CN114199527A - 渐变型滤光片的od值检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学领域，公开一种渐变型滤光片的OD值检测方法、系统及存储介质，以提高检测的效率和精度。系统包括：将光源转换成准直环形光束的转换装置；图像采集器，用于按先后顺序采集将渐变型滤光片分别从光路中移除和复原情况下的第一图像和第二图像；控制器，用于从第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将第一图像与第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在第一图像和第二图像中的灰度值比较得到渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。

Description

渐变型滤光片的OD值检测方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种渐变型滤光片的OD值检测方法、系统及存储介质。
背景技术
中性密度滤光片光密度是光谱透射率的负对数表示形式，用符号OD(λ)表示。光密度OD(λ)与透射率T(λ)存在如下关系：
OD(λ)＝-log10[T(λ)]
T(λ)＝10-OD(λ)
其中，T(λ)是一个介于0和1之间的值。选择光密度值高的ND(neutral densityfilter，中性灰度镜)滤光片，可以为入射光提供低的透射率和高的反射率。例如，如果OD为3的滤光片导致透射率为0.001，则意味着滤光片将光束衰减到入射光功率的0.1％。
通常，渐变型中性密度滤光片可以分为连续渐变型和阶跃渐变型。
行业内现有测试OD值方法通常为：使用平行激光(633nm，直径3mm左右，光功率为P1)正入射到连续型(或阶跃型)中性密度滤光片，然后通过功率计测试光功率P2。另外，连续型(或阶跃型)中性密度滤光片安装在电动旋转位移台上，每旋转一个角度，记录一个光功率P2值。通过入射到连续型(或阶跃型)中性密度滤光片前的光强P1和出射的光强P2的比值，从而计算出OD值，具体公式如下：
T＝P2/P1*100％，OD＝-log10[T]
然而，现有的上述方法存在以下的问题：
1.光斑大小带来的误差，因为激光光斑不是理想的点，所以在连续型中性密度滤光片时，会导致误差，不能精确的测试0-360°的OD值。
2.需要电动位移台来进行旋转，电动位移台存在精度误差(重复定位精度和单独精度误差)，最终导致0-360°的OD值偏差。
3.需要电动位移台来进行旋转，逐个角度进行旋转，记录数据，测试速度缓慢。
4.需要电动旋转位移台，成本高。
发明内容
本发明目的在于公开一种渐变型滤光片的OD值检测方法、系统及存储介质，以提高检测的效率和精度。
为达上述目的，本发明公开一种渐变型滤光片的OD值检测系统，包括：
激光光源，用于产生圆形光斑；
将所述圆形光斑转换成准直环形光束的转换装置；
用于将被测的渐变型滤光片复原到所述转换装置与图像采集器之间的光路上、或将所述渐变型滤光片从所述转换装置与所述图像采集器之间的光路中移除的支架；
所述图像采集器，用于按先后顺序分别采集将所述渐变型滤光片从所述光路中移除情况下的第一图像，以及将所述渐变型滤光片复原回所述光路中情况下的第二图像；
与所述图像采集器连接的控制器，用于从所述第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以所述圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将所述第一图像与所述第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在所述第一图像和所述第二图像中的灰度值比较得到所述渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。
为达上述目的，本发明还公开一种渐变型滤光片的OD值检测方法，包括：
以激光光源产生圆形光斑；
以转换装置将所述圆形光斑转换成准直环形光束；
将被测的渐变型滤光片复原到所述转换装置与图像采集器之间的光路上，以图像采集器采集将所述渐变型滤光片从所述光路中移除情况下的第一图像；然后将所述渐变型滤光片从所述转换装置与所述图像采集器之间的光路中移除，并以所述图像采集器采集将所述渐变型滤光片复原回所述光路中情况下的第二图像；
以控制器从所述第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以所述圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将所述第一图像与所述第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在所述第一图像和所述第二图像中的灰度值比较得到所述渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。
进一步地，本发明还公开一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法中的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1、使用大光斑而不是环形光束测量时，应用于带中心孔的渐变型中性密度滤光片时，光经过中心通孔边缘时会有散射，而且中心孔需要安装在机械件的转轴上，此时中心会产生遮挡，从而影响测量结果。因此，环形光束，特别适合圆形的、中心通孔的连续型(或阶跃型)中性密度滤光片。
