CN111473956B - 一种测试广角镜头分辨率的装置及其方法 - Google Patents

一种测试广角镜头分辨率的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光电测试技术领域，具体公开了一种测试广角镜头分辨率的装置及其方法。该装置由固定支架、目标标靶、待测的广角镜头和照明装置组成；所述目标标靶设置于所述固定支架的端面，且靠近所述待测的广角镜头的一端，所述待测的广角镜头与所述目标标靶之间的距离可调，所述照明装置设置于所述待测的广角镜头的另一端。本发明还公开了运用所述装置测试广角镜头分辨率的方法。本发明可以测试各种大畸变镜头的分辨率以及帮助产线作业员快速调准焦距，其根据广角镜头设计了理论畸变数据曲线，目标标靶预先进行了畸变校正以及增加了摩尔条纹模块，降低了整个测试的成本，提高了产品的检测完整性和保证了产品的质量。

Description

一种测试广角镜头分辨率的装置及其方法
技术领域
本发明属于光电测试技术领域，特别涉及一种测试广角镜头分辨率的装置及其方法。
背景技术
目前分辨率测试装置常包括目标标靶、照明装置以及相应的夹具定位装置组成，通过成像系统在一定光照条件下对目标标靶拍照，然后通过人眼判读或者结合相应的图像分析软件读取图片的MTF数值来确定图像清晰度。
上述分辨率测试装置在广角镜头测试以及调焦作业中，由于视场大，中心视场畸变小，畸变变化相对较慢，而轴外视场畸变大，且变化快。而且，由于常用目标标靶无预畸变校正，所以在测试广角镜头的分辨率时，边缘畸变较大时，边缘图像变形量较大导致图像边缘分辨率无法分辨，从而导致分辨率测量误差较大或者造成生产线作业员误判。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种测试广角镜头分辨率的装置及其方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种测试广角镜头分辨率的装置，由固定支架、目标标靶、待测的广角镜头和照明装置组成；所述目标标靶设置于所述固定支架的端面，且靠近所述待测的广角镜头的一端，所述待测的广角镜头与所述目标标靶之间的距离可调，所述照明装置设置于所述待测的广角镜头的另一端。
在其中的一个实施例中，所述目标标靶和所述待测的广角镜头处于同一光轴。
在其中的一个实施例中，所述照明装置有两个，平行设置于所述待测的广角镜头的另一端。
在其中的一个实施例中，所述目标标靶为预畸变校正图形。
在其中的一个实施例中，所述目标标靶由相互独立的空间频率模块、摩尔条纹模块和MTF测试模块组成，所述空间频率模块、摩尔条纹模块和MTF测试模块的线条根据所述待检测的广角镜头的畸变进行预畸变校正所得；其中：所述空间频率模块，用于通过人眼读取所述目标标靶的分辨率数值；所述摩尔条纹模块，用于初步判定所述目标标靶的清晰度；所述MTF测试模块，用于通过对应软件读取所述目标标靶的分辨率数值。
在其中的一个实施例中，所述空间频率模块的空间频率线宽根据如下公式确定：Δd＝W/lp，其中：Δd为空间某个频率的线宽，W为所述待测的广角镜头的传感器(sensor)的有效像面宽(归一化尺寸)，lp为空间线对数。
在其中的一个实施例中，所述摩尔条纹模块的摩尔条纹宽度优选占用1～2个像元。
在其中的一个实施例中，所述待测的广角镜头为角度120～170度的镜头。
在其中的一个实施例中，所述固定支架为黑色或灰色背景的固定支架。
本发明还提供一种运用所述装置测试广角镜头分辨率的方法，该方法包括如下步骤：通过所述待测的广角镜头的畸变数据(实际像高对应的光学畸变)获得所述待测的广角镜头理论放大率对像高的变化曲线公式：
Figure BDA0001956201240000021
同时结合所述待测的广角镜头的传感器(CMOS或CCD)上实际像的坐标位置P'(x',y')，通过下述公式计算出理想像点的坐标位置P0'(x0',y0')，然后根据所述待测的广角镜头距离所述目标标靶的距离以及所述传感器的参数计算出目标标靶所在位置时所对应的镜头理想放大率β，最后计算出所述目标标靶(实际物点)上的对应点的坐标位置P(x,y)；具体实现方式为：
ri＝x'2+y'2；
x0'＝x'/Tem；
y0'＝y'/Tem；
x＝x0'*β；
y＝y0'*β；
