CN101413843B - 调制传递函数值的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调制传递函数值的测量装置，其包括测试板、图像传感器、承载装置和驱动装置。所述测试板具有多个明暗相间的图案。所述承载装置位于测试板及图像传感器之间，其包括限位装置及承载台。所述限位装置设于承载台，与图像传感器相对。所述承载台与测试板相对。所述驱动装置用于驱动承载装置平行于测试板移动或转动，以调节承载装置与测试板的相对位置，使图像传感器分别感测到测试板上不同部分的图案经由待测镜头成像后的图像。本发明还提供了一种调制传递函数值的测量方法。使用所述测量装置能提高测量精度，并一次测量多个镜头的调制传递函数值，有效提高了测量效率。

Description

调制传递函数值的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及镜头检测技术领域，尤其涉及一种测量镜头的调制传递函数值的装置及其测量方法。

背景技术

数码相机、摄像机及手机摄像头等成像物体的影像质量主要取决于镜头的成像质量，而镜头的成像质量监控在于镜头的测试过程。调制传递函数值(Modulation Transfer Function，MTF)是一种分析镜头的解像力跟反差再现能力、综合评价镜头的锐度、反差及分辨率的一个重要参数。参见文献：A simplemethod for determining the modulation transfer function indigital radiography；Fujita，H.，Tsai，D-Y.，Itoh，T.，Department of Electronic & ComputerEngineering，England，Gifu University；Medical imaging，IEEE transactions on；pages 34～39，Volume 11，Issue 1，March.1992。

参见图1，其为现有的镜头调制传递函数值的测量装置100的使用状态剖示图。镜头调制传递函数值的测量装置100包括设有明暗相间的图案的测试板10、限位装置20、驱动单元30和图像传感器40。限位装置20供放置待测镜头120用，其与驱动单元30相连。驱动单元30用于驱动待测镜头120在测试板10与图像传感器40之间沿待测镜头120的光轴方向上下移动，以使测试板10的图案在图像传感器40上形成最佳图像。之后，由图像传感器40的一个像素感测经由待测镜头120成像的图案的亮度的最大值和最小值计算出待测镜头120的调制传递函数值，进而判断镜头120是否合格。

为了提高测量精度，一般而言，测试板10具有多个图案。但是使用测量装置100时，一旦测试板10的图案较多，测试板10的尺寸较大，超出图像传感器40的可感测区，图像传感器40便无法一次对测试板10的全部图案成像，这会造成由图像传感器40的像素所感测的图案的成像亮度可能不是实际的最大值和最小值，导致测量装置100会产生错误的测量结果。如果使用具有较大可感测区的图像传感器，将会大大提高测量成本。另外，测量装置100一次只能检测一只镜头，测量效率较低。

发明内容

因此，有必要提供一种调制传递函数值的测量装置及其测量方法，以使图像传感器对较大尺寸的测试板上的全部图案成像，并一次性准确测量多个镜头的调制传递函数值，提高测量效率。

下面将以实施例说明一种调制传递函数值的测量装置及其测量方法。

所述调制传递函数值的测量装置包括测试板、图像传感器、承载装置和驱动装置。所述测试板具有多个明暗相间的图案。所述承载装置位于测试板及图像传感器之间，其包括限位装置及承载台。所述限位装置用于固定待测镜头。所述限位装置设于承载台，并与图像传感器相对。所述限位装置的一表面设有多个第一凹槽，相对的另一表面设有多个与第一凹槽连通的第二凹槽。每个第一凹槽与其对应的第二凹槽贯通所述限位装置相对两表面以形成一个阶梯状通孔结构，所述第一凹槽与第二凹槽相互配合固定所述待测镜头。所述承载台与测试板相对，用于承载所述限位装置。所述驱动装置用于驱动承载装置平行于测试板移动或转动，以调节承载装置与测试板的相对位置，从而使图像传感器分别感测到测试板上不同部分的每个图案经由所述待测镜头成像后在所述图像传感器上形成的图像。

