CN111982472A - 十字丝图案单元、分划板及测量逆投影光路放大倍率的方法 - Google Patents

十字丝图案单元、分划板及测量逆投影光路放大倍率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及十字丝图案单元、分划板、测量逆投影光路放大倍率的方法和采用所述的十字丝图案单元建立被测镜头的MTF曲线二维坐标图的方法。它包括设置在十字丝图案单元中部的十字丝图案，在十字丝图案分隔成的四个象限中均设有一个定位点，且相邻两个象限中的定位点的连线均平行于十字丝图案的其中一根线。本发明由于该十字丝图案单元中设有定位点，方便通过测量定位点的距离来确定测量的共轭光路的放大倍率；该测量放大倍率的方法，能解决在线测量MTF默认同一批次的待测镜头的放大倍率相同带来误差的难题，使得MTF的结果计算可以使用真实的放大率而不是批量预设的放大率数值，提高了测量精度。

Description

十字丝图案单元、分划板及测量逆投影光路放大倍率的方法
技术领域
本发明涉及光学检测领域，特别为十字丝图案单元、分划板、测量逆投影光路放大倍率的方法和采用所述的十字丝图案单元建立被测镜头的MTF曲线二维坐标图的方法。
背景技术
使用逆投影的光路，在被测镜头的像面位置放置刻有特定图案的分划板及背光源，在物面位置放置多个图像传感器，经聚焦调整和图像计算而获得被测镜头的多点MTF数据，是目前在线式测量镜头MTF的主要方式。通过对图像传感器获得的图像进行软件分析，可获得光学系统的MTF特性。逆投影测量MTF的光路包括如图1所示的无限距共轭光路、以及如图2所示的有限距共轭光路。
用于逆投影光路的分划板，在每个待测量的小区域都至少有一个单元图案，经过光学系统投影到对应的图像传感器。如图3-图5分别列举了三种典型的单元图案，其中图3所示的单元图案采用了十字丝图案。
不同的图案需采用不同的算法获得MTF特性。相对于其它两种图案，如图3所示的十字丝图案具有内容简单、更加通用的优点，也存在无法测量共轭光路的放大率的缺点。共轭光路的放大率是把图像经算法计算的结果转化为MTF特性的关键参数，在十字丝画面下无法测量得到时，在线式测量MTF只能按照预先输入的固定放大倍率来计算MTF，默认同一批次的被测镜头的放大率是相同的，而实际却存在差异，因此产生了测量MTF的误差。
发明内容
本发明的目的在于：克服以上缺点，提供一种十字丝图案单元、分划板、测量逆投影光路放大倍率的方法和采用所述的十字丝图案单元建立被测镜头的MTF曲线二维坐标图的方法,由于该十字丝图案单元中设有定位点，方便通过测量定位点的距离来确定测量的共轭光路的放大倍率；该测量放大倍率的方法，能解决在线测量MTF默认同一批次的待测镜头的放大倍率相同带来误差的难题，使得MTF的结果计算可以使用真实的放大率而不是批量预设的放大率数值，提高了测量精度。
本发明通过如下技术方案实现：
方案一：
一种可测量逆投影光路放大倍率的十字丝图案单元，它包括设置在十字丝图案单元中部的十字丝图案，其特征在于：在十字丝图案分隔成的四个象限中均设有一个定位点，且相邻两个象限中的定位点的连线均平行于十字丝图案的其中一根线。
方案二：
一种带有方案一所述的十字丝图案单元的分划板，其特征在于：所述分划板上设有一个以上方案一所述的十字丝图案单元。
方案三：
一种采用方案一所述的十字丝图案单元测量逆投影光路放大倍率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①在被测镜头的像方一侧沿着被测镜头的光轴且相对被测镜头由远而近依次设置光源装置和分划板，所述分划板上设有一个以上方案一所述的十字丝图案单元；并且在被测镜头的物方一侧设置用于采集分划板上的十字丝图案单元形成的图像信息的图像传感器；
②分别测量出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点之间的距离l1、l2、l3、l4；
③分别计算出图像传感器采集到的图像上与对应十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点对应的两个定位点弥散斑中心之间的距离L1、L2、L3和L4；
④根据公式：βn＝Ln/ln(其中n＝1、2、3、4),分别求出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点距离与图像传感器采集到的对应图像中对应的两个定位点弥散斑距离之间的放大倍率β1、β2、β3和β4。
