CN109406105B - 虚像检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚像检测方法，包括在虚像的反向延长线上依次放置探测镜头和图像传感器，其中，所述虚像的图像经过所述探测镜头后被所述图像传感器接收；沿着光轴移动所述图像传感器以确定出在所述虚像的解像力最佳时所述探测镜头的后焦值；以及根据所述探测镜头的后焦值与所述探测镜头在成像时的物距的对应关系，计算出在所述虚像的解像力最佳时所述探测镜头的成像距离，作为所述虚像的成像距离。本发明还提供了相应的虚像检测系统。本发明具有测试精度高、可重复性好、不受测试人员主观影响等优势。

Description

虚像检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及光学系统技术领域，具体地说，本发明涉及一种光学系统中的虚像检测解决方案。

背景技术

由物点发出的光线，经光学系统的折射或反射，有时会形成发散的折射或反射光线，这些折射或反射光线的反向延长线的交点形成该物点的虚像点，其集合形成物体的虚像。

光学系统中，有时需要对虚像进行成像。然而，虚像虽然能用眼睛直接观看，但不能直接用光屏接收，因此光学系统对虚像的成像指标的检测存在较大的困难。

目前对于光学系统对虚像的解像力、成像距离、成像大小等检测一般采用人工肉眼检测的方法，这种方法存在测试精度低、可重复性差、主观因素影响大、易受背景干扰等缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种能够克服现有技术的上述至少一个缺陷的虚像检测的解决方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种虚像检测方法，包括下列步骤：

在虚像的反向延长线上依次放置探测镜头和图像传感器，使虚像图像经过所述探测镜头后正好被所述图像传感器接收；

沿着光轴移动所述图像传感器，找到虚像解像力最佳的位置并获得所述探测镜头此时的后焦值；以及

根据所述探测镜头的后焦值和物距的对应关系，得出所述探测镜头此时的成像距离并将其作为虚像成像距离。

其中，所述找到虚像解像力最佳位置的步骤中，还包括在形成所述虚像的图像源上设置解像力测试标靶，并利用所述解像力测试标靶来寻找虚像解像力最佳位置。

其中，所述找到虚像解像力最佳位置的步骤中，还包括测出虚像解像力最佳位置下的解像力。

其中，所述虚像检测方法还包括：根据所述图像传感器中图像的尺寸、所述探测镜头的焦距以及虚像成像距离，基于三角关系计算出虚像成像尺寸。

其中，虚像成像尺寸等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的尺寸。

其中，虚像的长度等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的长度；虚像的宽度等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的宽度。

其中，所述找到虚像解像力最佳位置的步骤中，虚像解像力最佳位置下的后焦值基于预先标定的图像传感器位置与探测镜头位置的对应关系，根据使虚像解像力最佳的图像传感器位置得出。

其中，所述使虚像解像力最佳的图像传感器位置是图像传感器在光轴上的位置。

其中，所述探测镜头后焦值与物距(指探测镜头在成像时的物距)的对应关系根据预先标定或者根据探测镜头的出厂测试得出。对于给定的探测镜头，可以通过对实物进行成像，来得到在不同物距下成像时探测镜头的后焦值，从而获得该探测镜头的后焦值与物距的对应关系。探测镜头的后焦和物距理论上有一个对应关系，但是由于每个镜头实际生产过程中的差异，机械后焦会有不同。对于每颗镜头，标定该镜头的实际机械后焦和理论机械后焦的差值，再结合光学理论即可得到探测镜头后焦值与物距的对应关系。

其中，后焦为机械后焦，机械后焦是指镜头机械后端面到像面的距离。

其中，探测镜头的焦距是指光学系统的像方主点到主焦点之间的距离。

根据本发明的另一方面，还提供了一种虚像检测系统，包括：

形成虚像的图像源和光学系统；

在虚像的反向延长线上依次放置的探测镜头和图像传感器；以及

数据处理模块，用于控制所述图像传感器沿着光轴移动，找到虚像解像力最佳的位置并获得所述探测镜头此时的后焦值；以及根据所述探测镜头的后焦值和物距的对应关系，得出所述探测镜头此时的成像距离并将其作为虚像成像距离。

