CN112333443A - 一种镜头性能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头性能检测系统及方法，所述系统包括第一电动滑台、设置在第一电动滑台上的第二电动滑台、设置在第二电动滑台上的相机和安装在所述相机上的待测镜头；所述第一电动滑台带动第二电动滑台运动，对待测镜头进行对焦粗调；所述第二电动滑台带动待测镜头运动，对待测镜头进行对焦微调；计算机获取待测镜头拍摄的图像信息，并根据图像信息控制第二电动滑台运动。本发明提供的一种镜头性能检测系统及方法，能够实现单次检测多支镜头，测试数据的稳定性和可靠性更高，降低了结果的误测，测试数据直接储存至云端，避免数据的丢失或误删，可视化的web页面呈现数据，更方便对镜头测试数据的查询和分析。

Description

一种镜头性能检测系统及方法

技术领域

本发明属于光学系统中的镜头性能检测领域，具体涉及一种镜头性能自动检测系统及方法。

背景技术

机器视觉领域近年来发展迅速，其中最为重要的感测视觉仪器，百分之七十通过镜头来实施。因此，近几年来开发生产镜头的厂家蓬勃发展。但目前市面上并无标准的检验镜头的方法和装置，供镜头生产商检测自己生产的镜头产品、镜头采购商验收和测试外采的镜头产品。

传统工业镜头的光学性能检测方式是以人工进行测试的，方法为将相机/镜头固定在视觉实验架上，标定板非固定放置镜头下方，通过人工对焦方式，再借助其它辅助工具(如直尺)完成光学性能检测，这种检测方式存在以下问题：

1、人工测试，每次只能测试一支镜头，且各功能检测准备繁琐，耗时长。

2、标定板非固定式，且测试不同支镜头时，需要重新放置和调整标定板位置。

3、对焦方式、标定板非固定放置方式和功能检测受到人员主观影响，不同测试人员或不同批次镜头的测试数据可能存在大的差异，获得镜头成像性能参数的准确性、一致性、重复性不好，生产效率低，可追溯性差，不能满足镜头大量生产时的品质和效率要求。

4、部分光学镜头功能是人工无法完成测试的，如镜头的畸变量。

在现有技术中，工业镜头的性能检测有的还采用单纯的图像质量测试分析软件，此技术需要取像装置在摄影补光灯箱的辅助下，对不同的测试由人工对焦取像存图，再于软件界面上选择需要对应的测试项目，并导入存图，部分项目需要设定参数，再框选图形中需要测试的区域后，再点击“开始分析”，产生出结果，该检测方法只进行“分辨率”、“畸形”两项功能的检测，功能检测不全面，且拍摄图像的环境要求高，需要摄影补光灯箱，不同镜头需要更换不同的测试卡、非实时在线取图自动测试，比较费时间。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种镜头性能检测系统及方法，通过软、硬件相结合的方式，实现了单次多镜头的全自动镜头光学性能检测，自动生成测试数据并云端存储、Web显示，提高了测试数据的稳定性和可靠性，有效节约了人力资源，克服了传统人工检测存在的耗时长，数据不稳定，功能测试不全等问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种镜头性能检测系统，主要包括：

第一电动滑台；

第二电动滑台，所述第二电动滑台固定在第一电动滑台上；

相机，固定在第二电动滑台上；

待测镜头，安装在所述相机上；

所述第一电动滑台带动第二电动滑台运动，对待测镜头进行对焦粗调；

所述第二电动滑台带动待测镜头运动，对待测镜头进行对焦微调；

计算机，获取所述待测镜头拍摄的图像信息，并根据图像信息控制第二电动滑台运动。

进一步地，所述第一电动滑台包括第一电机、第一滑轨和第一滑块，所述第一滑块固设在第一滑轨上，所述第一电机带动所述第一滑块在第一滑轨上移动。

进一步地，所述第二电动滑台包括第二电机、第二滑轨和第二滑块，所述第二滑块固设在第二滑轨上，所述第二电机带动所述第二滑块在所述第二滑轨上移动，所述第二滑轨固设在所述第一滑块上。