优选地，所述分划板上设置的十字丝图案单元的数量为多个，所述的图像传感器的数量为多个，其中一个图像传感器布置在位于被测镜头光轴上的中心视场，其余图像传感器围绕被测镜头光轴设置在中心视场的外围视场位置。
方案四：
一种采用方案一所述的十字丝图案单元建立被测镜头的MTF曲线二维坐标图的方法，包括以下步骤：
①在被测镜头的像方一侧沿着被测镜头的光轴且相对被测镜头由远而近依次设置光源装置和分划板，所述分划板上设有一个以上权利要求1所述的十字丝图案单元；并且在被测镜头的物方一侧设置用于采集分划板上的十字丝图案单元形成的图像信息的图像传感器；
②分别测量出分划板上的十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点之间的距离l1、l2、l3、l4；
③分别计算出图像传感器采集到的图像上与对应十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点对应的两个定位点弥散斑中心之间的距离L1、L2、L3和L4；
④根据公式：βn＝Ln/ln(其中n＝1、2、3、4),分别求出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点距离与图像传感器采集到的对应图像中对应的两个定位点弥散斑距离之间的放大倍率β1、β2、β3和β4；
⑤在图像传感器采集的与某十字丝图案单元对应的图像上设置四个分别位于每相邻两个象限中定位点弥散斑之间的用于截取图像数据的矩形捕捉窗口W1、W2、W3和W4，各捕捉窗口的一条中心线位于每相邻两个象限定位点弥散斑的中心连线上，且捕捉窗口W1、W2、W3和W4的另一条中心线位于十字丝图案单元在图像传感器成像的图像的一条线上，并且各捕捉窗口与位于各自中心线上的两个对应的定位点弥散斑之间留有间隔；
⑥将各捕捉窗口W1、W2、W3和W4截取获得的图像数据进行快速傅里叶变换后，获得各捕捉窗口W1、W2、W3和W4对应的MTF值的一维数组N1、N2、N3和N4；
⑦建立被测镜头位于捕捉窗口W1处的MTF曲线二维坐标图：将数组N1中的每个元素对应为被测镜头在捕捉窗口W1处的MTF曲线上的一个点，各点的纵坐标为MTF值，所述MTF值等于数组N1中的每个元素的值，各点的横坐标为线对值，所述线对值与数组N1中各元素的下标、及放大倍率β1成正比例关系，；
⑧根据步骤⑦同样的计算方法依据β2、β3和β4，分别建立被测镜头位于捕捉窗口W2、W3、W4处的MTF曲线二维坐标图。
较之前技术而言，本发明的有益效果为：
1.本发明提供一种十字丝图案单元、分划板及测量放大倍率和计算MTF坐标值的方法,由于该十字丝图案单元中设有定位点，方便通过测量定位点的距离来确定测量的共轭光路的放大倍率；该测量放大倍率的方法，能解决在线测量MTF默认同一批次的待测镜头的放大倍率相同带来误差的难题，使得MTF的结果计算可以使用真实的放大率而不是批量预设的放大率数值，提高了测量精度。
2.本发明十字丝图案单元上四个定位点在图像传感器形成的弥散斑位于捕捉窗口之外，定位点弥散斑对MTF测量的影响微小。
附图说明
图1为逆投影测量MTF光路的无限距共轭光路；
图2为逆投影测量MTF光路的有限距共轭光路；
图3为现有的单元图案的结构示意图一；
图4为现有的单元图案的结构示意图二；
图5为现有的单元图案的结构示意图三；
图6为本发明中十字丝图案单元的结构示意图；
图7为本发明中十字丝图案单元在图像传感器所呈的画面的结构示意图。
标号说明：1-十字丝图案、2-定位点、3-分划板、4-被测镜头、5-光源装置、6-图像传感器、7-准直镜头、c1-十字丝图案单元在图像传感器成像的图像、c2-定位点弥散斑。
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明做详细说明：
实施例一：
如图6所示，一种可测量逆投影光路放大倍率的十字丝图案单元，它包括设置在十字丝图案单元中部的十字丝图案1，其特征在于：在十字丝图案1分隔成的四个象限中均设有一个定位点2，且相邻两个象限中的定位点2的连线均平行于十字丝图案1的其中一根线。
实施例二：
一种带有实施例一所述的十字丝图案单元的分划板，其特征在于：所述分划板3上设有一个以上实施例一所述的十字丝图案单元。
实施例三：
