CN111131810A

CN111131810A - 镜头清晰度测量方法及装置、系统和测量图卡

Info

Publication number: CN111131810A
Application number: CN201911314721.9A
Authority: CN
Inventors: 郝源; 崔峰; 王欣亮; 李建
Original assignee: Beijing Smarter Eye Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Smarter Eye Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-05-08

Abstract

本发明公开了一种镜头清晰度测量方法及装置、系统和测量图卡，所述方法包括：分别获取多个采样方向上各圆形条纹上的采样点，得到在各采样方向上的条纹组，各所述条纹组均包括n个黑白相间的条纹，其中，n为圆形条纹的数量；基于高对比度正弦曲线获取各所述条纹组中的灰度最大值和灰度最小值；根据各所述条纹组的灰度最大值获取灰度最大值平均值，根据各所述条纹组的灰度最小值获取灰度最小值平均值；根据所述灰度最大值平均值与所述灰度最小值平均值获得MTF测量值。其至少部分解决了传统清晰度测量方法误差较大，准确性较低的技术问题。

Description

镜头清晰度测量方法及装置、系统和测量图卡

技术领域

本发明涉及双目相机成像技术领域，具体涉及一种镜头清晰度测量方法及装置、系统和测量图卡。

背景技术

对于成像系统来说，解析力和清晰度是一个重要的测量指标，在相机性能测评时，评价相机的解析力和清晰度是必不可少的步骤。目前相机镜头的清晰度测量方法包括TV-Line检测、MTF检测、SFR检测。其中TV-Line主要是利用测试卡(例如ISO12233测试卡)进行主观评测，缺少统一的测评标准，不同的人读取以及状态的不同都会导致读数的不稳定，检测可靠性和稳定性较差。MTF是Modulation Transfer Function的简称，中文为调制函数，指调制度随空间频率变化的函数。在各个摄像头镜头中经常采用MTF描述镜头的MTF 曲线，以此来表征镜头的能力。SFR是Spatial Frequency Response的简称，主要是用于测量随着空间频率的线条增加对单一影像造成的影响，其为MTF的另一种测量方法，SFR最终的目的是得到MTF曲线。但是，在MTF和SFR 测量法中，若利用斜边法容易受到斜边斜度、框取斜边范围大小、镜头边缘畸变等影响，数值波动受曲线拟合算法影响较大；若利用固定频率的线对横向或纵向排列进行水平MTF和垂直MTF的测量，则容易受到相机和标板相对摆放角度影响，一旦水平和垂直没有摆好，则测量结果就会有误，导致测量误差较大，准确性较低。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种镜头清晰度测量方法及装置、系统和测量图卡，以至少部分解决传统清晰度测量方法误差较大，准确性较低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明提供一种测量图卡，包括至少一个采样组件，所述采样组件包括若干黑白相间的圆形条纹，各所述圆形条纹形成多层同心圆，且各相邻两个圆形条纹之间的径向距离均相等。

