外，建议调整 ZCoarseCenter/ZCoarseHalf"</td></tr>
    225. 

  225.   <tr><td>脉冲越界</td><td>目标 &lt; 下限 或 &gt; 上限</td><td>ClampH/ClampZ 钳到边界并写日志，不发越界指令(防撞机械限位)</td></tr>
    226. 

  226.   <tr><td>水平全程未检出圆</td><td>居中扫描所有位置都没well圆</td><td>跳过该well，记 Note="水平全程未检出圆"</td></tr>
    227. 

  227. </table>
    228. 

  228. <div class="note">设计原则：单个well失败不中断整批标定(跳过并记Note继续下一个)；所有降级都有日志，便于事后排查。</div>
    229. 

  229. 

  230. </body>
    231. 

  231. </html>
    232.