其中，所述虚像检测系统还包括与所述图像传感器连接的运动机构，所述运动机构可带动所述图像传感器沿着光轴移动。

其中，所述探测镜头位置固定，所述运动机构可带动所述图像传感器在沿着光轴的方向上相对于所述探测镜头运动。

其中，所述数据处理模块还用于记录所述运动机构的位移。

其中，所述数据处理模块还用于在虚像检测前标定所述运动机构的位移与所述探测镜头的后焦值之间的对应关系。

其中，所述数据处理模块还用于在虚像检测过程中，根据虚像解像力最佳位置下所述运动机构的位移，得出对应的后焦值。

其中，所述图像源设置有解像力测试标靶。

其中，所述数据处理模块还用于在虚像检测过程中测出虚像解像力最佳位置下的解像力。

其中，所述数据处理模块还用于根据所述图像传感器中图像的尺寸、所述探测镜头的焦距以及虚像成像距离，基于三角关系计算出虚像成像尺寸。

其中，所述虚像检测系统还包括可转动反光镜，来自于所述图像源的光线经过所述光学系统后被所述反光镜反射，所述虚像形成在所反射光线的反向延长线上。

其中，所述反光镜所反射的光线经过所述探测镜头后被所述图像传感器接收。

其中，来自于所述图像源的光线经过所述光学系统后直接被反射，所述虚像形成在所反射光线的反向延长线上，所述光学系统所反射的光线经过所述探测镜头后被所述图像传感器接收。

与现有技术相比，本发明具有下列至少一个技术效果：

1、能够实现虚像成像距离的自动定量检测，测试精度高、可重复性好、不受测试人员主观影响。

2、能够实现虚像解像力的自动定量检测，测试精度高、可重复性好、不受测试人员主观影响。

3、能够实现虚像成像大小的自动定量检测，测试精度高、可重复性好、不受测试人员主观影响。

附图说明

在参考附图中示出示例性实施例。本文中公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。

图1示出了本发明一个实施例的虚像检测方法；

图2示出了本发明一个实施例中的探测系统5的结构示意图；

图3示出了黑块形式的解像力测试标靶；

图4示出了本发明一个实施例中的探测镜头后焦和物距的关系曲线；

图5示出了本发明一个实施例中图像传感器中图像的尺寸、探测镜头的焦距、虚像成像距离以及虚像的尺寸间的三角关系；

图6示出了本发明另一个实施例中的虚像检测系统。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一主体也可被称作第二主体。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了本发明一个实施例的虚像检测方法，包括步骤1～3。

步骤1：在虚像的反向延长线上依次放置探测镜头和图像传感器，使虚像图像经过所述探测镜头后正好被所述图像传感器接收。

图1示出了本实施例的虚像检测光路的示意图。参考图1，该虚像检测光路包括形成虚像的图像源1和光学系统2，可转动的反光镜4，以及探测系统5。其中，来自于所述图像源1的光线经过所述光学系统2后被所述反光镜4反射，所述虚像4形成在所反射光线的反向延长线上。所述探测系统5包括探测镜头和图像传感器。探测镜头和图像传感器在虚像的反向延长线上(即在反光镜4所发射的光线的延长线上)依次放置。本步骤中，根据需要将反光镜4转动到不同角度，使得所述反光镜4所反射的光线经过所述探测镜头后正好被所述图像传感器接收。

步骤2：沿着光轴移动所述图像传感器，找到虚像解像力最佳的位置并获得所述探测镜头此时的后焦值。

图2示出了本发明一个实施例中的探测系统5的结构示意图。参考图2，该探测系统5包括探测镜头51、图像传感器52和运动机构53。与所述图像传感器52连接的运动机构53，所述运动机构53可带动所述图像传感器52沿着虚像检测光路的光轴移动。探测镜头51位置固定，这样，运动机构53可带动所述图像传感器52在沿着光轴的方向上相对于探测镜头51运动。这样，通过对运动机构53的调节，即可调节图像传感器52所接收图像的清晰度，同时还可以方便地记录运动机构53的位移。这个位移即可代表图像传感器52在光轴上所处的位置。对于给定的探测镜头51来说，图像传感器52在光轴上所处的位置与探测镜头51的后焦是相互关联的(或者说二者存在一定的对应关系)。

在一个实施例中，在虚像检测前，对这种对应关系进行精确标定。例如，在设备使用前，先前后移动运动机构53，测量运动机构53的每个位移与该位移下的探测镜头51的后焦并进行记录，从而确定探测镜头51的后焦与运动机构53位移的对应关系。这样，在虚像检测过程中，沿着光轴移动所述图像传感器找到虚像解像力最佳的位置时，即可根据此时的运动机构53的位移，得到对应的后焦。本文中，后焦也被称为后焦值。本文中，后焦是指机械后焦，机械后焦是指探测镜头机械后端面到像面的距离。其中“后”是指靠近图像传感器的一方。

