CN113852803A - 鬼像测试方法、鬼像测试系统和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种鬼像测试方法、鬼像测试系统和计算机可读存储介质，鬼像测试方法包括步骤：光源向待测光学系统发出检测光线；采样相机于待测光学系统的像面采样，以获取检测图像，光功率计于待测光学系统的像面检测，以获取主光线的光功率及杂光的光功率；以及处理器获取鬼像弥散比和杂光能量比。其中，检测光线经待测光学系统传播后，能于待测光学系统的像面形成检测图像，检测图像包括主像以及鬼像，主光线和杂光分别于待测光学系统的像面形成主像和鬼像，鬼像弥散比为鬼像与主像的面积之比，杂光能量比为杂光与主光线的光功率之比。本发明技术方案旨在多维度且量化评估鬼像对于光学系统的成像质量的影响程度，以确保光学系统的成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统领域，特别涉及一种鬼像测试方法、鬼像测试系统和计算机可读存储介质。
背景技术
在光学系统的成像过程中，除了主要光线在主像面成像，偶尔会伴随着非正常传输光线在主像面附近汇聚，并形成鬼像。形成鬼像的光线属于杂光，但也是成像光线。然而，目前常见的杂光评价指标都是针对非成像杂光评价所定义的参量，并不适用于评价成像类型的鬼像杂光，因而无法评估鬼像对于光学系统的成像质量的影响程度。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种鬼像测试方法，旨在多维度且量化评估鬼像对于光学系统的成像质量的影响程度，以确保光学系统的成像效果。
为实现上述目的，本发明提出的鬼像测试方法，包括步骤：
光源向待测光学系统发出检测光线；其中，所述检测光线经所述待测光学系统传播后，能于所述待测光学系统的像面形成检测图像；
采样相机于所述待测光学系统的像面采样，以获取所述检测图像，光功率计于所述待测光学系统的像面检测，以获取主光线的光功率及杂光的光功率；以及
处理器获取鬼像弥散比和杂光能量比；其中，所述检测图像包括主像以及鬼像，所述主光线于所述待测光学系统的像面形成所述主像，所述杂光于所述待测光学系统的像面形成所述鬼像，所述鬼像弥散比为所述鬼像与所述主像的面积之比，所述杂光能量比为所述杂光与所述主光线的光功率之比。
可选地，所述处理器获取所述出射图像及形成于所述出射图像上的鬼像、所述第一光线功率及所述第二光线功率，并获取鬼像弥散比和杂光能量比的步骤之后还包括步骤：
当所述鬼像弥散比大于第一阈值且所述杂光能量比小于第二阈值时，处理器判定所述待测光学系统的鬼像满足要求。
可选地，所述处理器获取鬼像弥散比的步骤具体为：
处理器获取所述检测图像；
处理器获取所述鬼像的面积及所述主像的面积，并获取所述鬼像弥散比；
处理器计算所述鬼像的面积与所述主像的面积的比值，以获取所述鬼像弥散比；
可选地，所述处理器获取所述鬼像的面积的步骤具体为：
处理器将所述鬼像拟合为椭圆；
处理器以椭圆面积公式计算所述鬼像的面积。
可选地，所述光功率计包括第一探头和第二探头，所述第一探头设于所述主像所在的区域，所述第二探头设于所述鬼像所在的区域，所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域具有重合区域，所述第一探头和所述第二探头中的至少一者不位于所述重合区域；
所述处理器获取杂光能量比的步骤具体为：
处理器获取所述第一探头检测的第一光功率及所述第二探头检测的第二光功率；
处理器获取主光线的光功率及杂光的光功率，并计算所述杂光能量比。
可选地，所述处理器获取所述第一探头检测的第一光功率及所述第二探头检测的第二光功率的步骤之前还包括步骤：
处理器判断所述主像所在的区域或所述鬼像所在的区域是否具有位于所述重合区域外的独立区域；
若所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域均具有位于所述重合区域外的独立区域，则令所述第一探头设置于所述主像的独立区域，所述第二探头设置于所述鬼像的独立区域。
可选地，所述处理器判断所述主像所在的区域或所述鬼像所在的区域是否具有位于所述重合区域外的独立区域的步骤之后，还包括步骤：
若仅所述鬼像所在的区域具有位于所述重合区域外的独立区域，则所述处理器判定所述待测光学系统的鬼像满足要求。
