CN117309323A - 一种镜头检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种镜头检测装置及检测方法，用于检测镜头的成像色彩还原度，镜头检测装置包括检测光源、分光装置、第一检测光路和第二检测光路。分光装置将检测光源的光束分为第一检测光束和第二检测光束。第一检测光路包括用于检测第一检测光束的第一测光装置，第二检测光路包括用于检测第二检测光束的第二测光装置。待测镜头进行成像色彩还原度检测时，第二检测光束透过待测镜头进入第二测光装置。本申请提供的镜头检测装置能用于镜头的成像色彩还原度的直接检测。本申请的检测方法包括暗校准测量、光校准测量、分光透射比测量、光束透过率计算和色彩还原度计算等步骤，能够方便快捷的检测处镜头的成像色彩还原度。

Description

一种镜头检测装置及检测方法

技术领域

本申请属于镜头检测技术领域，更具体地说，是涉及一种镜头检测装置及检测方法。

背景技术

随着光学镜头的广泛应用，用户对镜头成像的要求越来越高。对于一只性能优良的光学镜头，成像质量已不再是唯一的要求；镜头的外观、对拍摄对象的色彩还原性等要求也越来越高。

为提高光学镜头的使用性能，光学镜头的复杂程度变得越来越高。对一些具备大范围变焦能力的光学镜头而言，需要用到多片镜片。并且，在设计时为了最大可能减少光学镜头的整体体积和重量，需要使用高折射率的透光材料。这类透光材料虽然具有较高的折射率，但这类透光材料本身对不同波段的光线吸收不均匀，容易导致镜头拍摄后颜色失真。在经过各镜片的颜色失真的叠加影响后，对光学镜头整体的色彩还原能力具有严峻考验。目前，市面上缺少一种能够对光学镜头的成像色彩还原度进行直接检测的检测装置和检测方法。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种镜头检测装置及检测方法，以解决现有技术中存在的光学镜头的成像色彩还原度检测困难的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

提供一种镜头检测装置，用于检测镜头的成像色彩还原度，包括：

检测光源；

分光装置，将所述检测光源的光束分为第一检测光束和第二检测光束；

第一检测光路，包括用于检测所述第一检测光束的第一测光装置；

第二检测光路，包括用于检测所述第二检测光束的第二测光装置；

待测镜头进行成像色彩还原度检测时，所述第二检测光束透过所述待测镜头进入所述第二测光装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

可选的，所述第二检测光路包括用于调节所述第二检测光束的光照调节结构，所述光照调节结构包括用于所述第二检测光束透过的透镜；

当待测镜头为物距无限远的镜头时，所述透镜为准直透镜；当待测镜头为物距有限远的镜头时，所述透镜为聚焦透镜。

可选的，所述光照调节结构还包括光阑，所述光阑与所述透镜沿所述第二检测光束的照射方向依次布置。

可选的，所述镜头检测装置还包括聚焦结构，所述聚焦结构用于将所述检测光源的光束聚焦与所述光阑的透光孔。

可选的，所述第二检测光路还包括漫反射装置，所述漫反射装置包括具有光束入口和光束出口的漫反射腔体；

透过所述待测镜头的光束经过所述光束入口进入所述漫反射腔体；所述漫反射腔体内的光束经过所述光束出口进入所述第二测光装置。

可选的，所述光束入口和所述光束出口的面积之和小于所述漫反射腔体的内壁面积的10％。

可选的，所述光束入口的轴向与所述光束出口的轴向呈夹角布置。

可选的，所述漫反射装置为积分球。

可选的，所述分光装置为半反半透镜。

本申请还提供一种基于上述的镜头检测装置的检测方法，包括如下步骤：

暗校准测量：在未装载待测镜头，且检测光源处于关闭状态时，分别读取第一测光装置和第二测光装置上的亮度读数，分别记为V_a1和V_b1；

光校准测量：在未装载待测镜头，且检测光源处于打开状态时，检测光源发出具有预设波段的光束，分别读取第一测光装置和第二测光装置在所述预设波段的光束下的亮度读数，分别记为V_a2和V_b2；

分光透射比测量：在装载待测镜头，且检测光源处于打开状态时，检测光源发出具有所述预设波段的光束，分别读取第一测光装置和第二测光装置在所述预设波段的光束下的亮度读数，分别记为V_a3和V_b3；

光束透过率计算：待测镜头在所述预设波段的光束透过率记为Τλ，待测镜头的透过率计算公式为：

V_测＝(V_b3-V_b1)/(V_a3-V_a1)；

V_校＝(V_b2-V_b1)/(V_a2-V_a1)；

Τ_λ＝V_测/V_校；

色彩还原度计算：获取标准24色色卡的色度值数据和分光反射比，使用标准光源D55的光谱对24色色卡的分光反射比及镜头的分光透射比进行加权相乘后，获得该镜头本身的色彩还原度指标。