进一步地，在一个实施例中，在形成虚像3的图像源1上设置解像力测试标靶，并利用所述解像力测试标靶来寻找虚像解像力最佳位置。图像源1包括但不限于LCD屏。在LCD屏绘制解像力测试标靶。图3示出了黑块形式的解像力测试标靶，但需要说明，本发明的解像力测试标靶并不限于这种形式。解像力测试标靶经过光学系统2后投射到反光镜4上，通过调整反光镜4的角度，使得解像力测试标靶的虚像图像经过探测镜头后正好被图像传感器接收。根据解像力测试标靶，可自动检测出解像力最佳的位置并测出此时的解像力。

步骤3：根据所述探测镜头的后焦值和物距的对应关系，得出所述探测镜头此时的成像距离并将其作为虚像成像距离。后焦值和物距的对应关系由探测镜头的固有结构确定，该对应关系可以根据预先标定，也可以根据探测镜头的出厂测试得出。探测镜头的后焦和物距理论上有一个对应关系，但是由于每个镜头实际生产过程中的差异，机械后焦会有不同。在一个实施例中，对于每颗镜头，标定该镜头的实际机械后焦和理论机械后焦的差值，再结合光学理论即可得到探测镜头后焦值与物距的对应关系。图4示出了本发明一个实施例中的探测镜头后焦和物距的关系曲线。需要说明，图4的关系曲线仅示意，本发明的探测镜头后焦和物距的关系并不限于此。对于给定的探测镜头，可以通过对实物进行成像，来得到在不同物距(实物的物距可以通过直接测量获得)下成像时探测镜头的后焦值，从而获得该探测镜头的后焦值与物距的对应关系。

进一步地，在一个实施例中，还可以根据所述图像传感器中图像的尺寸、所述探测镜头的焦距以及虚像成像距离，基于三角关系计算出虚像成像尺寸。图5示出了本发明一个实施例中图像传感器中图像的尺寸、探测镜头的焦距、虚像成像距离以及虚像的尺寸(即虚像成像尺寸)之间的三角关系。本实施例实际上是基于二次成像原理来对虚像进行测量。形成虚像的成像可视为第一次成像，对所形成的虚像的再次成像可视为第二次成像。前述三角关系指的是第二次成像过程的三角关系。由于第二次成像中的物实际上就是第一次成像所得到的虚像，因此第二次成像时的物距就是虚像的成像距离。

虚像成像尺寸等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的尺寸。具体地说，虚像的长度等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的长度；虚像的宽度等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的宽度。

其中，探测镜头的焦距是指光学系统的像方主点到主焦点之间的距离。

上述实施例中，通过二次成像原理，将虚像采集到图像传感器，并通过相应的计算实现了虚像解像力、虚像成像距离和虚像成像大小的自动定量检测，具有测试精度高、可重复性好、不受测试人员主观影响等优势。

仍然参考图1，根据本发明的另一实施例，还提供了一种相应的虚像检测系统，包括数据处理模块(图1中未示出)，形成虚像的图像源1和光学系统2，可转动的反光镜4，以及探测系统5。其中，来自于所述图像源1的光线经过所述光学系统2后被所述反光镜4反射，所述虚像4形成在所反射光线的反向延长线上。所述探测系统5包括探测镜头和图像传感器。探测镜头和图像传感器在虚像的反向延长线上(即在反光镜4所发射的光线的延长线上)依次放置。本步骤中，根据需要将反光镜4转动到不同角度，使得所述反光镜4所反射的光线经过所述探测镜头后正好被所述图像传感器接收。

其中，数据处理模块用于控制所述图像传感器沿着光轴移动，找到虚像解像力最佳的位置并获得所述探测镜头此时的后焦值；以及根据所述探测镜头的后焦值和物距的对应关系，得出所述探测镜头此时的成像距离并将其作为虚像成像距离。其中，所述虚像成像尺寸根据所述图像传感器中图像的尺寸、所述探测镜头的焦距以及虚像成像距离，基于三角关系(参考图5)计算得出。本实施例中，数据处理模块可以以上位机的形式实现。该上位机可接收图像传感器中的图像并进行分析和计算。

进一步地，在一个实施例中，所述数据处理模块还用于记录所述运动机构的位移；在虚像检测前标定所述运动机构的位移与所述探测镜头的后焦值之间的对应关系；以及在虚像检测过程中，根据虚像解像力最佳位置下所述运动机构的位移，得出对应的后焦值。

图6示出了本发明另一个实施例中的虚像检测系统，包括数据处理模块(图中未示出)、图像源1、光学系统2和探测系统5。其中，来自于所述图像源1的光线经过所述光学系统2后直接被反射，所述虚像3形成在所反射光线的反向延长线上，所述光学系统2所反射的光线直接到达探测系统5。探测系统5包括探测镜头和图像传感器以及与图像传感器连接的运动机构。本实施例中，数据处理模块与前文所述实施例的数据处理模块一致，不再赘述。探测系统5的内部结构与图2所示的实施例一致，不再赘述。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (17)