可选地，所述光源为点光源。
可选地，所述检测光线为均匀白光。
可选地，至少所述暗箱的内壁的材质为防反光材质。
可选地，所述采样相机为CCD相机或CMOS相机。
本发明还提出一种鬼像测试系统，所述鬼像测试系统包括用于容置待测光学系统的暗箱以及设于所述暗箱内的光源、采样相机、光功率计，所述鬼像测试系统还包括存储器、与采样相机和光功率计电连接的处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的鬼像测试程序，所述鬼像测试程序被所述处理器执行时，实现前述的鬼像测试方法。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有鬼像测试程序，所述鬼像测试程序被处理器执行时，实现前述的鬼像测试方法的步骤。
在本发明的技术方案中，一方面，采样相机在待测光学系统的像面采样，获取到检测图像，检测图像中即包括有主像和鬼像，处理器对检测图像进行分析处理，即可获取鬼像弥散比；另一方面光功率计在待测光学系统的像面检测，以分别获取主光线的功率以及杂光的功率，处理器接收光功率计的检测结果，处理后得到杂光能量比。本发明的鬼像测试方法提供的鬼像弥散比和杂光能量比，分别从对鬼像成像的面积大小以及形成鬼像的杂光的能量大小两个维度分析鬼像对光学系统的成像效果影响，且鬼像弥散比和杂光能量比能够将待测光学系统的鬼像量化，有利于评价像对光学系统的成像效果影响大小，如此测试合格的光学系统的成像效果能够得到保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明鬼像测试方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明鬼像测试系统一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 暗箱 | 10 | 待测光学系统 |
| 200 | 光源 | 300 | 采样相机 |
| 400 | 光功率计 | 500 | 处理器 |
| 600 | 存储器 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种鬼像测试方法。
在本发明鬼像测试方法的一实施例中，如图1所示，该鬼像测试方法包括步骤：
S100、光源向待测光学系统发出检测光线；
其中，所述检测光线经所述待测光学系统传播后，能于所述待测光学系统的像面形成检测图像；
S200、采样相机于所述待测光学系统的像面采样，以获取所述检测图像，光功率计于所述待测光学系统的像面检测，以获取主光线的光功率及杂光的光功率；以及
S300、处理器获取鬼像弥散比和杂光能量比；
其中，所述检测图像包括主像以及鬼像，所述主光线于所述待测光学系统的像面形成所述主像，所述杂光于所述待测光学系统的像面形成所述鬼像，所述鬼像弥散比为所述鬼像与所述主像的面积之比，所述杂光能量比为所述杂光与所述主光线的光功率之比。
可以理解，因待测光学系统的质量偏移，光源发出的检测光线在经过待测光学系统后将产生杂光，这部分杂光将和主光线一起在待测光学系统的像面成像，其中，杂光形成鬼像，主光线形成主像。因杂光同样具有能量，且其形成的鬼像与主像为形状相同、大小不同的像，因而，不同的杂光形成的鬼像对主光线的主像有不同程度的干扰，也即不同的鬼像对光学系统的成像效果影响不一。在一些情况下，即使待测光学系统的质量偏移而导致鬼像的产生，但鬼像对光学系统的成像效果不产生影响，此时，该待测光学系统的质量偏移可被视为在误差允许范围内。
目前常见的杂光指标有以下两种：
(1)点源透射比(Point Source Transmittance，PST)
PST是评价不同离轴角度下光学系统杂光抑制能力的主要指标，定义为由离轴角为θ的光源(点源或者平行光光源)经光学系统抵达探测器的辐照度Ed(θ)和光源在光学系统入口上的辐照度Ei(θ)之比。
(2)杂光系数(Veiling Glare Index，V)
放在亮度均匀扩展光屏(通常采用积分球来实现)中心的理想黑斑(积分球内壁上安装的人工黑体，如牛角管)经光学系统在探测器上形成的黑斑像中心的照度为Eb，黑斑移去时光学系统探测器上照度为E，二者之比即为杂光系数。
然而，点源透射比PST涉及的辐照度及杂光系数V涉及的照度，均与杂光的能量相关，无法体现鬼像的面积大小对主像的影响，因此均不适用于评价成像类型的鬼像杂光。
