CN113661443B - 杂散光测试站 - Google Patents

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Abstract

用于杂散光测试站的方法、系统及装置。在一个方面，所述杂散光测试站包含：照明组合件，包含：空间延伸光源；及一个或多个光学元件，被布置为将来自所述空间延伸光源的光束沿光学路径引导至光学接收器组合件，所述光学接收器组合件包含透镜容器，所述透镜容器被配置为接纳透镜模块并将所述透镜模块定位于抛物面镜下游的所述光学路径中，使得所述透镜模块将来自所述空间延伸光源的光束聚焦至图像平面；及可移动框架，其支撑所述光学接收器组合件，所述可移动框架包含一个或多个可调整对准载台以相对于所述照明组合件定位所述光学接收器组合件，使得所述照明组合件的光学路径在所述光学接收器组合件的视场内。

Description

杂散光测试站
相关申请的交叉引用
本申请与于2019年4月2日提交的美国专利申请第16/373,437号(代理人档案号码44027-0032001)有关。该美国专利申请第16/373,437号的全部公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请一般地涉及杂散光测试站。
背景技术
本说明书涉及相机的杂散光性能。杂散光通常是指光学系统中不需要的光且通常负面地影响系统性能。例如，在相机系统中，杂散光可能减小系统的传感器中的信噪比和/或可能减小对比率。在涉及使用光学系统来监视户外环境的许多应用中，太阳是杂散光的重要来源。
发明内容
本说明书描述与用以表征杂散光条件下相机的性能的杂散光测试站有关的技术。
一般而言，本说明书中所描述的主题的一个创新方面可体现在一种杂散光测试装置中，所述装置包含：照明组合件，所述照明组合件包含空间延伸光源以及一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件被布置为将来自所述空间延伸光源的光束沿光学路径引导，其中所述照明组合件包含布置于所述光学路径中的抛物面镜，且其中所述抛物面镜处的所述光束的直径大于所述抛物面镜的横向尺寸。所述杂散光测试装置还包含光学接收器组合件，所述光学接收器组合件包含透镜容器，所述透镜容器被配置为接纳透镜模块并将所述透镜模块定位于所述抛物面镜下游的所述光学路径中，使得所述透镜模块将来自所述空间延伸光源的所述光束聚焦至图像平面。可移动框架支撑所述光学接收器组合件，其中所述可移动框架包含一个或多个可调整对准载台，且其中所述可调整对准载台相对于所述照明组合件定位所述光学接收器组合件，使得所述照明组合件的光学路径在所述光学接收器组合件的视场内。
此方面的其他实施例包含对应方法及在计算机储存设备上编码的、被配置为执行方法的动作的计算机程序。
这些及其他实施例可各自可选地包含以下特征中的一个或多个。所述抛物面镜可为离轴抛物面镜，其中所述离轴抛物面镜离轴达至少30°、至少60°或至少90°。所述光学接收器组合件的传感器可为(例如)互补金属氧化物半导体(CMOS)相机。在一些实施方式中，所述可调整对准载台可在一个或多个维度上调整以在一角度范围内定位所述光学接收器组合件。所述透镜容器可为用以将所述透镜模块固持在适当位置的加压夹具(compressionfixture)。在一些实施方式中，所述一个或多个光学元件进一步包含一个或多个中性密度滤光器。
在一些实施方式中，所述光学接收器组合件包含可调整容器，所述可调整容器被配置为接纳相机模块并将所述相机模块定位于所述抛物面镜下游的所述光学路径中，使得来自所述照明组合件的所述光束聚焦至所述相机模块处的图像平面。
在一些实施方式中，来自所述空间延伸光源的所述光束经变迹，从而形成跨直径的均匀光束。所述空间延伸光源可在一角度范围内是可调整的，且可具有0.5°度的角范围。允许来自所述照明组合件的所述光束(例如)在所述光学接收器组合件的杂散光测试期间到达所述光学接收器组合件。
在一些实施方式中，所述杂散光测试站进一步包含与所述照明组合件及所述光学接收器组合件进行数据通信且可操作以执行执行杂散光测试的操作的控制单元。
一般而言，本说明书中所描述的主题的另一个创新方面可体现在用于确定光学接收器组合件的杂散光性能的方法中，所述方法包含：使用一个或多个可调整对准载台对准在包含抛物面镜的照明组合件下游的光学路径中的所述光学接收器组合件，其中对准所述光学接收器组合件包含将来自所述照明组合件的空间延伸光源的光束聚焦至所述光学接收器组合件的传感器的图像平面；从多个不同光强度中选择所述空间延伸光源的第一光强度；使所述光学接收器组合件曝露于所述第一光强度下的来自所述空间延伸光源的光；当使所述光学接收器组合件曝露于所述第一光强度下的光时，通过所述光学接收器组合件的所述传感器捕获图像数据；以及基于捕获的图像数据确定所述光学接收器组合件之性能度量。
这些及其他实施例可各自可选地包含以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，确定所述光学接收器组合件的杂散光性能进一步包含确定所述光学接收器组合件的视场内的所述空间延伸光源的多个入射角下的所述光学接收器组合件的杂散光性能。
在一些实施方式中，选择来自所述空间延伸光源的多个光强度中的所述第一光强度包含使用中性密度滤光器使来自所述空间延伸光源的所述光束衰减。
可实施本说明书中所描述主题的特定实施例以实现以下优点中的一个或多个。本技术的优点是其可用于校准包含透镜及(一个或多个)传感器(例如，CMOS传感器)的相机组合件的杂散光性能。特别地，相机组合件的性能可通过使用无穷远处的空间延伸光源照明相机组合件以(例如)模拟太阳、高光束等的照明条件而在杂散光条件下测量。装置可用于仿真相机在其下由各种不同光源(例如，高强度光源(如太阳)、红外源、超光谱源等等)照明的条件。模拟各种杂散光照明条件可助于开发(例如)相机组合件的拒斥比以改良在包含杂散光源的曝光条件下的相机性能。杂散光测试站可以是可调整的以接纳各种透镜类型以适应(例如)来自不同制造商的不同形状的透镜的快速评估。