所述调制传递函数值的测量方法包括以下步骤：将多个待测镜头固定于调制传递函数值的测量装置的限位装置，选定图像传感器的一个像素，利用图像传感器感测测试板上的第一测试区经由待测镜头成像后的图像，记录图像亮度的第一亮度最大值和第一亮度最小值；通过驱动装置驱动承载装置带动待测镜头平行于测试板移动或转动，利用图像传感器感测测试板上的第二测试区经由待测镜头成像后的图像，记录图像亮度的第二亮度最大值和第二亮度最小值；比较所述第一亮度最大值与第二亮度最大值及第一亮度最小值与第二亮度最小值，得出最大值及最小值，从而计算待测镜头的调制传递函数值。

与现有技术相比，本技术方案的调制传递函数值的测量装置包括驱动装置，在使用本技术方案的调制传递函数值的测量装置测量镜头的调制传递函数值的过程中，所述驱动装置可驱动所述承载装置带动待测镜头平行于测试板移动或转动，以使测试板的不同部分的每个图案经由待测镜头成像后的图像均能被图像传感器感测到，从而准确获得图案的图像亮度的最大值和最小值，进而提高待测镜头的调制传递函数值测量精度。本技术方案的调制传递函数值的测量方法可以一次测量多个镜头，有效提高了检测效率。

附图说明

图1是现有技术的调制传递函数值的测量装置的使用状态剖示图。

图2是本技术方案第一实施例提供的调制传递函数值的测量装置的示意图。

图3是图2所示调制传递函数值的测量装置的承载装置沿III-III线的剖示图。

图4A、4B是调制传递函数值的测量装置的测试板的示意图。

图5A、5B是图2所示调制传递函数值的测量装置的使用状态示意图。

图6是图2所示调制传递函数值测量装置的使用效果图。

图7是本技术方案第二实施例提供的调制传递函数值的测量装置的示意图。

图8是图7所示的调制传递函数值的测量装置的使用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本技术方案的调制传递函数值的测量装置和测量方法作进一步的详细说明。

请参阅图2，其为本技术方案的第一实施例提供的调制传递函数值的测量装置200，其包括测试板21、图像传感器22、承载装置23及驱动装置24。调制传递函数值的测量装置200用于测量镜头的调制传递函数值。

测试板21具有多个不同亮度的区域，为便于描述，图2中以多个图案211表示不同亮度的区域。为后续测量的需要，测试板21上定义有第一测试区和第二测试区。第一测试区和第二测试区均具有多个明暗相间的图案211。例如，测试板21边缘的图案分别以1、2、3、4、5、6、7和8标记，如图4A所示，则第一测试区是指以1、3、5、7四个图案为顶点围成的矩形区域，第二测试区是指以2、4、6、8四个图案为顶点围成的矩形区域。由此，第一测试区与第二测试区部分重叠。另外，第一测试区还可与第二测试区相互间隔，如图4B所示，测试板21’具有多个明暗相间的图案211’，其边缘的图案分别以1’、2’、3’、4’、5’、6’、7’、8’、9’和10’标记，则第一测试区是指以1’、2’、8’、9’和10’五个图案为顶点围成的区域，第二测试区是指以3’、4’、5’、6’和7’五个图案为顶点围成的区域，由此第一测试区与第二测试区相互间隔而不重叠。本实施例中，第一测试区与第二测试区为如图4A所示相互重叠。测试板21与图像传感器22分别位于承载装置23的相对两侧。

图像传感器22用于感测测试板21的多个图案211经由待测镜头成像后在图像传感器22上形成的图像。图像传感器22可为电荷耦合图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。由于测试板21的尺寸较大，超出了图像传感器22可感测范围，图像传感器22并不能一次感测测试板21的全部图案。本实施例中，图像传感器22一次只能感测到以1、3、5、7四个图案为顶点围成的第一测试区，或者以2、4、6、8四个图案为顶点围成的第二测试区。

请一并参阅图2及图3，承载装置23包括限位装置231和承载台232。

限位装置231用于固定待测镜头。所述限位装置231呈圆形，其一表面设有多个第一凹槽2311，其另一表面设有多个与第一凹槽2311连通的第二凹槽2312。所述第一凹槽2311的形状及尺寸与待测镜头的形状及尺寸相适配，所述第二凹槽2312的尺寸略小于第一凹槽2311的尺寸，即略小于待测镜头的尺寸，由此形成贯通限位装置231相对两表面的阶梯状通孔结构。第一凹槽2311与第二凹槽2312相互配合固定待测镜头。限位装置231设于承载台232上，其与图像传感器22位于承载台232的同一侧，且与图像传感器22相对设置。