在本发明的技术方案中，一方面，采样相机在待测光学系统的像面采样，获取到检测图像，检测图像中即包括有主像和鬼像，处理器对检测图像进行分析处理，即可获取鬼像弥散比；另一方面光功率计在待测光学系统的像面检测，以分别获取主光线的功率以及杂光的功率，处理器接收光功率计的检测结果，处理后得到杂光能量比。本发明的鬼像测试方法提供的鬼像弥散比和杂光能量比，分别从对鬼像成像的面积大小以及形成鬼像的杂光的能量大小两个维度分析鬼像对光学系统的成像效果影响，且鬼像弥散比和杂光能量比能够将待测光学系统的鬼像量化，有利于评价像对光学系统的成像效果影响大小，如此测试合格的光学系统的成像效果能够得到保障。
需要说明的是，采样相机的视场能够覆盖待测光学系统发出虚像的全部视场。进一步地，所述采样相机为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)相机或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机。本发明的鬼像测试方法采用工业相机作为采样相机，工业相机具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，能够稳定获得高质量的采样图像。
另外，在本发明的鬼像测试方法中，待测光学系统、采样相机、光功率计、均设置于暗箱内，进一步地，至少所述暗箱的内壁的材质为防反光材质，以防止外界杂光以及内部反射杂光对测试结果产生影响。不失一般性，所述光源为点光源，所述检测光线为均匀白光，当然，在其他实施例中，光源也可以是平行光源，检测光线也可以是色光。
特别地，本发明的鬼像测试方法用于测试VR光学系统，也即待测光学系统为VR光学系统，如偏振折反射VR光学系统。当然，在其他实施例中，本发明的鬼像测试方法还可用于测试其他类型的光学系统，如二维显示光学系统。
进一步地，在本实施例中，所述处理器获取鬼像弥散比的步骤具体为：
S310、处理器获取所述检测图像；
S320、处理器获取所述鬼像的面积及所述主像的面积，并获取所述鬼像弥散比；
进一步地，在本实施例中，步骤S320具体为：
S321、处理器将所述鬼像拟合为椭圆；
S322、处理器以椭圆面积公式计算所述鬼像的面积。
可以理解，鬼像一般以光斑的形式形成于像面，将其拟合为椭圆后，分别获取该椭圆的长轴及短轴的长度，而后通过椭圆面积公式计算，以获取鬼像的面积，如此，不仅计算结果误差小，而且计算过程十分方便。当然，在其他实施例中，步骤S320也可以是：处理器通过割补法分别将鬼像和主像割补为规则图形，再分别获取二者割补后形成的图形的面积，以获取鬼像弥散比。
进一步地，在本实施例中，所述光功率计包括第一探头和第二探头，所述第一探头设于所述主像所在的区域，所述第二探头设于所述鬼像所在的区域，所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域具有重合区域，所述第一探头和所述第二探头中的至少一者不位于所述重合区域；
所述处理器获取杂光能量比的步骤具体为：
S340、处理器获取所述第一探头检测的第一光功率及所述第二探头检测的第二光功率；
S341、处理器获取主光线的光功率及杂光的光功率，并计算所述杂光能量比。
可以理解，所述主像所在的区域或所述鬼像所在的区域还具有位于重合区域外的独立区域，本实施例中，第一探头和第二探头中的至少一者位于独立区域内，如此测得的光功率将为单一类型的光线的光功率，该光功率为主光线的光功率或杂光的光功率，而位于重合区域的探头将测得主光线与杂光相叠加形成的复合光的光功率，该光功率也即为主光线与杂光的光功率之和，此时，需减去另一探头测得的单一类型的光线的光功率，才可获得另一类型的光线的光功率。
当然，在其他实施例中，也可以是，通过两个光功率计测试来获得主光线的光功率和杂光的光功率。
进一步地，在本实施例中，步骤S340之前还包括步骤：
S330、处理器判断所述主像所在的区域或所述鬼像所在的区域是否具有位于所述重合区域外的独立区域；
若所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域均具有位于所述重合区域外的独立区域，则执行步骤：
S331、令所述第一探头设置于所述主像的独立区域，所述第二探头设置于所述鬼像的独立区域。