如图6-7所示，一种采用实施例一所述的十字丝图案单元测量逆投影光路放大倍率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①在被测镜头4的像方一侧沿着被测镜头4的光轴且相对被测镜头4由远而近依次设置光源装置5和分划板3，所述分划板3上设有一个以上实施例一所述的十字丝图案单元；并且在被测镜头4的物方一侧设置用于采集分划板3上的十字丝图案单元形成的图像信息的图像传感器6；
②分别测量出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点2之间的距离l1、l2、l3、l4；
③分别计算出图像传感器6采集到的图像上与对应十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点2对应的两个定位点弥散斑c2中心之间的距离L1、L2、L3和L4；
④根据公式：βn＝Ln/ln其中n＝1、2、3、4,分别求出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点2距离与图像传感器6采集到的对应图像中对应的两个定位点弥散斑c2距离之间的放大倍率β1、β2、β3和β4。
优选地，所述分划板3上设置的十字丝图案单元的数量为多个，所述的图像传感器6的数量为多个，其中一个图像传感器6布置在位于被测镜头4光轴上的中心视场，其余图像传感器6围绕被测镜头4光轴设置在中心视场的外围视场位置。
实施例四：
如图6-7所示，一种采用实施例一所述的十字丝图案单元建立被测镜头的MTF曲线二维坐标图的方法，包括以下步骤：
①在被测镜头4的像方一侧沿着被测镜头4的光轴且相对被测镜头4由远而近依次设置光源装置5和分划板3，所述分划板3上设有一个以上权利要求1所述的十字丝图案单元；并且在被测镜头4的物方一侧设置用于采集分划板3上的十字丝图案单元形成的图像信息的图像传感器6；
②分别测量出分划板3上的十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点2之间的距离l1、l2、l3、l4；
③分别计算出图像传感器6采集到的图像上与对应十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点2对应的两个定位点弥散斑c2中心之间的距离L1、L2、L3和L4；
④根据公式：βn＝Ln/ln(其中n＝1、2、3、4),分别求出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点2距离与图像传感器6采集到的对应图像中对应的两个定位点弥散斑c2距离之间的放大倍率β1、β2、β3和β4；
⑤在图像传感器采集的与某十字丝图案单元对应的图像上设置四个分别位于每相邻两个象限中定位点弥散斑c2之间的用于截取图像数据的矩形捕捉窗口W1、W2、W3和W4，各捕捉窗口W1、W2、W3和W4的一条中心线位于每相邻两个象限定位点弥散斑c2的中心连线上，且捕捉窗口W1、W2、W3和W4的另一条中心线位于十字丝图案单元在图像传感器6成像的图像c1的一条线上，并且各捕捉窗口W1、W2、W3和W4与位于各自中心线上的两个对应的定位点弥散斑c2之间留有间隔；
⑥将各捕捉窗口W1、W2、W3和W4截取获得的图像数据进行快速傅里叶变换后，获得各捕捉窗口W1、W2、W3和W4对应的MTF值的一维数组N1、N2、N3和N4；
⑦建立被测镜头位于捕捉窗口W1处的MTF曲线二维坐标图：将数组N1中的每个元素对应为被测镜头在捕捉窗口W1处的MTF曲线上的一个点，各点的纵坐标为MTF值，所述MTF值等于数组N1中的每个元素的值，各点的横坐标为线对值，所述线对值与数组N1中各元素的下标、及放大倍率β1成正比例关系，；
⑧根据步骤⑦同样的计算方法依据β2、β3和β4，分别建立被测镜头位于捕捉窗口W2、W3、W4处的MTF曲线二维坐标图。
尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。

Claims (5)

1.一种可测量逆投影光路放大倍率的十字丝图案单元，它包括设置在十字丝图案单元中部的十字丝图案(1)，其特征在于：在十字丝图案(1)分隔成的四个象限中均设有一个定位点(2)，且相邻两个象限中的定位点(2)的连线均平行于十字丝图案(1)的其中一根线。