在附图及以下描述中阐述本说明书中所描述的主题的一个或多个实施例的细节。主题的其他特征、方面及优点将从描述、附图及权利要求中变得显而易见。
附图说明
图1是杂散光测试站的照明组合件的示例的框图。
图2是杂散光测试站的接收组合件的示例的框图。
图3是杂散光测试站的示例的框图。
图4是杂散光测试站的光学接收器组合件的示例的示意图。
图5是光学接收器组合件的透镜夹具的示例的示意图。
图6是光学接收器组合件的示例的示意图。
图7是用于使用杂散光测试站执行杂散光测试的示例过程的流程图。
具体实施方式
概述
本专利申请的技术是用于表征相机在杂散光条件下的性能的杂散光测试站。技术利用在无穷远处成像的空间延伸光源来测量相机上的杂散光效应且产生相机的拒斥比(rejection ratio)。
更具体地，技术并入空间延伸光源以表征相机的杂散光性能(例如)以模拟当太阳或另一高强度光源落入相机的视场内时相机的操作。可在一范围(例如，0.1°至5°)内选择空间延伸光源的角范围。例如，可选择空间延伸光源的角范围以模拟当太阳在相机的视场内时，例如，可选择0.5°的角范围以模拟当自地球观看时太阳的角范围。
测试站包含：光源，其包含高强度灯(例如，6500k源、红外850nm源、超光谱源等等)；离轴抛物面镜；及两个旋转载台，其用以调整空间延伸光源在相机处的入射角。光源被配置为使得自光源发射的光束过度照射(overfill)相机的透镜以确保光束的均匀性并降低边缘效应。另外，离轴抛物面镜可被布置为适应其方向高度不平行于相机的光学轴的来自光源的光束，其中抛物面镜可大于15°偏轴(例如，30°或以上、60°或以上或诸如90°偏轴)。
可在使用各种中性密度(ND)滤光器来衰减延伸光源的情况下通过测量延伸光源对相机传感器(例如，对CMOS传感器)的性能的影响而使用杂散光测试站确定拒斥比。延伸光源对相机传感器的性能的影响可通过测量度量分类为(例如)来自光源的中心点的光的扩散。在一些实施方式中，来自光源的中心点的光的扩散可表征为来自光源的中心点的光的径向扩散。
杂散光测试站
图1是杂散光测试站的照明组合件102的示例的框图100。照明组合件102包含成形和/或过滤来自光源的光以向测试中的光学系统呈现无穷远处的空间延伸光源的光学元件104。光学元件104包含液体光导管122以从光源120接收光，且将光束106从光源沿光学路径108引导至包含测试中的光学系统的接收器组合件。
光学元件104额外包含将从光导管122发射的光聚焦至由光圈116提供的孔径的聚焦光学器件103(例如，透镜)。光束106在由抛物面镜110(其也朝向接收器组合件反射光束)准直之前从光圈116发散。抛物面镜110定位于其中抛物面镜110处的光束106的直径112大于抛物面镜110的横向尺寸(lateral dimension)114的点处的发散光束中。如此，光束106过度照射抛物面镜110，所述抛物面镜110用以通过仅朝向接收器组合件引导光束的中央部分而使光束变迹。结果是，照明组合件102将跨其整个直径实质上均匀强度的准直光束递送至接收器组合件，从而从接收器组合件的成像系统的角度向接收器组合件呈现无穷远处的空间延伸光源。例如，其中，离开照明组合件的光束的直径可在从约1mm至约100mm(例如，从约1mm至约50mm、从约1mm至约20mm、从约1mm至约10mm、从约1mm至约5mm)的范围内。在一些示例中，光束直径是38.1mm(1.5英寸)。离开照明组合件102的光束的强度可跨其直径变动小于50％(例如，30％或更少、20％或更少、10％或更少、5％或更少)。
抛物面镜可具有一焦距范围，其中焦距可部分地取决于来自光源及光学元件104的入射光的角度以及光学元件104与抛物面镜110之间的距离。选择抛物面镜110的焦距，使得来自光源及光学元件104的一扇光过度照射抛物面镜的孔径。抛物面镜110的焦距可在(例如)自3英寸至15英寸的范围内。在一示例中，光束直径是1.5英寸且抛物面镜的焦距是6英寸。在另一示例中，光束直径是3英寸且抛物面镜的焦距是12英寸。
抛物面镜110可为离轴抛物面(OAP)镜。例如，对应于镜的表面形状的抛物线的对称轴不与通过对称轴上的镜的焦点的中心射线同轴。OAP镜从对称轴移位的程度可通过从镜反射之前及之后由中心射线对向的角度表征。OAP镜110可离轴15°或更多(例如，30°或更多、60°或更多，诸如90°离轴)。另外，光圈116可定位于OAP镜110的焦点处。
一般而言，部分地基于使用杂散光测试站测试的光的波长范围选择相应光学元件104的材料。例如，可针对450nm至20μm的宽带、350nm至750nm可见波长和/或近红外波长的650nm至1050nm的最佳性能选择光学元件104。
光学元件104额外包含光圈116与镜110之间的(一个或多个)滤光器118。在一些实施方式中，光圈116是固定光圈以设定经由光导(例如，液体光导管122)从光源120离开的光束106的点大小。在一个示例中，光圈116具有由以下确定的直径
d＝2f tan 0.25° (1)
其中d是光圈的直径且f是抛物面镜110的焦距。光圈的直径d可在(例如)从1mm至10mm的范围内。在一些实施方式中，光圈的直径是可调整的，使得光圈的直径d可在杂散光测试过程期间调整。
滤光器118是用以更改所传输的光的光学滤光器。滤光器118可为(例如)中性密度(ND)滤光器、带通滤光器、干涉滤光器、二色滤光器、吸收滤光器等等。在一些实施方式中，多个滤光器118被包含于可调整滤光器轮中，其中多个滤光器118中的特定滤光器118可定位于光束106的路径内。在一个示例中，可选择多个ND滤光器118(例如，具有相应光学密度(OD)0、1、2、3、4、5及6的ND滤光器)，使得光束106可被调整以具有光输出强度范围内的可变强度。
一般而言，选择光源120以提供具有适于仿真测试中的光学系统的杂散光源的光谱组成及强度的光。宽带、窄带或单色源是可能的。在一些实施例中，光源120可为(例如)发光二极管(LED)宽光谱源(例如，具有6500K或更暖，例如，2700K至3000K、3500K至4100K或5000K至6500K的色温)、氙气灯、红外850nm源、超光谱源等。