2、现有使用光功率计测量的是一个范围内的光功率，无法得到用相机测量单像素的强度，即渐变式中性密度滤光片上的某一点的OD值，因此使用本发明方法的精度更高，可测量um级别的区域(取决于相机芯片的单像素大小)；而且即使将原有测试方法中的光功率计换成相机，由于还是采用单点的激光(不是理想的点，会有大小)，无法像环形光束一样进行精确定位。而本发明方法可以直接基于第一图像和第二图像的图像数据处理即可快速分析出各角度的OD值，不仅适用于连续型中性密度滤光片，而且也同样适用于阶跃式中性密度滤光片，且使得检测效率得到了巨大的提升。
3、通常的图像采集器是不透光的，本实施例将图像采集器部署在后面，通过将滤光片从光路中移除和复原的方式，操作便捷可靠。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的渐变型滤光片的OD值检测系统的框架示意图。
图2是本发明实施例公开的连续型中性密度滤光片的OD值随角度变化的曲线示意图。
图3是本发明实施例公开的阶跃型中性密度滤光片的OD值随角度变化的曲线示意图。
图4是本发明实施例公开的渐变型滤光片的OD值检测方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种渐变型滤光片的OD值检测系统，包括：
激光光源1，用于产生圆形光斑。通常，所产生的圆形光斑要求为平行光，激光波长为可应用在200-1200nm的广谱光源(检测标定通常可采用的激光是633nm)，功率为100mW以下；光斑大小要求大于中心孔的直径，小于渐变式中性密度滤光片的直径。
本实施例系统还包括将所述圆形光斑转换成准直环形光束的转换装置2。
优选地，本实施例的转换装置采用液晶材质的平板锥透镜、涡旋波片、螺旋相位板、空间光调制器中的任意一种：当使用涡旋波片生成平行的环形光束，只需要平行的线偏振光正入射到涡旋波片，就可以输出平行的涡旋光束；当使用平板锥透镜时，采用成对的锥透镜，以通过调整两个锥透镜之间的距离来调节圆环的大小，并通过改变入射准直光束的直径来改变环带的宽度。
与此同时，本实施例系统还包括：用于将被测的渐变型滤光片复原到所述转换装置与图像采集器3之间的光路上、或将所述渐变型滤光片从所述转换装置与所述图像采集器之间的光路中移除的支架。
其中，本实施例所述图像采集器，用于按先后顺序分别采集将所述渐变型滤光片从所述光路中移除情况下的第一图像，以及将所述渐变型滤光片复原回所述光路中情况下的第二图像。通常，图像采集器可采用工控CCD相机。CCD记录的是光源打到CCD感光器上的光子数，并按照CCD自身定义的动态范围作了数值化。根据CCD的动态范围只能估算CCD上每一个点的相对光强。如果只是要计算CCD感光器上的光强分布，可以近似按照灰度的分布来计算。灰度的黑白就如同亮度的明暗，灰度值越高则图像越亮。
本实施例系统还包括与所述图像采集器连接的控制器4，用于从所述第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以所述圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将所述第一图像与所述第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在所述第一图像和所述第二图像中的灰度值比较得到所述渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。
优选地，如图2所示，本实施例所述滤光片为连续型中性密度滤光片，所述连续型中性密度滤光片通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减，结构采用紫外熔融石英基底和270°铬镍铁合金镀膜组成，OD值在不同的角度下，逆时针线性递增。其中，Eerror bar 1指的是OD值误差为+5％，镀膜起始角度为85°的误差曲线。Eerror bar 2指的是OD值误差为-5％，镀膜起始角度为95°的误差曲线；两条误差线之间之间代表了最大的误差区间。当所测的滤光片的OD值随角度变化的曲线在Eerror bar 1曲线与Eerror bar 2曲线之间即视为所测的滤光片符合要求。
作为一种替换，本实施例滤光片也可替换为阶跃式中性密度滤光片，其OD值的分布如图3所示。
实施例2
与上述系统实施例相对应的，本实施公开一种渐变型滤光片的OD值的配套检测方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1、以激光光源产生圆形光斑。
步骤S2、以转换装置将所述圆形光斑转换成准直环形光束。
步骤S3、将被测的渐变型滤光片复原到所述转换装置与图像采集器之间的光路上，以图像采集器采集将所述渐变型滤光片从所述光路中移除情况下的第一图像；然后将所述渐变型滤光片从所述转换装置与所述图像采集器之间的光路中移除，并以所述图像采集器采集将所述渐变型滤光片复原回所述光路中情况下的第二图像。
步骤S4、以控制器从所述第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以所述圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将所述第一图像与所述第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在所述第一图像和所述第二图像中的灰度值比较得到所述渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。
同理，本实施例的滤光片可为连续型中性密度滤光片，所述连续型中性密度滤光片通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减，结构采用紫外熔融石英基底和270°铬镍铁合金镀膜组成，OD值在不同的角度下，逆时针线性递增。又或者，本实施例所述滤光片可替换为为阶跃式中性密度滤光片。
可选地，所述转换装置采用液晶材质的平板锥透镜、涡旋波片、螺旋相位板、空间光调制器中的任意一种：当使用涡旋波片生成平行的环形光束，只需要平行的线偏振光正入射到涡旋波片，就可以输出平行的涡旋光束；当使用平板锥透镜时，采用成对的锥透镜，以通过调整两个锥透镜之间的距离来调节圆环的大小，并通过改变入射准直光束的直径来改变环带的宽度。