2.一种带有权利要求1所述的十字丝图案单元的分划板，其特征在于：所述分划板(3)上设有一个以上权利要求1所述的十字丝图案单元。
3.一种采用权利要求1所述的十字丝图案单元测量逆投影光路放大倍率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①在被测镜头(4)的像方一侧沿着被测镜头(4)的光轴且相对被测镜头(4)由远而近依次设置光源装置(5)和分划板(3)，所述分划板(3)上设有一个以上权利要求1所述的十字丝图案单元；并且在被测镜头(4)的物方一侧设置用于采集分划板(3)上的十字丝图案单元形成的图像信息的图像传感器(6)；
②分别测量出分划板(3)上的十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点(2)之间的距离l1、l2、l3、l4；
③分别计算出图像传感器(6)采集到的图像上与对应十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点(2)对应的两个定位点弥散斑(c2)中心之间的距离L1、L2、L3和L4；
④根据公式：βn＝Ln/ln(其中n＝1、2、3、4),分别求出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点(2)距离与图像传感器(6)采集到的对应图像中对应的两个定位点弥散斑(c2)距离之间的放大倍率β1、β2、β3和β4。
4.根据权利要求3所述的十字丝图案单元测量逆投影光路放大倍率的方法，其特征在于：所述分划板(3)上设置的十字丝图案单元的数量为多个，所述的图像传感器(6)的数量为多个，其中一个图像传感器(6)布置在位于被测镜头(4)光轴上的中心视场，其余图像传感器(6)围绕被测镜头(4)光轴设置在中心视场的外围视场位置。
5.一种采用权利要求1所述的十字丝图案单元建立被测镜头的MTF曲线二维坐标图的方法，包括以下步骤：
①在被测镜头(4)的像方一侧沿着被测镜头(4)的光轴且相对被测镜头(4)由远而近依次设置光源装置(5)和分划板(3)，所述分划板(3)上设有一个以上权利要求1所述的十字丝图案单元；并且在被测镜头(4)的物方一侧设置用于采集分划板(3)上的十字丝图案单元形成的图像信息的图像传感器(6)；
②分别测量出分划板(3)上的十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点(2)之间的距离l1、l2、l3、l4；
③分别计算出图像传感器(6)采集到的图像上与对应十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点(2)对应的两个定位点弥散斑(c2)中心之间的距离L1、L2、L3和L4；
④根据公式：βn＝Ln/ln(其中n＝1、2、3、4),分别求出十字丝图案单元中每相邻两个象限中定位点(2)距离与图像传感器(6)采集到的对应图像中对应的两个定位点弥散斑(c2)距离之间的放大倍率β1、β2、β3和β4；
⑤在图像传感器采集的与某十字丝图案单元对应的图像上设置四个分别位于每相邻两个象限中定位点弥散斑(c2)之间的用于截取图像数据的矩形捕捉窗口(W1、W2、W3和W4)，各捕捉窗口(W1、W2、W3和W4)的一条中心线位于每相邻两个象限定位点弥散斑(c2)的中心连线上，且捕捉窗口(W1、W2、W3和W4)的另一条中心线位于十字丝图案单元在图像传感器(6)成像的图像(c1)的一条线上，并且各捕捉窗口(W1、W2、W3和W4)与位于各自中心线上的两个对应的定位点弥散斑(c2)之间留有间隔；
⑥将各捕捉窗口(W1、W2、W3和W4)截取获得的图像数据进行快速傅里叶变换后，获得各捕捉窗口(W1、W2、W3和W4)对应的MTF值的一维数组N1、N2、N3和N4；
⑦建立被测镜头位于捕捉窗口W1处的MTF曲线二维坐标图：将数组N1中的每个元素对应为被测镜头在捕捉窗口W1处的MTF曲线上的一个点，各点的纵坐标为MTF值，所述MTF值等于数组N1中的每个元素的值，各点的横坐标为线对值，所述线对值与数组N1中各元素的下标、及放大倍率β1成正比例关系，；
⑧根据步骤⑦同样的计算方法依据β2、β3和β4，分别建立被测镜头位于捕捉窗口W2、W3、W4处的MTF曲线二维坐标图。
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