其他变动也是可能的。例如，尽管液体光导管122将光束106从光源120引导至光学元件104，但可使用其他光导。例如，在一些实施方式中，光束106可经由光纤束从光源120引导。液体光导管122可相对于光学元件104定位，使得来自光束106的光锥过度照射抛物面镜110。在特定实施方式中，自由空间光学器件用于将来自光源的光引导至光学元件104。在特定实施方式中，光源120邻近于光学元件104被定位，使得来自光源120的光束106被引导至光学元件104。
在一些实施方式中，多个光源120可被包含在照明组合件102中，其中一个或多个液体光导管122可被定位以将来自多个光源120中的相应光源120的光引导至光学元件104。例如，照明组合件102可包含6500k LED光源及红外850nm光源，其中每个光源具有可互换的相应液体光导管122，以将选择的光源120沿光学路径108引导至光学元件中。光源120可为超光谱光源，例如，包含一波长范围(例如，用于表征一波长范围(例如，近红外至紫外波长)内的相机模块和/或透镜模块的性能)的多LED光源。
照明组合件102可提供沿光学路径108的直径在从25mm至100mm的范围内的光束宽度的无穷远处的空间延伸光源。可使用光学元件104引导无穷远处的空间延伸光源以沿光学路径108将光束106引导至杂散光测试站的光学接收器组合件，如下文参考图2所描述。
图2是杂散光测试站的光学接收器组合件202的示例的框图200。光学接收器组合件202包含可被调适以接纳透镜模块205且定位透镜模块205，使得透镜模块将光束206沿光学路径208聚焦至图像平面210的透镜容器204。图像平面210可对应于传感器212，其中传感器212捕获聚焦在图像平面210上的光束206的二维(2D)图像。传感器212可为(例如)互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、电荷耦合器件(CCD)传感器、光电倍增管或光电二极管。
光学接收器组合件202可利用来自照明组合件的光束206的天然发散而非使用光学组件以成形照明组合件的抛物面镜上游的光束206。光束206在光学接收器组合件202处的角光束发散的量部分地取决于延伸源的角范围(例如，±0.25°)，其中角光束发散的范围取决于如由等式(1)确定的焦距f及光圈直径d。
光学接收器组合件202包含当透镜模块205由透镜容器204接纳时保持透镜模块205的透镜夹具214。透镜容器204包含部分地基于使用杂散光测试站测试的透镜模块205的尺寸而选择的多个尺寸(例如，长度及内径)。下文参考图6讨论透镜容器204的进一步细节。
透镜夹具214可为加压夹具，以将透镜模块205固持在适当位置且允许光学接收器组合件202中的透镜模块205容易插入及移除。透镜夹具214包含部分地基于使用杂散光测试站测试的透镜模块205的尺寸而选择的多个尺寸(例如，窗的内径、加压螺钉的长度)。参考图5描述透镜夹具214的进一步细节。
尽管参考图2被描绘为用于接纳透镜模块205的透镜容器204及传感器212的单独组件，但光学接收器组合件202可以可替代地包含接纳相机模块且将所述相机模块沿光学路径208定位于光束206中，使得光束206聚焦至所述相机模块处的图像平面的可调整容器。相机模块可包含经组装透镜及传感器器件，其中所述相机模块的透镜被附接至传感器以将光束206聚焦在所述相机模块中的传感器的成像平面上。
可部分地基于制造的容易性、与透镜模块205的材料的兼容性，和/或减少杂散光效应来选择被包含于光学接收器组合件中的元件(例如，透镜容器204及透镜夹具214)的材料。材料可包含金属(例如，铝或钢)及塑料(例如，缩醛(acetal)材料)。被包含于光学接收器组合件中的元件可被涂覆有涂料或类似物质(例如，哑光黑涂料层)或具有黑色阳极氧化表面(例如，黑色阳极氧化铝)以减少杂散光效应。
光学接收器组合件202包含支撑杂散光测试站中的光学接收器组合件202的可移动框架215。可移动框架215包含一个或多个可调整对准载台216a、216b。可调整对准载台216a、216b可通过支撑件218(例如，L状托架、角托架等)附接到彼此。
可调整对准载台216a、216b相对于沿来自照明组合件(例如，来自图1的照明组合件102)的光学路径208的光束206定位光学接收器组合件202。使用可调整对准载台216a、216b定位光学接收器组合件202，使得光学路径208在光学接收器组合件202的视场内。可调整对准载台216a、216b可为(例如)旋转对准载台、俯仰/倾斜(tip/tilt)对准载台、平移XYZ载台，或提供多个自由度的移动以相对于光学路径208定位光学接收器组合件202的另一类似载台。可调整对准载台216a及216b可独立于彼此调整，且可提供偏转及滚转以改变光学路径208至透镜模块205的入射角。
在一些实施方式中，支撑光学接收器组合件202的可移动框架215可(例如)通过调整光学接收器组合件相对于透镜模块205的视场207内的光学路径208的位置而在一入射角范围内调整。入射角范围可为(例如)相对于透镜模块205的垂直轴线和/或水平轴线的±90°。入射角范围可由透镜模块205的视场界定。特定入射角范围可部分地取决于透镜模块205的视场。例如，透镜模块205可为广角透镜模块，使得杂散光条件下的透镜模块205及传感器212的性能需要在一入射角范围内进行测试(例如，其中广角透镜模块的视场是180°)。在一些实施方式中，包含可调整对准载台216a、216b的可移动框架215是可由操作电动对准载台的控制单元定位的电动对准载台。电动对准载台可包含各种马达，例如压电马达、伺服马达、线性马达、步进马达等。
图3是杂散光测试站302的示例的框图300。外壳304涵盖照明组合件306(例如，图1中所描述的照明组合件102)及光学接收器组合件308(例如，图2中所描述的光学接收器组合件202)。外壳304可由金属(例如，铝、钢等)或塑料材料制成且可涂覆有非反射或低反射率层(例如，哑光黑涂料)。外壳304可完全围封杂散光测试站302以减少来自周围光的曝光至阈值以下(例如，减少周围光至90％以下)。