实施例3
与上述实施例2相对应的的，本实施例公开一种配套的存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现上述方法实施例中相对应的步骤。
综上，本发明上述实施例所分别公开的渐变型滤光片的OD值检测方法、系统及存储介质，具有以下有益效果：
1、使用大光斑而不是环形光束测量时，应用于带中心孔的渐变型中性密度滤光片时，光经过中心通孔边缘时会有散射，而且中心孔需要安装在机械件的转轴上，此时中心会产生遮挡，从而影响测量结果。因此，环形光束，特别适合圆形的、中心通孔的连续型(或阶跃型)中性密度滤光片。
2、现有使用光功率计测量的是一个范围内的光功率，无法得到用相机测量单像素的强度，即渐变式中性密度滤光片上的某一点的OD值，因此使用本发明方法的精度更高，可测量um级别的区域(取决于相机芯片的单像素大小)；而且即使将原有测试方法中的光功率计换成相机，由于还是采用单点的激光(不是理想的点，会有大小)，无法像环形光束一样进行精确定位。而本发明方法可以直接基于第一图像和第二图像的图像数据处理即可快速分析出各角度的OD值，不仅适用于连续型中性密度滤光片，而且也同样适用于阶跃式中性密度滤光片，且使得检测效率得到了巨大的提升。
3、通常的图像采集器是不透光的，本实施例将图像采集器部署在后面，通过将滤光片从光路中移除和复原的方式，操作便捷可靠。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种渐变型滤光片的OD值检测系统，其特征在于，包括：
激光光源，用于产生圆形光斑；
将所述圆形光斑转换成准直环形光束的转换装置；
用于将被测的渐变型滤光片复原到所述转换装置与图像采集器之间的光路上、或将所述渐变型滤光片从所述转换装置与所述图像采集器之间的光路中移除的支架；
所述图像采集器，用于按先后顺序分别采集将所述渐变型滤光片从所述光路中移除情况下的第一图像，以及将所述渐变型滤光片复原回所述光路中情况下的第二图像；
与所述图像采集器连接的控制器，用于从所述第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以所述圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将所述第一图像与所述第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在所述第一图像和所述第二图像中的灰度值比较得到所述渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤光片为连续型中性密度滤光片，所述连续型中性密度滤光片通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减，结构采用紫外熔融石英基底和270°铬镍铁合金镀膜组成，OD值在不同的角度下，逆时针线性递增。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤光片为阶跃式中性密度滤光片。
4.根据权利要求1至3任一所述的系统，其特征在于，所述转换装置采用液晶材质的平板锥透镜、涡旋波片、螺旋相位板、空间光调制器中的任意一种：
当使用涡旋波片生成平行的环形光束，只需要平行的线偏振光正入射到涡旋波片，就可以输出平行的涡旋光束；
当使用平板锥透镜时，采用成对的锥透镜，以通过调整两个锥透镜之间的距离来调节圆环的大小，并通过改变入射准直光束的直径来改变环带的宽度。
5.一种渐变型滤光片的OD值检测方法，其特征在于，包括：
以激光光源产生圆形光斑；
以转换装置将所述圆形光斑转换成准直环形光束；
将被测的渐变型滤光片复原到所述转换装置与图像采集器之间的光路上，以图像采集器采集将所述渐变型滤光片从所述光路中移除情况下的第一图像；然后将所述渐变型滤光片从所述转换装置与所述图像采集器之间的光路中移除，并以所述图像采集器采集将所述渐变型滤光片复原回所述光路中情况下的第二图像；
以控制器从所述第二图像中提取圆环光束的轮廓信息，根据所提取的轮廓信息确定圆心位置，并以所述圆心为原点且以半径延伸方向上灰度值最大像素点所在边界为极轴建立极坐标系以计算各像素点的角度，拟合出各像素点的灰度值与角度之间的变化曲线；然后将所述第一图像与所述第二图像进行对准处理，通过同一角度分别在所述第一图像和所述第二图像中的灰度值比较得到所述渐变型滤光片的OD值随角度变化的曲线。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述滤光片为连续型中性密度滤光片，所述连续型中性密度滤光片通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减，结构采用紫外熔融石英基底和270°铬镍铁合金镀膜组成，OD值在不同的角度下，逆时针线性递增。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述滤光片为阶跃式中性密度滤光片。
8.根据权利要求5至7任一所述的方法，其特征在于，所述转换装置采用液晶材质的平板锥透镜、涡旋波片、螺旋相位板、空间光调制器中的任意一种：
当使用涡旋波片生成平行的环形光束，只需要平行的线偏振光正入射到涡旋波片，就可以输出平行的涡旋光束；
当使用平板锥透镜时，采用成对的锥透镜，以通过调整两个锥透镜之间的距离来调节圆环的大小，并通过改变入射准直光束的直径来改变环带的宽度。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述权利要求5至8任一所述方法中的步骤。
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