随着计算机硬件和图像算法的快速发展,机器视觉技术已经逐步应用于农业领域的各个环节,该技术具有无接触、高精度、速度快等特点,在农业领域展现出巨大的优势。然而传统变焦系统的硬件结构复杂、变焦过程繁琐、变焦范围有限,难以满足地形复杂、对象多样的农业应用需求,为了快速高效地获取可靠的农业图像必须引入新的变焦成像方法。液体镜头是近年来新兴起的光学变焦元件,其具备体积紧凑、变焦响应快、光学性能卓越等优点。将液体镜头集成到光学系统中用以农业图像的采集可以大大提高农业图像的采集效率和成像质量,有效克服传统镜头景深的局限,从而推动机器视觉技术在农业中应用。本文将液体镜头集成到光学成像系统中,提出了利用液体镜头的大景深成像方法并在距离估计、自动跟踪聚焦方面进行探索研究,为液体镜头的农业应用提供了方案。主要研究工作如下:分析了液体镜头的工作原理和硬件特性,搭建了基于液体镜头的变焦图像采集系统,实现了液体镜头、工业相机、计算机三者之间的数据传输和程序控制。阐述了光学成像中的景深和散焦模糊理论知识,介绍了一种散焦估计算法,通过计算散焦图获取图像的深度信息。此外,详细介绍了五种不同的清晰度评价函数并结合图像处理知识设计对比实验,选择合适的清晰度评价函数用于液体镜头的成像应用研究。根据液体镜头的变焦特点设计了两种大景深成像方法。分别利用散焦估计算法和清晰度评价函数得到不同区域的聚焦图像,并通过拼接得到大景深图像。使用两种方法在不同场景内进行大景深成像实验,实验结果证明本文所提方法克服了镜头景深的局限。建立液体镜头驱动电流值与聚焦深度的函数关系曲线,实现了对聚焦目标的距离估计。通过验证实验和和实际实验分析了该方法的准确性,为农业的无接触距离估计提供了一种新的可行方法。设计液体镜头的自动聚焦算法。根据液体镜头的电流调节范围设计以零点为初始点的多步长爬山搜索算法,减少了图像计算数量。对实际目标进行聚焦实验,并对比传统相机系统和本文系统对移动目标的图像采集效果。实验结果表明本文方法有效扩展了镜头成像的景深,实现了对移动目标的聚焦成像,在农作物分拣、果实识别中有潜在的应用价值。