如图3中所描绘，照明组合件306及光学接收器组合件308相对于彼此以90°角布置，其中照明组合件306的OAP镜310是90°离轴。照明组合件306及光学接收器组合件308可以可替代地通过利用具有不同离轴角(例如，15°或以上离轴)的OAP镜310以相对于彼此的不同角度(例如，以大于15°的角度)定位。
光束312由OAP镜310沿光学路径314从照明组合件306引导至光学接收器组合件308的视场316中。可调整对准载台318a、318b可用于调整光学路径314相对于光学接收器组合件308的入射角320(例如，调整光学接收器组合件308的透镜模块或相机模块上的空间延伸光源的入射角320)。
光学接收器组合件308的传感器322(例如，图2中所描述的光学接收器组合件202的传感器212)可以距抛物面镜310的距离324沿光学路径314定位，使得照明组合件306的抛物面镜310的径向角范围在10-4及10-5的杂散光晕内。距离324随抛物面镜310的直径缩放，例如，距离324可在0.5米至3米的范围内。在一个示例中，被选择以实现10-4及10-5的杂散光晕的抛物面镜310的角范围小于1.5°。在一个示例中，传感器322定位于距抛物面镜310900mm的距离324处，使得抛物面镜310的角范围是1.2°。
部分地取决于抛物面镜310与光学接收器组合件308之间的距离324，由照明组合件306提供的无穷远处的空间延伸光源可具有从0.1°至5°的范围内的角范围。在一个示例中，抛物面镜310与光学接收器组合件308之间的距离324使得无穷远处的空间延伸光源具有0.5°的角范围。
在一些实施方式中，距离324可由可调整对准载台318a、318b调整。在一个示例中，光学接收器组合件308可通过对准载台318b的平移移动进一步远离或更靠近抛物面镜310。
杂散光测试站302包含操作照明组合件306的光源(例如，可控制光源的强度、开启/关闭光源等)的控制器326。控制器326可额外控制杂散光测试站302的自动化功能性，包含(例如)自动化滤光器轮以选择滤光器(例如，滤光器118)和/或通过操作电动可调整对准载台318a、318b而调整光学接收器组合件308的对准。
在一些实施方式中，控制器326包含数据收集模块328。数据收集模块328可与光学接收器组合件的传感器322或相机模块进行数据通信以从光学接收器组合件308的传感器322接收成像数据330。例如，成像数据330可为如由传感器322在传感器322的成像平面处收集的光束312的二维图像。控制器326及数据收集模块328可以为可提供控制指令327及记录与杂散光测试系统302有关的细节的计算机、移动设备(例如，移动电话、平板计算机等)的子组件等。
在一些实施方式中，控制器326包含用以从数据收集模块328接收所收集的成像数据及确定光学接收器组合件308的透镜模块332(例如，透镜模块205)、传感器322或相机模块的性能度量的杂散光测试应用。下文参考图7进一步详细讨论确定性能度量。
图4是杂散光测试站的光学接收器组合件402的示例的示意图400。如上文参考图2中所描绘的光学接收器组合件202所描述，光学接收器组合件402包含透镜容器404以接纳由透镜夹具406固持在适当位置的透镜模块405。选择透镜容器404的尺寸(例如，长度407)以将透镜模块405定位于距传感器408一距离处，使得沿来自照明组合件的光学路径412的光束410聚焦于传感器408的图像平面处。
光学接收器组合件402额外包含可移动框架414，所述可移动框架414包含由支撑件418附接的可调整对准载台416a、416b。可调整对准载台416a及416b可为相同类型的对准载台(例如，两者均是旋转载台)或各自为不同类型的对准载台(例如，其中416a是旋转载台而416b是平移XYZ载台)。在一个示例中，对准载台416a及416b是控制光学接收器组合件402的偏转及滚转及控制透镜模块405处的光束410的入射角的旋转载台。
尽管框架414在图4中被描绘为具有两个可调整对准载台416a及416b，但框架414可包含更多或更少可调整对准载台(例如，一个对准载台或三个对准载台)以调整光学接收器组合件402相对于光学路径412及照明组合件的位置。
图5是光学接收器组合件(例如，光学接收器组合件202及光学接收器组合件402)的透镜夹具502的示例500的示意图。透镜夹具502包含至透镜容器506的附接点504。透镜夹具502包含由加压螺钉512抵靠透镜模块510加压以将透镜模块510固持为固定在透镜容器506内的透镜盖508。透镜盖508可由缩醛材料或另一塑料制造(例如，铣)以减少对透镜模块510的损坏且具有重复使用下的改良磨损性质。可选择加压螺钉512以防止透镜盖508在透镜模块510上方的过度拧紧以减少归因于透镜模块510的扭曲的透镜模块510的色差。加压螺钉512可包含(例如)低扭矩不锈钢M3螺杆端或另一类似材料及螺纹数及用于将透镜盖508拧紧于透镜模块510上方的兼容螺母。
透镜盖508附接至铰链514，其中透镜盖508可在铰链514上从敞开位置(以(例如)接纳透镜模块510)枢转至闭合位置(以(例如)将透镜模块510固定在适当位置)。在一个示例中，铰链514允许透镜盖508相对于透镜容器506中的经安装透镜模块510的表面枢转达90°或以上。可将透镜盖508的内径516部分地选择为大于透镜模块510的输入孔径的外径且可使内径516在(例如)5mm至100mm的直径范围内。透镜盖508的内表面518在图5中被描绘为与透镜模块510的外表面520齐平放置的扁平圆盘。在一些实施方式中，透镜盖508可包含扩孔或另一表面特征(例如，加衬垫特征)以容纳透镜模块510的位置。
在一些实施方式中，透镜夹具502包含一个或多个调整点以相对于传感器(例如，传感器408)的位置沿透镜模块的光学轴移动透镜模块510。透镜夹具502的一个或多个调整点可用于使透镜模块510的后焦距与传感器位置对准。