进一步地，所述镜头性能检测系统还包括一运动模组，所述运动模组在第三电机的带动下将标定板移动到所述待测镜头下方。

进一步地，所述运动模组包括一运动平台、第三滑轨，所述运动平台设置在所述第三滑轨上，所述第三电机带动所述运动平台在所述第三导轨上移动。

进一步地，所述镜头性能检测系统还包括测距仪，所述测距仪安装在所述待测镜头侧边，所述测距仪的激光头垂直向下。

进一步地，所述镜头性能检测系统还包括一ID录入装置，所述ID录入装置记录所述待测镜头的ID号，并将ID号传输给所述计算机。

本发明提供的一种镜头性能检测方法，包括以下步骤：

设置第一电动滑台和第二电动滑台，并将第二电动滑台固定在第一电动滑台上；

将相机固定在第二电动滑台上，并将待测镜头安装在相机上；

在待测镜头下方设置一载物平台；

计算机控制第一电动滑台和第二电动滑台复位，所述待测镜头到达第一位置；

计算机控制第一电动滑台带动所述待测镜头从第一位置移动至第二位置，所述第二位置距离所述载物平台的竖直距离为待测镜头的最大物距；

计算机控制第二电动滑台带动所述待测镜头从第二位置移动至第三位置，所述第三位置距离所述载物平台的竖直距离为所述待测镜头的最小物距。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括以下步骤：

在待测镜头移动过程中，使用所述相机同步多次拍摄图像，并记录每次拍摄图像时待测镜头的位置，将拍摄的图像信息和待测镜头位置传输至所述计算机。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括以下步骤：

所述计算机从拍摄的图片中筛选出最佳清晰图像。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括以下步骤：

所述计算机控制所述第二电动滑台带动所述待测镜头移动到所述最佳清晰图像的拍摄位置。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括以下步骤：

设置第三电机带动所述载物平台运动；

在所述载物平台上装载多个标定板；

计算机控制所述第三电机带动所述载物平台将标定板移动到待测镜头下；

待测镜头拍摄标定板图像，并将图像信息存储到计算机中；

计算机根据图像信息生成待测镜头的测试数据。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括如下步骤：

设置一云盘，计算机将生成的测试数据上传到所述云盘中进行存储。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括如下步骤：

开发一Web网页，将所述云盘中存储的测试数据显示在Web网页上。

进一步地，所述镜头性能检测方法，还包括如下步骤：

第一步骤：计算机根据待测镜头拍摄的图像上的白色方块做特征定位，确定需要做计算的区域；

第二步骤：计算机计算所述区域内的黑白线对MTF值；

第三步骤：判断当前计算的黑白线对MTF值是否小于最小阀值；若小于最小阀值，则执行第四步骤；若大于最小阀值，则跳到第二步骤继续执行；

第四步骤：输出当前黑白线对的上一组黑白线对所对应的线对层值。

本发明提供的一种工业镜头性能检测系统及方法，采用软、硬件相结合的方式，可同时检测多支镜头，实现全自动方式检测，简化了测试操作，提升了测试效率，可以节约人力资源与时间；功能测试全过程实现自动化，检测过程减少了人为动作的介入，测试稳定性和可靠性更高，降低了结果误测的可能性；测试数据直接储存至云端，不需要人工记录测试数据，避免了容易丢失或误删数据的可能性；可视化的web页面呈现数据，更方便对镜头测试数据的查询和分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种镜头性能检测系统的结构示意图；

图2为本发明第二电动滑台放大图；

图3为本发明提供的待测镜头的自动对焦流程图；

图4为本发明提供的一种镜头性能检测方法的流程图；

图5为本发明提供的分辨率算法的流程图。

图例说明：

1为第一电动滑台；11为第一电机；12为第一滑轨；13为第一滑块；

2为第二电动滑台；21为第二电机；22为第二滑轨；23为第二滑块；

3为运动模组；31为运动平台；32为第三滑轨；

4为相机；

5为待测镜头；

6为标定板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

图1所示为本发明提供的一种镜头性能检测系统，包括第一电动滑台1、设置在第一电动滑台1上的第二电动滑台2、安装在第二电动滑台2上的相机4和安装在相机4上的待测镜头5。