如此，第一探头测得的第一光功率即为主光线的光功率，第二探头测得的第二光功率即为杂光的光功率，处理器不必对来自光功率计的测量结果做额外的处理，直接就能获得主光线的光功率和杂光的光功率，能够精简处理器的执行步骤，提升处理器的效率。
当然，在其他实施例中，步骤S311也可以是：令所述第一探头设置于所述重合区域，所述第二探头设置于所述鬼像的独立区域，此时，第一探头测得的第一光功率为主光线和杂光的光功率之和，第二探头测得的第二光功率即为杂光的光功率，由此，主光线的光功率即为第一光功率与第二光功率之差；或，令所述第一探头设置于所述主像的独立区域，所述第二探头设置于所述重合区域，此时，第一探头测得的第一光功率即为主光线的光功率，，第二探头测得的第二光功率为主光线和杂光的光功率之和，由此，杂线的光功率即为第二光功率与第一光功率之差。
可选地，在一些实施例中，处理器可以先获取采样图像，并执行步骤S330，根据不同的判断结果，处理器可控制第一探头和第二探头移动至相应位置。
若所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域均具有位于所述重合区域外的独立区域，则步骤S331具体为：
处理器控制第一探头移动至主像的独立区域，并控制第二探头移动至鬼像的独立区域；
若仅所述主像所在的区域具有位于所述重合区域外的独立区域，则执行步骤：
S332、处理器控制第一探头移动至主像的独立区域，并控制第二探头移动至重合区域；此时，鬼像所在的区域即为重合区域。
特别地，若仅所述鬼像所在的区域具有位于所述重合区域外的独立区域，则所述处理器判定所述待测光学系统的鬼像满足要求。
也即，当鬼像的周缘位于主像的周缘之外时，处理器即判定待测光学系统的鬼像满足要求。可以理解，杂光的能量低于主光线的能量，当鬼像足够大，对主像的遮挡将大大减小，由此对待测光学系统的成像效果的影响也将降至很小，特别地，当鬼像大到超过了主像的周缘，待测光学系统的成像效果将能满足要求，此时，即可判定待测光学系统的鬼像满足要求。
进一步地，在本实施例中，所述步骤S300之后还包括步骤：
S400、当所述鬼像弥散比大于第一阈值且所述杂光能量比小于第二阈值时，处理器判定所述待测光学系统的鬼像满足要求。
可以理解，鬼像弥散比越大，则鬼像的面积越大，则鬼像的大小能更接近主像，甚至能超过主像的大小，因而对主像的显示效果的影响越小；而杂光能量比越小，则杂光的能量越低，鬼像成像越模糊，对主像的显示效果的影响也越小。
具体地，第一阈值可包括多个子阈值(S1至Sn)，对应鬼像弥散比的多个子阈值，杂光能量比的第二阈值也对应为多个不同的子阈值(K1至Kn)。
设鬼像弥散比为S，设杂光能量比为K，可选地，步骤S400具体为：
S410、当S＞S1且K＜K1，或S＞S2且K＜K2，或S＞S3且K＜K3，……或S＞Sn且K＜Kn，则处理器判定待测光学系统的鬼像满足要求。
其中，S1＜S2＜S3＜……＜Sn-1＜Sn，K1＜K2＜K3＜……＜Kn-1＜Kn＜1，n为正整数。
可以理解，n值、S1至Sn的值以及K1至Kn的值可视实际需求而定，可根据不同的质量精度要求，或者不同的待测光学系统，确定上述参数的不同取值。例如，在质量精度要求不高的情况下，随着鬼像弥散比的增大，杂光能量比的第二阈值可适当增大，也即对杂光能量比的要求可适当放宽。
本发明还提出一种鬼像测试系统，请参照图2，所述鬼像测试系统包括用于容置待测光学系统10的暗箱100以及设于所述暗箱100内的光源200、采样相机300、光功率计400，所述鬼像测试系统还包括存储器600、与所述采样相机300和所述光功率计400电连接的处理器500、以及存储在所述存储器600上并可在所述处理器500上运行的鬼像测试程序，所述鬼像测试程序被所述处理器500执行时，实现前述的鬼像测试方法。由于本鬼像测试系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有鬼像测试程序，所述鬼像测试程序被处理器执行时，实现前述的鬼像测试方法的步骤。本计算机可读存储介质同样采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种鬼像测试方法，其特征在于，所述鬼像测试方法包括步骤：
光源向待测光学系统发出检测光线；其中，所述检测光线经所述待测光学系统传播后，能于所述待测光学系统的像面形成检测图像；