图6是光学接收器组合件602a、602b的示例的示意图，其中每个光学接收器组合件602a、602b被配置为接纳相应透镜模块604a及604b。透镜模块604a、604b可各自具有不同操作及物理特性(例如，焦距、物理尺寸、视场等等)。透镜模块的物理尺寸可包含透镜模块的镜筒长度、跨透镜模块的镜筒长度的透镜模块的多个直径、不同螺纹或其他附接机构。透镜模块直径可在(例如)14.9mm与50mm之间变动。透镜模块的总长度可在(例如)48mm与91.5mm之间变动。透镜模块的视场可在(例如)±90°变动以界定半球视场。
在一些实施方式中，透镜模块可具有小于14.9mm或大于50mm的直径以及小于48mm或大于91.5mm的长度。杂散光测试站可以是可调整的以(例如)通过调整传感器(例如，传感器212)在对准载台(例如，对准载台216a)上的固定位置而接纳变化大小及变化焦距的透镜模块。
每个透镜模块604a、604b的不同操作及物理特性可能分别需要不同透镜容器606a及606b，使得每个透镜模块604a及604b可由相应透镜容器容纳于光学接收器组合件中。透镜容器606a及606b可各自包含多个组件，例如，镜筒608、套筒610及印刷电路板(PCB)基座612。光学接收器组合件602a、602b额外包含透镜夹具613(例如，图5中所描述的透镜夹具502)。可选择透镜容器606a、606b及透镜夹具613a、613b的多个组件中的每一个以适应安装至光学接收器组合件602a、602b中的相应的透镜模块604a、604b的操作及物理特性。
为了讨论的清楚起见，此处更详细讨论包含透镜容器606a及透镜夹具613a的组件的光学接收器组合件602a的细节，其中所提供的细节可适用于透镜容器606b及透镜夹具613b，且更一般而言，适用于包含安装至光学接收器组合件中的给定透镜模块的透镜容器及透镜夹具的给定光学接收器组合件。
部分地基于透镜模块604a的特定物理及操作特性而选择镜筒608及套筒610以包含于光学接收器组合件602a中。可选择镜筒608、套筒610及PCB基座612的尺寸(包含长度607、611、内径及外径609、615、617、616、及安装附件)以相对于光学接收器组合件602a定位透镜模块604a，使得当透镜模块604a安装于光学接收器组合件602a中时，透镜模块604a的成像平面与传感器614重叠。
选择镜筒608及套筒610的尺寸，使得套筒610滑动配合至镜筒608中且其中当透镜模块安装于光学接收器组合件602a中时，透镜模块604a的一部分由套筒610接纳且由套筒610固定。可基于所安装的透镜模块604a的总长度而选择镜筒608的尺寸(例如，镜筒长度607)。例如，对于具有总长度(例如，介于48mm与91.5mm之间)的透镜模块604a，镜筒608的镜筒长度607可为48mm至91.5mm。可基于透镜模块的外径而选择套筒610的内径615的尺寸。例如，对于在套筒610将固定于其中的透镜模块的区段上具有14.9mm与50mm之间的外径的透镜模块604a，套筒610将具有14.9mm与50mm之间的内径615。
PCB基座612的尺寸可部分地取决于透镜模块604a的物理及操作特性以及传感器614的特性。例如，选择PCB基座612的内径616以容纳通过PCB基座612的内径616的透镜模块604a的外径。可部分地基于传感器组件的尺寸(例如，传感器614上的传感器组件的高度、宽度及长度以及传感器614的传感器基座的尺寸)而选择PCB基座612。PCB基座612可包含用于将经组装的光学接收器组合件602a安装至框架(例如，如上文在图4中所描述的框架414)的沿PCB基座612的底表面的螺纹孔(例如，两个M6螺纹孔)。
可使用透镜容器606a的相应元件之间的螺纹孔或通孔安装和/或黏着剂(例如，氰基丙烯酸酯或其他类似黏着剂)组装包含镜筒608、套筒610及PCB基座612的透镜容器606a。例如，套筒610可滑动配合于镜筒608内部且使用数滴氰基丙烯酸酯黏着剂黏着。透镜夹具613a可通过从透镜夹具613a插入镜筒608上的对应螺纹孔中的螺钉(例如，M4螺钉)而安装至透镜容器606a。镜筒608可通过从PCB基座612插入镜筒608上的对应螺纹孔中的螺钉(例如，M5螺钉)而安装至PCB基座612。
传感器614也可被选择以与特定透镜模块604a兼容。传感器614可被选择以(例如)包含若干像素、像素的大小/密度、敏感度范围、波长范围等。传感器614使用(例如)传感器614上至PCB基座的螺纹孔中的通孔安装至PCB基座612，使得传感器614与透镜模块604a的成像平面对准。
光学接收器组合件602a、602b的组件一般被选择以产生不透光系统，使得进入光学接收器组合件602a、602b的光受限于来自照明组合件(例如，照明组合件306)的光。
在一些实施方式中，透镜模块的保护玻璃盖的变化材料、厚度及透射/反射性质可产生透镜模块的杂散光效应，其可使用本文所描述的杂散光测试站测量。
杂散光测试示例过程
图7是用于利用杂散光测试站来表征杂散光条件下的透镜模块的性能的示例过程700的流程图。
光学接收器组合件相对于照明组合件定位，使得照明组合件的光学路径在光学接收器组合件的视场内(702)。如上文参考图3所描述，在杂散光测试站302中，光学接收器组合件308与来自照明组合件306的光束312(例如，空间延伸光源)的光学路径314对准。对准可使用一个或多个可调整对准载台318a、318b执行以将透镜模块332的视场316定位于光学路径314内且使得透镜模块332在传感器322上形成图像平面。
外壳304可布置为包围杂散光测试站302，使得至传感器322的周围光曝光减少阈值量(例如，达90％或以上)。可在开始测试过程之前将基线或暗测量用作为参考以(例如)建立传感器322的基线信噪比。
选择来自光源(例如，空间延伸光源312)的多个可能光强度的特定光强度(704)。可使用(例如)ND滤光器或另一形式的光束强度衰减选择特定光强度。在一个示例中，可使用具有4.0的光学密度值的ND滤光器使光强度衰减。在另一示例中，可使用具有1.0的光学密度值的ND滤光器使光强度衰减。在又一示例中，可通过调整光源功率达5％或以上、50％或以上或75％或以上等使光强度衰减。