所述第一电动滑台1包括第一电机11、第一滑轨12和第一滑块13，所述第一电机11设置在第一滑轨12的上端，所述第一滑块13设置在第一滑轨12上，所述第一电机11在计算机的控制下能够带动所述第一滑块13在第一滑轨12上进行上、下移动。

所述第二电动滑台2包括第二电机21、第二滑轨22和第二滑块23，所述第二电机21设置在第二滑轨22的上端，所述第二滑块23设置在第二滑轨22上，所述第二电机21在计算机的控制下能够带动所述第二滑块23在所述第二滑轨22上进行上、下移动。

所述第二滑轨22固定在第一滑块13上，这样所述第一电动滑台1在计算机的控制下就能够带动第二电动滑台2运动，所述第二电动滑台2在计算机的控制下带动相机4和待测镜头5运动。

本发明提供的一种镜头性能检测系统可根据实际检测需求设置多个第二电动滑台2，所述多个第二电动滑台2均固定在第一电动滑台1中的第一滑块13上。如图1-2所示，一种镜头性能检测系统包括了5个第二电动滑台2，即包括5个第二电机21、5个第二滑轨22和5个第二滑块23，这样可对5个待测镜头同时进行检测，本发明仅以此为例，待测镜头的个数按照实际需要进行调整，这种技术方案提高了检测效率，也节省了检测时间。

如图1所示，本发明提供的一种镜头性能检测系统还包括一运动模组3，所述运动模组3包括一运动平台31和第三滑轨32，所述运动平台31设置在第三滑轨32上，所述运动平台31用于放置标定板6，第三电机在计算机的控制下带动运动平台31在所述第三滑轨32上移动，将运动平台31上的标定板6移动到待测镜头5的下方。

对应于同时检测5个待测镜头5的实施例，本发明提供的运动平台31设计成5行5列共25个分区，每个分区可放置一块标定板6。当然，运动平台31不局限于25个分区的设计，它可以根据实际同时检测待测镜头5的数量和标定板6的款式数量来进行设计。

本发明使用的标定板6包括USAF1951美军标鉴别分辨率板、景深尺、棋盘格、Halcon标定板和标准背光标定板共五款。USAF1951美军标鉴别分辨率板主要用于分辨率自动测试的图像拍摄，棋盘格标定板可用于视场、锐度、对比度三项性能指标测试的图像拍摄，Halcon标定板可用于光学畸变自动测试中的图像拍摄，标准背光标定板可用于均匀度自动测试中的图像拍摄，景深尺可用于景深自动测试中的图像拍摄。

每款标定板6我们都准备与待测镜头5个数相同的数量，本实施例中为5个，每款标定板6的数量根据实际同时检测的待测镜头5的数量来决定。在使用时，每一行放置5个相同款式的标定板6，这样5个待测镜头5就能同时对同一款标定板6进行图像拍摄。当拍摄完一款标定板6的图像后，在计算机的控制下，运动平台31在第三电机的带动下向待测镜头5方向移动，将下一组标定板6移动到待测镜头5的下方。

一种镜头性能检测系统还包括一ID录入装置，用于记录待测镜头5的ID号，如可采用型号为Honeywell 3310G-HD的扫描器，扫描器记录待测镜头5的ID号后，将ID号传输给计算机进行存储。

一种镜头性能检测系统还包括测距仪，如采用瑞特牌USB激光测距仪JWU151，并将其固定在待测镜头5的侧边，激光头垂直向下，获取待测镜头5与拍摄物之间的距离。

基于上述镜头性能检测系统，本发明还提供了一种镜头性能检测方法，其流程图如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S11：将5个相机4分别安装在5个第二滑块23上，并将5个待测镜头5分别安装在相机4上，扫描器记录5支待测镜头5的ID号。