采样相机于所述待测光学系统的像面采样，以获取所述检测图像，光功率计于所述待测光学系统的像面检测，以获取主光线的光功率及杂光的光功率；以及
处理器获取鬼像弥散比和杂光能量比；其中，所述检测图像包括主像以及鬼像，所述主光线于所述待测光学系统的像面形成所述主像，所述杂光于所述待测光学系统的像面形成所述鬼像，所述鬼像弥散比为所述鬼像与所述主像的面积之比，所述杂光能量比为所述杂光与所述主光线的光功率之比。
2.如权利要求1所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述处理器获取鬼像弥散比和杂光能量比的步骤之后还包括步骤：
当所述鬼像弥散比大于第一阈值且所述杂光能量比小于第二阈值时，处理器判定所述待测光学系统的鬼像满足要求。
3.如权利要求1所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述处理器获取鬼像弥散比的步骤具体为：
处理器获取所述检测图像；
处理器获取所述鬼像的面积及所述主像的面积，并获取所述鬼像弥散比；
处理器计算所述鬼像的面积与所述主像的面积的比值，以获取所述鬼像弥散比。
4.如权利要求3所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述处理器获取所述鬼像的面积的步骤具体为：
处理器将所述鬼像拟合为椭圆；
处理器以椭圆面积公式计算所述鬼像的面积。
5.如权利要求1所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述光功率计包括第一探头和第二探头，所述第一探头设于所述主像所在的区域，所述第二探头设于所述鬼像所在的区域，所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域具有重合区域，所述第一探头和所述第二探头中的至少一者不位于所述重合区域；
所述处理器获取杂光能量比的步骤具体为：
处理器获取所述第一探头检测的第一光功率及所述第二探头检测的第二光功率；
处理器获取主光线的光功率及杂光的光功率，并计算所述杂光能量比。
6.如权利要求5所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述处理器获取所述第一探头检测的第一光功率及所述第二探头检测的第二光功率的步骤之前还包括步骤：
处理器判断所述主像所在的区域或所述鬼像所在的区域是否具有位于所述重合区域外的独立区域；
若所述主像所在的区域和所述鬼像所在的区域均具有位于所述重合区域外的独立区域，则令所述第一探头设置于所述主像的独立区域，所述第二探头设置于所述鬼像的独立区域。
7.如权利要求6所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述处理器判断所述主像所在的区域或所述鬼像所在的区域是否具有位于所述重合区域外的独立区域的步骤之后，还包括步骤：
若仅所述鬼像所在的区域具有位于所述重合区域外的独立区域，则所述处理器判定所述待测光学系统的鬼像满足要求。
8.如权利要求1至7任一项所述的鬼像测试方法，其特征在于，所述光源为点光源；
和/或，所述检测光线为均匀白光；
和/或，至少所述暗箱的内壁的材质为防反光材质；
和/或，所述采样相机为CCD相机或CMOS相机。
9.一种鬼像测试系统，其特征在于，所述鬼像测试系统包括用于容置待测光学系统的暗箱以及设于所述暗箱内的光源、采样相机、光功率计，所述鬼像测试系统还包括存储器、与所述采样相机和所述光功率计电连接的处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的鬼像测试程序，所述鬼像测试程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至8任一项所述的鬼像测试方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有鬼像测试程序，所述鬼像测试程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8任一项所述的鬼像测试方法的步骤。
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