其中：Tem为对应像高的放大率；a、b、c、d、e为所述待测的广角镜头的畸变系数；ri为像面上的实际像高，x’，y’为像面上(sensor归一)实际像高点的坐标；x0’,y0’为对应的理想像高的坐标点；x,y为与理想像高对应的目标标靶上的某点坐标；β为待测的广角镜头的理想放大率参数。
优选的，所述畸变数据为实际像高对应的光学畸变的数据。
优选的，所述传感器的参数为像元尺寸和像素阵列等。
优选的，所述待测的广角镜头的理想放大率参数β由如下公式计算得到：β＝l/f，其中：l为所述待测的广角镜头到所述目标标靶的距离，f为所述待测的广角镜头的焦距。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明为针对广角镜头分辨率测试或者产线调焦所设计的测试装置，可以测试各种大畸变镜头的分辨率以及帮助产线作业员快速调准焦距。该设计的优点在于根据广角镜头设计了理论畸变数据曲线，目标标靶预先进行了畸变校正以及增加了摩尔条纹模块，可方便快速的辅助产线作业人员快速调整焦距以及方便测试人员快速测试分辨率，降低了整个测试的成本，提高了产品的检测完整性和保证了产品的质量。
附图说明
图1为一实施例的测试装置的结构示意图；
图2为图1的目标标靶的结构示意图；
图3为一实施例的实际像高点坐标示意图；
图4为一实施例的摩尔条纹模块的示意图；
图5为另一实施例的目标标靶的结构示意图；
图6为再一实施例的目标标靶的结构示意图；
图7为又一实施例的目标标靶的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本申请中，使用分辨率测试装置在广角镜头测试以及调焦作业中，特别考虑到：
(1)广角镜头视场大，边缘畸变大，变形量大，测试用标靶可根据广角镜头的畸变情况进行预畸变设计。因此，合理的预畸变设计是广角镜头分辨率测试的关键。
(2)由于广角镜头分辨率越来越高，要求目标标靶的线条越来越细。所以当调焦作业时，视频流输出图像时，图像细节没办法分辨，很难判断广角镜头是否调焦到位，故目标标靶增加了摩尔条纹模块辅助作业员判断调焦情况。
本发明为针对广角镜头分辨率测试或者产线调焦所设计的测试装置，可以测试各种大畸变镜头的分辨率以及帮助产线作业员快速调准焦距。该设计的优点在于根据广角镜头设计了理论畸变数据曲线，目标标靶预先进行了畸变校正以及增加了摩尔条纹模块，可方便快速的辅助产线作业人员快速调整焦距以及方便测试人员快速测试分辨率，降低了整个测试的成本，提高了产品的检测完整性和保证了产品的质量。
请参见图1，一种测试广角镜头分辨率的装置，由固定支架1、目标标靶2、待测的广角镜头3和照明装置4组成；所述目标标靶2设置于所述固定支架1的端面，且靠近所述待测的广角镜头3的一端，所述待测的广角镜头3与所述目标标靶2之间的距离可调，所述照明装置4设置于所述待测的广角镜头3的另一端。
在本实施例中，所述目标标靶2和所述待测的广角镜头3处于同一光轴；所述照明装置4有两个，平行设置于所述待测的广角镜头4的另一端。
请参见图2，在本实施例中，所述目标标靶2为预畸变校正图形，所述目标标靶2由相互独立的空间频率模块21、摩尔条纹模块22和MTF测试模块23组成，所述空间频率模块21、摩尔条纹模块22和MTF测试模块23的线条根据所述待检测的广角镜头的畸变进行预畸变校正所得；其中：所述空间频率模块，用于通过人眼读取所述目标标靶2的分辨率数值；所述摩尔条纹模块，用于初步判定所述目标标靶2的清晰度；所述MTF测试模块，用于通过对应软件读取所述目标标靶2的分辨率数值。
在本实施例中，所述空间频率模块的空间频率线宽根据如下公式确定：Δd＝W/lp，其中：Δd为空间某个频率的线宽，W为所述待测的广角镜头的传感器(sensor)的有效像面宽(归一化尺寸)，lp为空间线对数。
在本实施例中，所述摩尔条纹模块的摩尔条纹宽度占用1～2个像元。
在本实施例中，所述待测的广角镜头为角度120度的镜头，所述固定支架为黑色背景的固定支架。可以理解的是，在其他实施例中，固定支架也可以为灰色背景的固定支架。
运用所述装置测试广角镜头分辨率的方法，包括如下步骤：通过所述待测的广角镜头的畸变数据(实际像高对应的光学畸变)获得所述待测的广角镜头理论放大率对像高的变化曲线公式：
Figure BDA0001956201240000051