步骤S12：计算机控制第一电动滑台1和第二电动滑台2复位，所述待测镜头5到达第一位置。

首先，进行检测系统的复位，包括第一电机11在计算机的控制下带动第一滑块13在第一滑轨12上向上移动，到达第一滑轨12的上极限位置，即靠近第一电机11；第二电机21在计算机的控制下带动第二滑块23在第二滑轨22上向上移动，到达第二滑轨22的上极限位置，即靠近第二电机21，5个第二滑轨22的上极限位置在同一水平高度。此时，5个待测镜头5所到达的位置为第一位置。

步骤S13：计算机控制第一电动滑台1带动所述待测镜头5从第一位置移动至距离所述运动平台31的竖直距离为待测镜头5的最大物距的第二位置。

在进行镜头性能检测时，一般将同一型号的镜头放在同一批进行检测。

首先，计算机根据待测镜头5的镜头型号从数据库中调出相关参数，根据公式(1)计算出第一滑块13需要在第一滑轨12上向下移动的距离L1。

L1＝H1-T1-Dx(1)

其中，H1为系统复位后相机口到运动平台31竖直方向的距离，T1为待测镜头5本身长度，Dx为待测镜头5的最大物距。

然后，计算机再根据距离L1与第一电机11转动的脉冲关系，计算出脉冲数；计算机再根据脉冲数发送脉冲指令控制第一电机11转动，带动第一滑块13在第一滑轨12上向下移动距离L1，此时，5个待测镜头5距离运动平台31的竖直距离为该型号的待测镜头5的最大物距Dx，即到达第二位置。

通常，我们会根据情况对移动距离L1进行调整，设置余量△L1，所述余量△L1的范围根据测试者的需求选择，例如-5mm至5mm，本发明一实施例中选择△L1＝-1mm，则第一滑块13在第一滑轨12上向下移动的距离L1＝H1-T1-Dx-1，此时，5个待测镜头5距离运动平台31的竖直距离为Dx+1。

上述步骤S13即为对待测镜头5进行的对焦粗调过程。

步骤S14：计算机控制第二电动滑台2带动所述待测镜头5从第二位置移动至距离所述运动平台31的竖直距离为所述待测镜头5的最小物距的第三位置；在待测镜头5移动过程中，相机4和待测镜头5同步多次拍摄图像，并记录每次拍摄图像时待测镜头5的位置。

计算机根据公式(2)计算出第二滑块23在第二滑轨22上向下移动的距离L2。

L2＝Dx-Dn(2)

其中，Dx为待测镜头5的最大物距，Dn为待测镜头5的最小物距。

同样，计算机根据距离L2与第二电机21转动的脉冲关系，计算出脉冲数；再根据脉冲数发送脉冲指令控制第二电机21转动，带动第二滑块23在第二滑轨22上向下移动距离L2，此时，5个待测镜头5距离运动平台31的竖直距离为该型号的待测镜头5的最小物距Dn，即到达第三位置。

通常，我们会根据情况对移动距离L2进行调整，设置余量△L2，所述余量△L2的范围根据测试者的需求选择，例如-5mm至5mm，本发明一实施例中选择△L2＝2mm，即第二滑块23在第二滑轨22上向下移动的距离L2＝Dx-Dn+2，此时，5个待测镜头5距离运动平台31的竖直距离为Dn-2。