承载台232开设有贯通其相对两表面的通孔2321。所述通孔2321尺寸略小于限位装置231的尺寸，且所有第一凹槽2311在限位装置231中的位置均对应于通孔2321在限位装置231垂直投影的区域内。如此设置可使成像光线不受阻挡地通过第二凹槽2312和通孔2321，使待测镜头对测试板210上的全部图案成像。作为一种变更，承载台232的相对两表面也可以开设多个与第二凹槽2312形状及尺寸适配的通孔，以使成像光线不受阻挡地穿过所述通孔，从而使待测镜头实现一次对测试板21上的全部图案成像。

驱动装置24用于驱动承载台232，以便于其带动限位装置231平行于测试板21运动。驱动装置24可为本领域常用的驱动装置。本实施例中，驱动装置24包括驱动器241和传动件242。

驱动器241包括第一驱动器2411和第二驱动器2412。传动件242包括第一传动臂2421、第二传动臂2422和第三传动臂2423。第一驱动器2411可为压电元件或电机，其用于驱动传动件242的第二传动臂2422水平移动。第二驱动器2412为一马达，用于驱动传动件242的第三传动臂2423转动。第二传动臂2422和第三传动臂2423分别设有第一弹性凸起物2426和第二弹性凸起物2427。第一传动臂2421沿径向开设有形状及尺寸与第二传动臂2422径向截面形状及尺寸匹配的第一限位孔2424、与第三传动臂2423径向截面形状及尺寸适配的第二限位孔2425、分别与第一弹性凸起物2426和第二弹性凸起物2427适配的第三限位孔2428及第四限位孔2429。第三限位孔2428与第一限位孔2424相互贯通构成一个十字孔，用于配合固定第二传动臂2422于第一传动臂2421。第四限位孔2429与第二限位孔2425相互贯通构成另一个十字孔，用于配合固定第三传动臂2423于第一传动臂2421。第一传动臂2421水平设置，其一端与承载台232成一体，其另一端可选择性地连接于水平设置的第二传动臂2422或垂直水平方向设置的第三传动臂2423。第二传动臂2422与第一驱动器2411相接，其可在第一驱动器2411的驱动下水平移动。第三传动臂2423与第二驱动器2412相连，其可在第二驱动器2412的驱动下转动。

使用驱动装置24时，可将第二传动臂2422未与第一驱动器2411相连的一端插入第一传动臂2421上的第一限位孔2424，并使第一弹性凸起物2426穿设于第三限位孔2428，从而实现将第一传动臂2421套接于第二传动臂2422，使得第二传动臂2422在第一驱动器2411的作用下作水平移动的同时，带动第一传动臂2421水平移动，从而带动承载台232及限位装置231平行于测试板21移动。或者将第三传动臂2423未与第二驱动器2412相连的一端插入第一传动臂2421上的第二限位孔2425，并使第二弹性凸起物2427穿设于第四限位孔2429，从而实现将第一传动臂2421与第三传动臂2423套接成一体，以使第三传动臂2423在第二驱动器2412的作用下转动的同时，带动承载台232平行于测试板21转动。当然根据具体需要，承载台232和限位装置231先平行于测试板21移动再平行于测试板21转动。由此，第一驱动器2411、第二驱动器2412与传动件242配合使用，从而调节承载台232与测试板21的相对位置，以使图像传感器22能感测到测试板21不同部分的每个图案211经由待测镜头成像后的图像。

使用调制传递函数值测量装置200时，需将多个待测镜头分别对应固定于限位装置231的第一凹槽2311。然后通过驱动装置24的驱动器241驱动传动件242调节承载台232相对于测试板21的位置，使待测镜头一次能对测试板21的全部图案成像，图像传感器22分别感测到测试板21第一测试区和第二测试区中每个图案经由待测镜头成像后的图案，即可实现待测镜头的调制传递函数值进行测量。