使光学接收器组合件曝露于空间延伸光源的特定光强度(706)。光学接收器组合件308可通过开启光源(例如，光源120)而曝露于空间延伸光源312。在一些实施方式中，来自照明组合件306的空间延伸光源可通过打开快门(例如，打开光圈116)、移除光束挡块(例如，作为滤光器轮118的部分)或光束312的另一偏转而曝露于光学接收器组合件308。
当光学接收器组合件曝露于特定强度的光源时，由光学接收器组合件捕获空间延伸光源的成像数据(708)。入射于光学接收器组合件308的传感器322上的光曝光可为(例如)数秒。成像数据330可由传感器322捕获且由数据收集模块328收集。成像数据330可包含测量杂散光的相对强度对比传感器322的二维图像的像素。
在收集特定光强度的成像数据之后，可(例如)使用快门或其他偏转方法阻挡光束312到达光学接收器组合件308。可选择多个强度的光中的下一光强度以(例如)使用不同滤光器118和/或调暗光源120的强度而测试。例如，可使用照明组合件306的滤光器轮将光学密度3.0ND滤光器118插入光学路径314中以减小光源的光强度。
与特定光强度有关的数据(例如，所使用的特定ND滤光器或光源的强度减小)可被传达至数据收集模块328以与特定光强度的所收集成像数据330合并作为元数据。在一些实施方式中，元数据包含所测试的光的(一个或多个)波长，及使用杂散光测试站302的测试下透镜模块332和/或传感器322的特性。
通过如以上步骤702至708中所描述的过程测量来自多个可能光强度的若干不同光强度(710)。可通过使用各自具有不同光学密度值的多个经校准ND滤光器使光源的强度衰减和/或降低传感器322的曝光而测量多个光强度。待测量的若干不同光强度可为(例如)4个或4个以上不同光强度、2个或2个以上不同光强度等。例如，若使用5.0的光学密度值的ND滤光器捕获1的相对强度，则可使用分别具有光学强度(OD)1.0及OD 0.0的ND滤光器测量等于非衰减光源的10-4及10-5的相对强度下的光源的范围。
针对光学接收器组合件，从成像数据确定性能度量(712)。在多个强度中的每一个强度被曝露于包含透镜模块332及传感器322的光学接收器组合件308之后，基于所捕获的图像来确定性能度量。性能度量表征杂散光条件下的相机的性能(例如，眩光扩散函数(glare spread function))。
相机的性能可通过拒斥比来量化，其中拒斥比使用(例如)空间延伸光源312的多个减小的强度来测量低于原始源强度的比率的光的径向范围。拒斥比计算在通过传感器322捕获的二维(2D)图像上方具有高于指定相对强度的强度的光源的范围。在上文参考步骤710呈现的示例中，可使用多个经校准ND滤光器来衰减光源的强度和/或降低传感器322的曝光，以使用5.0的光学密度值的ND滤光器来捕获1的相对强度，使得可使用分别具有光学强度(OD)1.0及OD 0.0的ND滤光器来测量等于非衰减光源的10-4及10-5的相对强度下的光源的范围。接着，2D图像中的源的范围被测量为自源的中心点的最远范围的半径。拒斥比测量可用于界定延伸源拒斥比(ESRR)。
在一些实施方式中，相机的性能可通过描述空间延伸光源对透镜模块332及传感器322的空间效应的眩光扩散函数来量化，其中杂散光引起光源在高强度下扩散于传感器322上方。通过(例如)使用具有不同光学密度的多个ND滤光器使光源衰减来测量多个数量级的光强度。在每个衰减光强度下捕获图像，并产生相对强度对比相机像素的标绘图。
基于过程700所确定的性能度量可被用于补偿标称操作条件下的车辆上的相机的杂散光条件。例如，性能度量可用于补偿当太阳在相机的视场内时来自太阳的眩光。在另一示例中，性能度量可用于补偿红外光源引起的相机的饱和度(例如，当自主或半自主车辆的LIDAR系统在LIDAR检测中利用850nm光源时)。
光学接收器组合件的各种组件(例如，透镜模块、外壳、PCB基座、传感器等等)的性能可被分析以隔离特定角度下的杂散光的来源。可通过利用设计选择(例如，透镜重新设计、涂层/材料、表面涂黑、光学组件的额外阻挡等)来改良光学接收器组合件的杂散光性能。
在一些实施方式中，可使用上述过程700测量角度范围。例如，杂散光测试站302的光学接收器组合件308的对准可经调整来以不同入射角320相对于测试下的透镜模块332的视场316定位光学路径314。在一些实施方式中，调整光学路径至透镜模块的视场的入射角可通过使用光学接收器组合件308的一个或多个旋转载台318a、318b来执行。
在一些实施方式中，多个光源的杂散光条件下的相机的性能可由杂散光测试站302测试。例如，如参考图1所描述的光源120可包含多个不同光源，例如，宽带6500k源及红外850nm源可被并入光源120中，其中每个光源继而可用于照明组合件102中，例如，其中液体光导管122可被调整以将来自不同光源的光引导至光学元件104中或(例如，与光源120的(一个或多个)特定波长兼容的)不同液体光导管122可用于每个光源120以将被利用的光源120引导至光学元件104中。
在一些实施方式中，杂散光测试站可用于测量透镜的色差及色差如何可在透镜模块和/或相机模块中产生杂散光效应。
在一些实施方式中，杂散光测试站可包含超光谱光源以测量杂散光效应对透镜模块和/或相机模块的波长依赖性。
尽管上文参考图1至图6被描述为固定照明组合件及可调整光学接收器组合件，但在一些实施例中，光学接收器组合件固定在适当位置而照明组合件可定位于多个轴上。在一些实施例中，照明组合件及光学接收器组合件可各自定位于相对于彼此的相应轴上。
本说明书中描述的主题和操作的实施例可以在数字电子电路中实施，或者在计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)中实施，或者在它们中的一个或多个的组合中实施。本说明书中描述的主题的实施例可以被实施为一个或多个计算机程序，即编码在计算机存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，以用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。