进一步地，所述采样组件有多个，各所述采样组件以阵列形式分布。

本发明还提供一种镜头清晰度测量方法，基于如上所述的测量图卡，所述方法包括：

分别获取多个采样方向上各圆形条纹上的采样点，得到在各采样方向上的条纹组，各所述条纹组均包括n个黑白相间的条纹，其中，n为圆形条纹的数量；

基于高对比度正弦曲线获取各所述条纹组中的灰度最大值和灰度最小值；

根据各所述条纹组的灰度最大值获取灰度最大值平均值，根据各所述条纹组的灰度最小值获取灰度最小值平均值；

根据所述灰度最大值平均值与所述灰度最小值平均值获得MTF测量值。

进一步地，分别获取m个采样方向上各圆形条纹上的采样点，根据各所述条纹组的灰度最大值获取灰度最大值平均值，具体包括：

采用以下公式计算灰度最大值平均值：

其中，I_max为灰度最大值，m为采样方向的数量，n为圆形条纹的数量，

为灰度最大值平均值。

进一步地，根据各所述条纹组的灰度最小值获取灰度最小值平均值，具体包括：

采用以下公式计算灰度最小值平均值：

其中，I_min为灰度最小值，m为采样方向的数量，n为圆形条纹的数量，

为灰度最小值平均值。

进一步地，所述根据所述灰度最大值平均值与所述灰度最小值平均值获得 MTF测量值，具体包括：

采用以下公式计算MTF测量值：

其中，I_min为灰度最小值，I_max为灰度最大值，

为灰度最小值平均值，

为灰度最大值平均值，MTF为调制函数。

本发明还提供一种镜头清晰度测量装置，用于实施如上所述的方法，所述装置包括：

采样单元，用于分别获取多个采样方向上各圆形条纹上的采样点，得到在各采样方向上的条纹组，各所述条纹组均包括n个黑白相间的条纹，其中，n 为圆形条纹的数量；

灰度获取单元，用于基于灰对比度正弦曲线获取各所述条纹组中的灰度最大值和灰度最小值；

均值获取单元，用于根据各所述条纹组的灰度最大值获取灰度最大值平均值，根据各所述条纹组的灰度最小值获取灰度最小值平均值；

调制函数获取单元，用于根据所述灰度最大值平均值与所述灰度最小值平均值获得MTF测量值。

进一步地，分别获取m个采样方向上各圆形条纹上的采样点，所述均值获取单元具体用于：

采用以下公式计算灰度最大值平均值：

采用以下公式计算灰度最小值平均值：

Figure 52609DEST_PATH_FDA0002325537670000013

为灰度最小值平均值，I_max为灰度最大值，

为灰度最大值平均值。

进一步地，所述调制函数获取单元具体用于：

采用以下公式计算MTF测量值：

其中，I_min为灰度最小值，I_max为灰度最大值，

为灰度最小值平均值，

为灰度最大值平均值，MTF为调制函数。

本发明还提供一种镜头清晰度测量系统，所述系统包括：处理器和存储器；

所述存储器用于存储一个或多个程序指令；

所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如上所述的方法。

本发明所提供的镜头清晰度测量方法及装置、系统和测量图卡，基于对圆形条纹进行测量并获取MTF值，使得测量结果受到模组与靶标相对位置的偏移的影响较小，提高了MTF测量的便捷性和准确性，从而至少部分解决了传统清晰度测量方法误差较大，准确性较低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明所提供的测量图卡中采样组件一种具体实施方式的结构示意图；

图2为包括多个图1所示采样组件的测量图卡的结构示意图；

图3为本发明所提供的镜头清晰度测量方法一种具体实施方式的流程图；

图4为基于图3所示方法测量结果与传统方法测量结构的对比图；

图5为基于图3所示测量方法得到的测量结果的准确度仿真图；

图6为本发明所提供的镜头清晰度测量装置一种具体实施方式的结构框图；

图7为本发明所提供的镜头清晰度测量系统一种具体实施方式的结构框图。

附图标记说明：

1-测量图卡 11-采样组件

100-采样单元 200-均值获取单元 300-灰度获取单元

400-调制函数获取单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明提供一种测量图卡1，该测量图卡为圆形条纹靶标的形式，该测量图卡包括至少一个采样组件11，所述采样组件11包括若干黑白相间的圆形条纹，各所述圆形条纹形成多层同心圆，且各相邻两个圆形条纹之间的径向距离均相等，也就是说，每一个采样组件 11都形成一个独立的圆形条纹靶标。

为了测试更加准确，测量图卡中不仅一个这样的圆形条纹靶标，而是分布多个这样的圆形条纹，以便对于镜头各个视场和位置的MTF可以更加全面的分析，也就是说，如图2所示，所述采样组件11有多个，各所述采样组件11 以阵列形式分布。

对于传统的水平和垂直的条纹靶标来讲，相机相面和靶标的相对位置要求严格，如果条纹不够水平和垂直，得出的结果就会受影响，导致测量准确性降低；为了解决该问题，本发明提供的测量图卡1具有多个圆形条纹靶标，在取样过程中，无论出于何种取样角度，均能够保证取样准确性，不必担心靶标摆放位置准确与否，对于水平和垂直的MTF测量也皆可满足。

在上述测距图卡的基础上，本发明还提供一种镜头清晰度测量方法，通过对圆形条纹靶标的测量，实现镜头清晰度的准确测量，以此解决传统清晰度测量方法误差较大，准确性较低的技术问题。该测量方法基于MTF分布，MTF是 Modulation Transfer Function的简称，其原理为，假设有个光强度为正弦分布的目标物，MTF分布可以用余弦函数表示：

I(x)＝I₀+bcos2πfx (1)

其中I₀是正弦物的平均光强；b为正弦波的振幅，她表示交变光强的大小； f为空间频率，单位一般为“线对/毫米”。

为了表示正弦物的明暗反差的程度，定义M为正弦物的调制度：

由公式(1)可得：

为了表示方便，将I₀归化为1，所以M＝b。

则公式(1)可以表示为：

I(x)＝1+Mcos2πfx (4)

由光学原理可知一个光强分布为正弦函数的物，经过光学成像系统以后得到的像光强分布还是同频率的正弦分布。但是由于光学系统的衍射和像差的影响，会使像的调制度有所下降，相位也有一定的偏移。

所以像的调制度M’可表示为：

M’相对于M下降程度取决于成像系统衍射和像差情况。MTF值在0和 1之间，一般来讲MTF值随f的增加而下降，MTF值越大，说明成像质量越好。当MTF值下降到0时，意味着光学系统已不能通过高于这一频率的调制信号，这个频率称为截止频率。

MTF物理意义是，它从数值上等于被测器件对给定空间频率v谐波的输出调制度和与输入调制度的比：

周期性变化的正弦光强信号的调制度定义为公式(2)所示。在用高对比度正弦靶(I_min≈0)标测试系统调制度时，物方调制度M₀：

由上式可以看出系统的输出M₁在数值上等于系统的调制传递函数，因此可以得到：

MTF＝M₁ (8)