本实施例的调制传递函数值的测量装置200可以一次性测量多个待测镜头的调制传递函数值。现以多个待测镜头中的一个待测镜头300为例，对调制传递函数值的测量装置200测量镜头调制传递函数值的方法进行详细说明。所述方法主要包括以下步骤：

步骤一，将待测镜头300固定于限位装置231，利用图像传感器22感测测试板21的第一测试区经由待测镜头300成像后的图像，记录图像亮度的第一亮度最大值和第一亮度最小值。

具体地，在测试过程中，第一最大亮度值与第一最小亮度值的选定按照以下方式进行。

选定图像传感器22的一个像素，所述选定的像素感测第一测试区的亮度值，得出第一亮度最大值和第一亮度最小值，并加以记录。

若每三个连续的图案中，中间位置的图案的亮度值大于其前后位置的图案的亮度值，则该中间位置的图案的亮度值为所选定像素所感测的图像的第一亮度最大值；若中间位置的图案的亮度值小于其前后位置的图案的亮度值，则该中间位置的图案的亮度值为所选定像素所感测的图像的第一亮度最小值。

步骤二，通过驱动装置24，调节承载装置23与测试板21的相对位置，利用图像传感器22感测测试板21的第二测试区经由待测镜头300成像后的图像，并得出图像亮度的第二亮度最大值和第二亮度最小值。

承载装置23相对于测试板21的位置可以通过驱动装置24的驱动器241驱动传动件242，从而带动承载台232及待测镜头300运动来调节。所述运动是承载台232平行于测试板21的移动或转动，但应能使图像传感器220感测到第二测试区经由待测镜头300成像后的图像。具体地，当第一图案与第二图案重叠时，如图5A所示，应连接第三传动臂2423与第一传动臂2421，启动第二驱动器2412，使承载台232及待测镜头300平行于测试板21转动，然后如图5B所示，断开第三传动臂2423与第一传动臂2421的连接，然后连接第二传动臂2422和第一传动臂2411，再启动第一驱动器2411，使承载台232、限位装置231及待测镜头300平行于测试板21移动。当第一图案与第二图案相间隔时，使承载台232、限位装置231及待测镜头300在第一驱动器2411驱动下平行于测试板21移动即可。本实施例中，由于第一测试区与第二测试区部分重叠，因此，应使承载台232及待测镜头300在第二驱动器2412的驱动下，先平行于测试板21转动一定角度，然后在第一驱动器2411的驱动下再进行平移，使得图像传感器22能感测到第二测试区经由待测镜头300成像后的图像，其效果图见图6。

记录图像传感器22的所述选定像素所感测的第二测试区的亮度值，按上述第一最大亮度值和第一最小亮度值相同的确定方法，确定出第二亮度最大值和第二亮度最小值。

步骤三，比较第一亮度最大值与第二亮度最大值，及第一亮度最小值与第二亮度最小值，得出亮度的最大值及最小值，从而计算待测镜头300的调制传递函数值。

根据第一亮度最大值与第二亮度最大值及第一亮度最小值与第二亮度最小值比较后得到的亮度最大值及最小值，由公式MTF＝(I_max-I_min)/(I_max+I_min)计算待测镜头300的调制传递函数。其中，I_max为图像传感器22的选定像素所感测的图案的亮度的最大值，I_min为图像传感器22的像素所感测的图案的亮度的最小值。

待图像传感器22通过待测镜头300对全部图案211成像后，按前述方法运行第一驱器2411和第二驱动器2412，使承载台232及待测镜头300平行于测试板21移动或转动，使另一个待测镜头300刚好能一次对测试板21的全部图案成像，然后按前述测量调制传递函数值的方法对另一个待测镜头300进行测量。

参见图7，其为本技术方案第二实施例提供的调制传递函数值的测量装置400的示意图。与测量装置200不同的是，测量装置400的传动件342设置于承载台332中心轴线，限位装置331设有多个与限位装置231的阶梯状通孔相同的通孔。所有阶梯状通孔位于以传动件342为中心的圆周上，用以容纳待测镜头。