上述步骤S14即为对待测镜头5进行的对焦微调过程。在待测镜头5同步拍摄图像时，取像范围涵盖失焦-对焦-失焦。

步骤S15：将5个待测镜头5拍摄的图像信息和每个图像信息对应的第二滑块23在第二滑轨22上移动的距离传输到计算机。

步骤S16：计算机从拍摄的图像中筛选出最佳清晰图像。

计算机通过清晰度分析算法，对图像信息进行分析、计算，筛选出最佳清晰图像。

步骤S17：计算机控制第二电机21带动第二滑块23将待测镜头5移动到所述最佳清晰图像对应的拍摄位置。

通过上述方法，即完成了5支待测镜头的自动对焦。

图4示出了本发明提供的一种镜头性能检测方法的流程图。本发明提供的一种镜头性能检测方法，还包括以下步骤：

步骤21：将标定板6放置在运动平台31上。

将标定板6按5行5列放置在运动平台31上，每一行放置5个相同的标定板6。

步骤22：计算机控制第三电机带动运动平台31在第三滑轨32上向待测镜头5方向移动，将5款标定板6依次移动到待测镜头5的下方，5个待测镜头5完成对5款标定板6的图像拍摄并存储到相机4中。

当待测镜头5完成5款标定板的图像拍摄后，计算机控制运动平台31回到初始位置。

步骤23：相机4将图像信息存储到计算机中，计算机根据图像信息生成5个待测镜头5的性能测试数据。

在对图像的分析、计算过程中，计算机采用了清晰度分析算法、分辨率算法、对比度分析算法等多个算法，最终生成待测镜头5的各项性能测试数据。

步骤24：计算机通过测距仪获取当前待测镜头5的物距信息并存储到计算机中。

步骤25：计算机将生成的性能测试数据上传到云盘中进行存储。

计算机将待测镜头5的性能测试数据和对应的ID号上传至云盘进行存储，这样就不需要人工来记录测试数据，节约了人力资源，避免了丢失或误删数据的可能。

步骤26：将待测镜头的性能测试数据显示在Web网页上。

本发明专门开发了对应的Web网页，用于显示待测镜头5的性能测试数据，使得性能测试数据可视化，同时，用户可以在Web网页上通过时间段或ID号查询性能测试数据，为查询或分析镜头的性能测试数据提供了方便。

通过上述本发明提供的镜头性能检测方法，能够完成待测镜头在分辨率、景深、视场、锐度、均匀度、对比度、畸变和物距的八项光学性能指标检测，并依据这八项性能测试数据对镜头的质量进行评估。

如图5所示为本发明提供的镜头性能检测方法中分辨率算法的流程图，在进行待测镜头5的分辨率性能检测时，采用USAF1951美军标鉴别分辨率板作为标定板，该分辨率算法主要包括以下步骤：

步骤31：计算机根据待测镜头拍摄的图像上的白色方块做特征定位，确定需要做计算的区域；

步骤32：计算机计算所述区域内的黑白线对MTF值；

MTF为Modulation Transfer Function的缩写，中文意思为：调制传递函数。在分辨率算法中，建立了3个模板，对应不同的计算区域，计算机依据模板，计算区域内的黑白线对MTF；

步骤33：判断当前计算的黑白线对MTF值是否小于最小阀值；若小于最小阀值，则执行步骤34；若大于最小阀值，则跳到步骤32继续执行；

步骤34：输出当前黑白线对的上一组黑白线对所对应的线对层值。

上述分辨率算法利用人工智能学习技术，结合人眼识别判断方法作为训练依据，可完成不同倍率的镜头分辨率测试。该算法对镜头分辨率检测依据一致，不存在人眼识别的主观性，产生的分辨率检测结果质量高。

本发明提供的一种镜头性能检测系统及方法，能够实现单次检测多支镜头，简化了测试操作，测试数据的稳定性和可靠性更高，降低了结果的误测，测试数据直接储存至云端，避免数据的丢失或误删，可视化的web页面呈现数据，更方便对镜头测试数据的查询和分析。

对于所有镜头开发、生产及应用的厂家，若需要评估镜头的质量与监控，都可应用本发明提供的镜头性能检测系统及方法。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种镜头性能检测系统，其特征在于，包括：