同时结合所述待测的广角镜头的传感器(CMOS或CCD)上实际像的坐标位置P'(x',y')，通过下述公式计算出理想像点的坐标位置P0'(x0',y0')，然后根据所述待测的广角镜头距离所述目标标靶的距离以及所述传感器的参数计算出目标标靶所在位置时所对应的镜头理想放大率β，最后计算出所述目标标靶(实际物点)上的对应点的坐标位置P(x,y)；具体实现方式为：
ri＝x'2+y'2；
x0'＝x'/Tem；
y0'＝y'/Tem；
x＝x0'*β；
y＝y0'*β；
其中：Tem为对应像高的放大率；a、b、c、d、e为所述待测的广角镜头的畸变系数；ri为像面上的实际像高(如图3所示)，x’，y’为像面上(sensor归一)实际像高点的坐标；x0’,y0’为对应的理想像高的坐标点；x,y为与理想像高对应的目标标靶上的某点坐标；β为待测的广角镜头的理想放大率参数。
在本实施例中，所述待测的广角镜头的理想放大率参数β由如下公式计算得到：β＝l/f，其中：l为所述待测的广角镜头到所述目标标靶的距离，f为所述待测的广角镜头的焦距。
需要说明的是，在本实施例中，所述畸变数据为实际像高对应的光学畸变的数据，所述传感器的参数为像元尺寸和像素阵列等。
譬如，在本实施例中，所述畸变数据为实际像高对应的光学畸变的数据，如表1所示；其畸变系数a＝-0.37478、b＝-0.06、c＝-0.0582、d＝0.055817、e＝-0.05472；其目标标靶如图5所示。
表1 120°广角镜头的畸变数据
角度(deg) 实际像高(mm) 畸变数据
0 0 0.000000
7 0.30281493 -0.007082
14 0.60178319 -0.028262
21 0.8929714 -0.063430
28 1.17267488 -0.112061
35 1.4371225 -0.173682
42 1.6824943 -0.247691
49 1.90488737 -0.333328
56 2.10043774 -0.429603
57.4 2.13600355 -0.450028
58.8 2.17032069 -0.470818
60.2 2.20335792 -0.491962
可以理解的是，在另一实施例中，所述畸变数据为实际像高对应的光学畸变的数据，如表2所示；其畸变系数a＝-0.40963、b＝-0.04841、c＝-0.14675、d＝0.176252、e＝-0.12389；其目标标靶如图6所示。
表2 140°广角镜头的畸变数据
角度(deg) 实际像高(mm) 畸变数据
0 0 0
5.2 0.30200531 -0.003646053
10.4 0.60237166 -0.01457931
15.6 0.89943963 -0.032784404
20.8 1.19150893 -0.058233504
26 1.4768183 -0.090883001
31.2 1.75352539 -0.130668845
36.4 2.01968661 -0.17750041
41.6 2.27323664 -0.231252578
46.8 2.51196869 -0.291755499
52 2.73351786 -0.358781212
57.2 2.93535389 -0.432026277
62.4 3.11479403 -0.511090016
67.6 3.19269553 -0.589122599
72 3.30836003 -0.67090534
在又一实施例中，所述畸变数据为实际像高对应的光学畸变的数据，如表3所示；其畸变系数a＝-0.60176、b＝-0.06655、c＝-0.31942、d＝0.399841、e＝-0.27184；其目标标靶如图7所示。
表3 167°广角镜头的畸变数据
角度(deg) 实际像高(mm) 畸变数据
0 0 0
5.01 0.23502525 -0.003033193
10.02 0.46936473 -0.012138282
15.03 0.70232152 -0.02733145
20.04 0.93317678 -0.048638495
25.05 1.16117963 -0.076093099
30.06 1.38553818 -0.109734445
35.07 1.60541212 -0.149604256
40.08 1.81990728 -0.195743363