使用测量装置400时，如图8所示，调节待测镜头500与图像传感器32及测试板31的相对位置关系，使待测镜头500能一次对测试板31上的全部图像成像，且使其位于图像传感器32的可感测区。运行驱动器341，使传动件342转动，从而使得承载台332及限位装置331绕传动件342转动。同时，转动置于限位装置331的每个阶梯状通孔内的待测镜头500。这样一来，通过待测镜头500的转动，图像传感器32能分别感测到测试板上不同部分的图案经由待测镜头成像后的图像。待测镜头500的转动可通过设置行星齿轮来实现，即将传动件342与行星齿轮相接，使驱动器341驱动传动件342，传动件342带动行星齿轮运转。

可以理解的是，测试板的图案可以是一个包括多个间隔排布的明暗条纹的阵列，也可以是两个所述的条纹阵列，且两条纹阵列的明暗条纹排布方向相交。

作为一种变更，还可以设置与图像传感器相连的驱动器，使图像传感器沿待测镜头光轴方向移动，以获取图案经由待测镜头的图案的最佳图像。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，如适当变更驱动装置的结构及类别、驱动器的数量、驱动装置与承载台的位置关系及测试板的图案的形状及分布方式等。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种调制传递函数值的测量装置，用于量测镜头的调制传递函数，其包括测试板和图像传感器，所述测试板上具有多个明暗相间的图案，其特征在于，所述测量装置还包括：

承载装置，其位于测试板及图像传感器之间，所述承载装置包括限位装置及承载台，所述限位装置用于固定待测镜头，所述限位装置设于承载台，并与图像传感器相对，所述限位装置的一表面设有多个第一凹槽，相对的另一表面设有多个与第一凹槽连通的第二凹槽，每个第一凹槽与其对应的第二凹槽贯通所述限位装置相对两表面以形成一个阶梯状通孔结构，所述第一凹槽与第二凹槽相互配合固定所述待测镜头，所述承载台与测试板相对，用于承载所述限位装置；及

与承载装置相连的驱动装置，所述驱动装置用于驱动承载装置平行于测试板移动或转动，以调节承载装置与测试板的相对位置，从而使图像传感器分别感测到测试板上不同部分的每个图案经由所述待测镜头成像后在所述图像传感器上形成的图像。

2.如权利要求1所述的调制传递函数值的测量装置，其特征在于，所述驱动装置包括第一驱动器、第二驱动器和传动件，所述第一驱动器用于驱动传动件带动承载装置平行于测试板移动，所述第二驱动器用于驱动传动件带动承载装置平行于测试板转动。

3.如权利要求2所述的调制传递函数值的测量装置，其特征在于，所述第一驱动器为压电元件或电机，所述第二驱动器为马达。

4.如权利要求1所述的调制传递函数值的测量装置，其特征在于，所述承载台设有一个通孔，所述通孔的尺寸小于限位装置的尺寸，且所有第一凹槽在限位装置中的位置均对应于通孔在限位装置垂直投影的区域内。

5.如权利要求1所述的调制传递函数值的测量装置，其特征在于，所述承载台设有多个通孔，所述多个通孔的形状及尺寸与所述多个第二凹槽的形状及尺寸相适配。

6.如权利要求1所述的调制传递函数值的测量装置，其特征在于，所述图像传感器为电荷耦合图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。

7.一种调制传递函数值的测量方法，其包括以下步骤：

将多个待测镜头固定于调制传递函数值的测量装置的限位装置，选定图像传感器的一个像素，利用图像传感器感测测试板上的第一测试区经由待测镜头成像后的图像，记录图像的亮度的第一亮度最大值和第一亮度最小值；

通过驱动装置驱动承载装置带动待测镜头平行于测试板移动或转动，利用图像传感器感测测试板上的第二测试区经由待测镜头成像后的图像，记录所述图像的亮度的第二亮度最大值和第二亮度最小值；

比较所述第一亮度最大值和第二亮度最大值及第一亮度最小值和第二亮度最小值，得出最大值及最小值，从而计算待测镜头的调制传递函数值。

8.如权利要求7所述的调制传递函数值的测量方法，其特征在于，所述第一测试区与第二测试区重叠。

9.如权利要求7所述的调制传递函数值的测量方法，其特征在于，所述第一测试区与第二测试区间隔。

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