1.一种虚像检测方法，包括：

在虚像的反向延长线上依次放置探测镜头和图像传感器，其中，所述虚像的图像经过所述探测镜头后被所述图像传感器接收；

沿着光轴移动所述图像传感器，以标定出图像传感器位置与探测镜头位置的对应关系，基于所述对应关系并根据使虚像解像力最佳的图像传感器位置得出在所述虚像的解像力最佳时所述探测镜头的后焦值；以及

通过对实物进行成像得到在不同物距下成像时所述探测镜头的后焦值来标定所述探测镜头的后焦值与所述探测镜头在成像时的物距的对应关系，根据所述探测镜头的后焦值与所述探测镜头在成像时的物距的对应关系，计算出在所述虚像的解像力最佳时所述探测镜头的成像距离，作为所述虚像的成像距离。

2.根据权利要求1所述的虚像检测方法，其特征在于，通过在所述虚像的图像源上设置的解像力测试标靶确定所述虚像的解像力最佳位置。

3.根据权利要求2所述的虚像检测方法，其特征在于，沿着光轴移动所述图像传感器以确定出在所述虚像的解像力最佳时所述探测镜头的后焦值的步骤还包括：

测出所述虚像的解像力最佳位置下的解像力。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的虚像检测方法，其特征在于，还包括：

根据所述图像传感器中图像的尺寸、所述探测镜头的焦距以及所述虚像的成像距离，基于三角关系计算出所述虚像的成像尺寸。

5.根据权利要求4所述的虚像检测方法，其特征在于，所述虚像的成像尺寸等于所述虚像的成像距离与所述探测镜头的焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的尺寸。

6.根据权利要求5所述的虚像检测方法，其特征在于，所述虚像的长度等于所述虚像成像距离与所述探测镜头的焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的长度；所述虚像的宽度等于所述虚像成像距离与所述探测镜头焦距的比值乘以所述图像传感器中图像的宽度。

7.根据权利要求1所述的虚像检测方法，其特征在于，所述使虚像解像力最佳的图像传感器位置是图像传感器在光轴上的位置。

8.一种虚像检测系统，包括形成虚像的图像源和光学系统，其特征在于所述虚像检测系统还包括：

在所述虚像的反向延长线上依次放置的探测镜头和图像传感器；

数据处理模块，控制所述图像传感器沿着光轴移动，找到虚像解像力最佳的位置并获得所述探测镜头此时的后焦值；以及根据所述探测镜头的后焦值和物距的对应关系，得出所述探测镜头此时的成像距离并将其作为虚像成像距离；以及

运动机构，与所述图像传感器连接，带动所述图像传感器沿着光轴移动，

其中，通过对实物进行成像得到在不同物距下成像时所述探测镜头的后焦值来标定所述探测镜头的后焦值和物距的对应关系，

其中，所述数据处理模块用于在虚像检测过程中，基于在虚像检测前标定的所述运动机构的位移与所述探测镜头的后焦值之间的对应关系，根据虚像解像力最佳位置下所述运动机构的位移得出对应的后焦值。

9.根据权利要求8所述的虚像检测系统，其特征在于，所述探测镜头在光轴上的位置固定，所述运动机构带动所述图像传感器在沿着光轴的方向上相对于所述探测镜头运动。

10.根据权利要求9所述的虚像检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于记录所述运动机构的位移。

11.根据权利要求10所述的虚像检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于在虚像检测前标定所述运动机构的位移与所述探测镜头的后焦值之间的对应关系。

12.根据权利要求8所述的虚像检测系统，其特征在于，所述图像源设置有解像力测试标靶。

13.根据权利要求8所述的虚像检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于在虚像检测过程中测出虚像解像力最佳位置下的解像力。

14.根据权利要求8所述的虚像检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于根据所述图像传感器中图像的尺寸、所述探测镜头的焦距以及虚像成像距离，基于三角关系计算出虚像成像尺寸。

15.根据权利要求8所述的虚像检测系统，其特征在于，所述虚像检测系统还包括可转动反光镜，来自于所述图像源的光线经过所述光学系统后被所述反光镜反射，所述虚像形成在所反射光线的反向延长线上。

16.根据权利要求15所述的虚像检测系统，其特征在于，所述图像传感器接收经过所述反光镜反射、并经过所述探测镜头后的光线。

17.根据权利要求8所述的虚像检测系统，其特征在于，来自于所述图像源的光线经过所述光学系统后直接被反射，所述虚像形成在所反射光线的反向延长线上，所述图像传感器接收经过所述光学系统反射并经过所述探测镜头后的光线。

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