计算机存储介质可以是或可以被包括在计算机可读存储设备、计算机可读存储基底、随机或串行存取存储器阵列或设备或它们中的一个或多个的组合中。此外，尽管计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是或可以被包括在一个或多个单独的物理组件或介质中(例如，多个CD、磁盘或其他存储设备)。
本说明书中描述的操作可以被实施为由数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或从其他源接收的数据执行的操作。
术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有种类的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机、片上系统，或者前述的多个或组合。所述装置可以包括专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，所述装置还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们中的一个或多个的组合的代码。所述装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础设施，诸如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言(包括编译或解释语言、声明或过程语言)来编写，并且它可以以任何形式(包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程、对象或适合在计算环境中使用的其他单元)来部署。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署成在一台计算机上执行，或者在位于一个站点或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。这些过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路来执行，并且所述装置也可以被实施为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
举例来说，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器两者以及任何种类的数字计算机的任意一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如磁盘、磁光盘或光盘)，以从其接收数据，或向其传送数据，或两者兼有。然而，计算机不需要有这种设备。此外，计算机可以嵌入到另一设备中，所述另一设备例如为移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，仅举几例。适合于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，举例来说包括：半导体存储器设备，例如，EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如，内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或结合在其中。
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施例可以在计算机上实施，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示)监视器)以及用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和定点设备(例如，鼠标或轨迹球)。也可以使用其他种类的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、话音或触觉输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档和从用户使用的设备接收文档来与用户交互；例如，通过响应于从网络浏览器接收的请求，将网页发送到用户的用户设备上的网络浏览器。
本说明书中描述的主题的实施例可以在计算系统中实施，所述计算系统包括后端组件(例如，作为数据服务器)，或者包括中间件组件(例如，应用服务器)，或者包括前端组件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的用户计算机，用户可以通过所述图形用户界面或网络浏览器与本说明书中描述的主题的实施方式交互)，或者一个或多个这种后端、中间件或前端组件的任何组合。所述系统的组件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)来互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、互连网络(例如，互联网)和对等网络(例如，自组织对等网络)。
计算系统可以包括用户和服务器。用户和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。用户和服务器的关系是通过运行在相应计算机上并且彼此具有用户-服务器关系的计算机程序而产生的。在一些实施例中，服务器将数据(例如，HTML页面)发送到用户设备(例如，为了向与用户设备交互的用户显示数据和从其接收用户输入的目的)。在用户设备处生成的数据(例如，用户交互的结果)可以在服务器处从用户设备接收。