第一电动滑台；

第二电动滑台，所述第二电动滑台安装在第一电动滑台上；

相机，安装在第二电动滑台上；

待测镜头，安装在所述相机上；

所述第一电动滑台带动第二电动滑台运动，对待测镜头进行对焦粗调；

所述第二电动滑台带动待测镜头运动，对待测镜头进行对焦微调；

计算机，获取所述待测镜头拍摄的图像信息，并根据图像信息控制第二电动滑台运动。

2.如权利要求1所述的一种镜头性能检测系统，其特征在于，所述第一电动滑台包括第一电机、第一滑轨和第一滑块，所述第一滑块设置在第一滑轨上，所述第一电机带动所述第一滑块在第一滑轨上移动。

3.如权利要求2所述的一种镜头性能检测系统，其特征在于，所述第二电动滑台包括第二电机、第二滑轨和第二滑块，所述第二滑块设置在第二滑轨上，所述第二电机带动所述第二滑块在所述第二滑轨上移动，所述第二滑轨固设在所述第一滑块上。

4.如权利要求1所述的一种镜头性能检测系统，其特征在于，还包括一运动模组，所述运动模组在第三电机的带动下将标定板移动到所述待测镜头下方。

5.如权利要求4所述的一种镜头性能检测系统，其特征在于，所述运动模组包括一运动平台、第三滑轨，所述运动平台设置在所述第三滑轨上，所述第三电机带动所述运动平台在所述第三导轨上移动。

6.如权利要求1所述的一种镜头性能检测系统，其特征在于，还包括测距仪，所述测距仪安装在所述待测镜头侧边，所述测距仪的激光头垂直向下。

7.如权利要求1所述的一种镜头性能检测系统，其特征在于，还包括一ID录入装置，所述ID录入装置记录所述待测镜头的ID号，并将ID号传输给所述计算机。

8.一种镜头性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置第一电动滑台和第二电动滑台，并将第二电动滑台设置在第一电动滑台上；

将相机固定在第二电动滑台上，并将待测镜头安装在相机上；

在待测镜头下方设置一载物平台；

计算机控制第一电动滑台和第二电动滑台复位，所述待测镜头到达第一位置；

计算机控制第一电动滑台带动所述待测镜头从第一位置移动至第二位置，所述第二位置距离所述载物平台的竖直距离为待测镜头的最大物距；

计算机控制第二电动滑台带动所述待测镜头从第二位置移动至第三位置，所述第三位置距离所述载物平台的竖直距离为所述待测镜头的最小物距。

9.如权利要求8所述一种镜头性能检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在待测镜头移动过程中，使用所述相机同步多次拍摄图像，并记录每次拍摄图像时待测镜头的位置，将拍摄的图像信息和待测镜头位置传输至所述计算机。

10.如权利要求9所述一种镜头性能检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述计算机从拍摄的图片中筛选出最佳清晰图像。

11.如权利要求10所述一种镜头性能检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述计算机控制所述第二电动滑台带动所述待测镜头移动到所述最佳清晰图像的拍摄位置。

12.如权利要求11所述一种镜头性能检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

设置第三电机带动所述载物平台运动；

在所述载物平台上装载多个标定板；

计算机控制所述第三电机带动所述载物平台将标定板移动到待测镜头下；

待测镜头拍摄标定板图像，并将图像信息存储到计算机中；

计算机根据图像信息生成待测镜头的测试数据。

13.如权利要求12所示的一种镜头性能检测方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：

设置一云盘，计算机将生成的测试数据上传到所述云盘中进行存储。

14.如权利要求13所示的一种镜头性能检测方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：

开发一Web网页，将所述云盘中存储的测试数据显示在Web网页上。

15.如权利要求12所述一种镜头性能检测方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：

第一步骤：计算机根据待测镜头拍摄的图像上的白色方块做特征定位，确定需要做计算的区域；

第二步骤：计算机计算所述区域内的黑白线对MTF值；

第三步骤：判断当前计算的黑白线对MTF值是否小于最小阀值；若小于最小阀值，则执行第四步骤；若大于最小阀值，则跳到第二步骤继续执行；

第四步骤：输出当前黑白线对的上一组黑白线对所对应的线对层值。

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