基于上述原理，在一种具体实施方式中，如图3所示，该方法包括：

S1：分别获取多个采样方向上各圆形条纹上的采样点，得到在各采样方向上的条纹组，各所述条纹组均包括n个黑白相间的条纹，其中，n为圆形条纹的数量。

以m个采样方向为例，请继续参考图1，在图1中，假设沿着采样1方向有n个黑白相间条纹，而旋转一定角度α后，沿着采样2方向又有n个黑白相间的条纹，其中采样1方向和采样2方向均沿圆形条纹靶标的径向。设定有m 个采样方向时，每个方向都有n个黑白相间的条纹，因此会采集到的I_max、I_min的个数分别有m*n个。

S2：基于高对比度正弦曲线获取各所述条纹组中的灰度最大值和灰度最小值；具体地，根据以下公式计算灰度最大值平均值：

为灰度最大值平均值。

S3：根据各所述条纹组的灰度最大值获取灰度最大值平均值，根据各所述条纹组的灰度最小值获取灰度最小值平均值；具体地，采用以下公式计算灰度最小值平均值：

为灰度最小值平均值。

S4：根据所述灰度最大值平均值与所述灰度最小值平均值获得MTF测量值。具体地，采用以下公式计算MTF测量值：

其中，I_min为灰度最小值，I_max为灰度最大值，

为灰度最小值平均值，

为灰度最大值平均值，MTF为调制函数。

在上述具体实施方式中，本发明所提供的镜头清晰度测量方法，基于对圆形条纹进行测量并获取MTF值，使得测量结果受到模组与靶标相对位置的偏移的影响较小，提高了MTF测量的便捷性和准确性，从而至少部分解决了传统清晰度测量方法误差较大，准确性较低的技术问题。

从图4可以看出，左图对比度更高，图像更加清晰，右图对比度低，图像相对模糊，计算值左图0.91大于右图0.56，由于MTF值越大，图像越清晰，因此该算法能够正确反映清晰度趋势。

将这些模组与靶标的相对位置分别进行三种姿态拜访，一种是模组与靶标严格摆放，图像中心与中心区域靶标圆心重合，相面与靶标平行，我们记录为 center；一种是在第一种状态下图像中心与靶标圆心有偏移，我们记录为offset；最后一种则是在第一种状态下，图像中心与中心区域靶标圆心有偏移，且相面与靶标平面略微不平行，记录为unpara。截取12个模组结果，得出结果如图 5所示。从图5中可知，三种状态下总体的模组MTF测量确趋势一致，最大的测量偏差在0.025以内，基于上述可论证，圆形条纹测量的MTF值受到模组与靶标相对位置的偏移的影响较小，提高了MTF测量的便捷性和准确性。

除了上述方法，本发明还提供一种镜头清晰度测量装置，用于实施如上所述的方法，如图6所示，所述装置包括：

采样单元100，用于分别获取多个采样方向上各圆形条纹上的采样点，得到在各采样方向上的条纹组，各所述条纹组均包括n个黑白相间的条纹，其中， n为圆形条纹的数量。

均值获取单元200，用于根据各所述条纹组的灰度最大值获取灰度最大值平均值，根据各所述条纹组的灰度最小值获取灰度最小值平均值；

其中，所述均值获取单元具体用于：

采用以下公式计算灰度最大值平均值：

采用以下公式计算灰度最小值平均值：

Figure 969749DEST_PATH_FDA0002325537670000013

为灰度最小值平均值，I_max为灰度最大值，

为灰度最大值平均值。

灰度获取单元300，用于基于高对比度正弦曲线获取各所述条纹组中的灰度最大值和灰度最小值。

调制函数获取单元400，用于根据所述灰度最大值平均值与所述灰度最小值平均值获得MTF测量值。其中，所述调制函数获取单元具体用于：

采用以下公式计算MTF测量值：

其中，I_min为灰度最小值，I_max为灰度最大值，

为灰度最小值平均值，

为灰度最大值平均值，MTF为调制函数。

在上述具体实施方式中，本发明所提供的镜头清晰度测量装置，基于对圆形条纹进行测量并获取MTF值，使得测量结果受到模组与靶标相对位置的偏移的影响较小，提高了MTF测量的便捷性和准确性，从而至少部分解决了传统清晰度测量方法误差较大，准确性较低的技术问题。

根据本发明实施例的第三方面，本发明还提供一种镜头清晰度测量系统，如图7所示，所述系统包括：处理器201和存储器202；

所述存储器用于存储一个或多个程序指令；

与上述实施例相对应的，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中包含一个或多个程序指令。其中，所述一个或多个程序指令用于被一种镜头清晰度测量系统执行如上所述的方法。

在本发明实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific工ntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。

易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称 RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的 RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器 (Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器 (DirectRambus RAM，简称DRRAM)。

本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。