尽管本说明书包含许多具体的实施细节，但是这些不应被解释为对任何特征或可能要求保护的范围的限制，而是对特定于特定实施例的特征的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或者在任何合适的子组合中实施。此外，尽管特征可以在上面被描述为在特定组合中起作用，并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从所述组合中删除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定次序描绘了操作，但是这不应所述被理解为要求以所示的特定次序或顺序次序来执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应所述被理解为在所有实施例中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。
因此，已经描述了主题的特定实施例。其他实施例在所附权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中记载的动作可以以不同的次序来执行，并且仍然实现期望的结果。此外，附图中描绘的过程不一定需要所示的特定次序或顺序次序来实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务和并行处理可能是有利的。

Claims (18)

1.一种杂散光测试装置，包括：
照明组合件，包括空间延伸光源以及一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件被布置为将来自所述空间延伸光源的光束沿光学路径引导，所述照明组合件包括被布置在所述光学路径中的抛物面镜，其中，所述抛物面镜处的光束的直径大于所述抛物面镜的横向尺寸，以及其中，所述一个或多个光学元件进一步包含一个或多个中性密度滤光器；
光学接收器组合件，包括透镜容器，所述透镜容器被配置为接纳透镜模块并将所述透镜模块定位于所述抛物面镜下游的所述光学路径中，使得所述透镜模块将来自所述空间延伸光源的光束聚焦至传感器的图像平面；以及
可移动框架，支撑所述光学接收器组合件，所述可移动框架包括一个或多个可调整对准载台，其中，所述可调整对准载台相对于所述照明组合件定位所述光学接收器组合件，使得所述照明组合件的所述光学路径在所述光学接收器组合件的视场内。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述抛物面镜是离轴抛物面镜。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述离轴抛物面镜离轴达30°、60°或90°。
4.如权利要求1所述的装置，其中，来自所述空间延伸光源的所述光束经变迹，从而形成跨直径的均匀光束。
5.如权利要求1所述的装置，其中，在一范围内选择所述空间延伸光源的角范围。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述空间延伸光源具有0.5°的角范围。
7.如权利要求1所述的装置，其中，允许来自所述照明组合件的所述光束到达所述光学接收器组合件。
8.如权利要求1所述的装置，进一步包括控制单元，所述控制单元与所述照明组合件及光学接收器组合件进行数据通信，且可操作以执行操作，所述操作为执行杂散光测试。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述传感器是CMOS相机。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述透镜容器包括加压夹具。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述光学接收器组合件包括可调整容器，所述可调整容器被配置为接纳相机模块并将所述相机模块定位于所述抛物面镜下游的所述光学路径中，使得来自所述照明组合件的所述光束聚焦至所述相机模块处的图像平面。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述可调整对准载台能够在一个或多个维度上被调整，以在一角度范围内定位所述光学接收器组合件。
13.一种用于确定光学接收器组合件的杂散光性能的方法，包括：
使用一个或多个可调整对准载台对准在包含抛物面镜的照明组合件下游的光学路径中的所述光学接收器组合件，其中，对准所述光学接收器组合件包括将来自所述照明组合件的空间延伸光源的光束聚焦至所述光学接收器组合件的传感器的图像平面，其中，所述抛物面镜处的光束的直径大于所述抛物面镜的横向尺寸；
从多个不同光强度中选择所述空间延伸光源的第一光强度，其中，选择来自所述空间延伸光源的所述多个光强度中的所述第一光强度包括使用中性密度滤光器使来自所述空间延伸光源的所述光束衰减；
使所述光学接收器组合件曝露于所述第一光强度下的来自所述空间延伸光源的光；
当使所述光学接收器组合件曝露于所述第一光强度下的光时，通过所述光学接收器组合件的所述传感器来捕获图像数据；以及
基于被捕获的图像数据来确定所述光学接收器组合件的性能度量。
14.如权利要求13所述的方法，其中，确定所述光学接收器组合件的杂散光性能进一步包括确定所述光学接收器组合件的视场内的所述空间延伸光源的多个入射角下的所述光学接收器组合件的杂散光性能。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述抛物面镜是离轴抛物面镜。
16.如权利要求13所述的方法，其中，来自所述空间延伸光源的光束经变迹，从而形成跨直径的均匀光束。
17.如权利要求13所述的方法，其中，在一范围内选择所述空间延伸光源的角范围。
18.如权利要求13所述的方法，其中，对准所述光学接收器组合件包括在一个或多个自由度中调整所述可调整对准载台，以在一角度范围内定位所述光学接收器组合件。
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