45.09 2.02807285 -0.248187952
50.1 2.22890162 -0.306965746
55.11 2.42133374 -0.372092448
60.12 2.60426429 -0.443568905
65.13 2.77655418 -0.521379565
70.14 2.93704336 -0.605492869
75.15 3.08456339 -0.695864182
80.16 3.21794371 -0.792441534
83.5 3.29842604 -0.860248546
本发明为针对广角镜头分辨率测试或者产线调焦所设计的测试装置，可以测试各种大畸变镜头的分辨率以及帮助产线作业员快速调准焦距。该设计的优点在于根据广角镜头设计了理论畸变数据曲线，目标标靶预先进行了畸变校正以及增加了摩尔条纹模块，可方便快速的辅助产线作业人员快速调整焦距以及方便测试人员快速测试分辨率，降低了整个测试的成本，提高了产品的检测完整性和保证了产品的质量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测试广角镜头分辨率的装置，其特征在于，由固定支架、目标标靶、待测的广角镜头和照明装置组成；所述目标标靶设置于所述固定支架的端面，且靠近所述待测的广角镜头的一端，所述待测的广角镜头与所述目标标靶之间的距离可调，所述照明装置设置于所述待测的广角镜头的另一端；
所述目标标靶由相互独立的空间频率模块、摩尔条纹模块和MTF测试模块组成，所述空间频率模块、摩尔条纹模块和MTF测试模块的线条根据所述待检测的广角镜头的畸变进行预畸变校正所得；其中：所述空间频率模块，用于通过人眼读取所述目标标靶的分辨率数值；所述摩尔条纹模块，用于初步判定所述目标标靶的清晰度；所述MTF测试模块，用于通过对应软件读取所述目标标靶的分辨率数值；
所述空间频率模块的空间频率线宽根据如下公式确定：△d＝W/lp，其中：△d为空间某个频率的线宽，W为所述待测的广角镜头的传感器的有效像面宽，lp为空间线对数。
2.根据权利要求1所述的测试广角镜头分辨率的装置，其特征在于，所述目标标靶和所述待测的广角镜头处于同一光轴。
3.根据权利要求1所述的测试广角镜头分辨率的装置，其特征在于，所述照明装置有两个，平行设置于所述待测的广角镜头的另一端；所述待测的广角镜头为角度120～170度的镜头。
4.根据权利要求1所述的测试广角镜头分辨率的装置，其特征在于，所述目标标靶为预畸变校正图形。
5.根据权利要求1所述的测试广角镜头分辨率的装置，其特征在于，所述摩尔条纹模块的摩尔条纹宽度占用1～2个像元。
6.运用权利要求1-5任一项所述的装置测试广角镜头分辨率的方法，其特征在于，包括如下步骤：通过所述待测的广角镜头的畸变数据获得所述待测的广角镜头理论放大率对像高的变化曲线公式：
Tem＝1+a*ri+b*ri 2+c*ri 3+d*ri 4+e*ri 5；
同时结合所述待测的广角镜头的传感器上实际像点的坐标位置P'(x',y')，通过下述公式计算出理想像点的坐标位置P0'(x0',y0')，然后根据所述待测的广角镜头距离所述目标标靶的距离以及所述传感器的参数计算出目标标靶所在位置时所对应的镜头理想放大率β，最后计算出所述目标标靶上的对应点的坐标位置P(x,y)；具体实现方式为：
ri＝x'2+y'2；
x0'＝x'/Tem；
y0'＝y'/Tem；
x＝x0'*β；
y＝y0'*β；
其中：Tem为对应像高的放大率；a、b、c、d、e为所述待测的广角镜头的畸变系数；ri为像面上的实际像高，x’，y’为像面上实际像高点的坐标；x0’,y0’为对应的理想像高的坐标点；x,y为与理想像高对应的目标标靶上的某点坐标；β为待测的广角镜头的理想放大率参数。
7.根据权利要求6所述的测试广角镜头分辨率的方法，其特征在于，所述畸变数据为实际像高对应的光学畸变的数据；所述传感器的参数为像元尺寸和像素阵列。
8.根据权利要求6所述的测试广角镜头分辨率的方法，其特征在于，所述待测的广角镜头的理想放大率参数β由如下公式计算得到：β＝l/f，其中：l为所述待测的广角镜头到所述目标标靶的距离，f为所述待测的广角镜头的焦距。
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