本申请提供的一种镜头检测装置及检测方法的有益效果在于：

本申请提供的一种镜头检测装置，用于检测镜头的成像色彩还原度，包括检测光源、分光装置、第一检测光路和第二检测光路。分光装置将检测光源的光束分为第一检测光束和第二检测光束。第一检测光路包括用于检测第一检测光束的第一测光装置，第二检测光路包括用于检测第二检测光束的第二测光装置。待测镜头进行成像色彩还原度检测时，第二检测光束透过待测镜头进入第二测光装置。

其中，检测光源用于提供预设波段的光束，具体可以为白光LED、卤素灯、疝气灯或者红外LED等。本申请的镜头检测装置可根据待测镜头的成像波段的不同选择适当的检测光源。分光装置将具有预设波段的光束分为光强彼此相等的第一检测光束和第二检测光束。第一检测光束的光强直接由第一测光装置测得。第二检测光束透过待测镜头后，待测镜头对不同波段的光线吸收不均匀，导致透射光束的光强减弱，并被第二测光装置测得。其中，第一测光装置和第二测光装置具体可以为光谱仪。根据第一测光装置的测量值与第二测光装置的测量值计算，即可得到待测镜头在预设波段的光束下的分光透过率。将标准光源D55的光谱下的24色色卡的分光反射比，以及待测镜头的分光透过率进行加权相乘后，即可得到待测镜头的成像色彩还原度值数据。

本申请提供的镜头检测装置能用于镜头的成像色彩还原度的直接检测，适用于镜头组装流水线上对各光学镜头进行色彩还原性的测量与评估。

本申请的检测方法，包括暗校准测量、光校准测量、分光透射比测量、光束透过率计算和色彩还原度计算等步骤，能够方便快捷的检测处镜头的成像色彩还原度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请提供的镜头检测装置的结构示意图；

图2为本申请提供的镜头检测装置的结构分区示意图；

图3为图2中的局部放大结构示意图一；

图4为图2中的局部放大结构示意图二；

图5为图2中的局部放大结构示意图三。

其中，图中各附图标记：

1、检测光源； 2、分光装置；

3、第一测光装置； 4、第二测光装置；

5、待测镜头； 6、光照调节结构；

61、透镜； 62、光阑；

7、聚焦结构； 8、漫反射装置；

81、光束入口； 82、光束出口；

83、漫反射腔体。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1和图2所示，本申请提供一种镜头检测装置，用于检测镜头的成像色彩还原度，包括检测光源1、分光装置2、第一检测光路和第二检测光路。分光装置2将检测光源1的光束分为第一检测光束和第二检测光束。第一检测光路包括用于检测第一检测光束的第一测光装置3，第二检测光路包括用于检测第二检测光束的第二测光装置4。待测镜头5进行成像色彩还原度检测时，第二检测光束透过待测镜头5进入第二测光装置4。

其中，检测光源1用于提供预设波段的光束，具体可以为白光LED、卤素灯、疝气灯或者红外LED等。本申请的镜头检测装置可根据待测镜头5的成像波段的不同选择适当的检测光源1。分光装置2将具有预设波段的光束分为光强彼此相等的第一检测光束和第二检测光束。第一检测光束的光强直接由第一测光装置3测得。第二检测光束透过待测镜头5后，待测镜头5对不同波段的光线吸收不均匀，导致透射光束的光强减弱，并被第二测光装置4测得。其中，第一测光装置3和第二测光装置4具体可以为光谱仪。根据第一测光装置3的测量值与第二测光装置4的测量值计算，即可得到待测镜头5在预设波段的光束下的分光透过率。将标准光源D55的光谱下的24色色卡的分光反射比，以及待测镜头5的分光透过率进行加权相乘后，即可得到待测镜头5的成像色彩还原度值数据。

本申请提供的镜头检测装置能用于镜头的成像色彩还原度的直接检测，适用于镜头组装流水线上对各光学镜头进行色彩还原性的测量与评估。

如图2和图4所示，在本申请的一个实施例中，第二检测光路包括用于调节第二检测光束的光照调节结构6，光照调节结构6包括用于第二检测光束透过的透镜61；

当待测镜头5为物距无限远的镜头时，透镜61为准直透镜；当待测镜头5为物距有限远的镜头时，透镜61为聚焦透镜(图未示)。

其中，透镜61用于调整第二检测光束的发散角度，例如准直透镜能够将第二检测光束转化为平行光束，以便于物距无限远的镜头检测；聚焦透镜(图未示)能够将第二检测光束转化为聚焦光束，以便于物距有限远的镜头检测。

需要说明的是，物距无限远是指当物距超过一定数量时，物体可以被认为从无限远光点，以平行光束形式摄入镜头。通常，物距凡超过25米以上均可作为无限远处理。物距无限远时，景深前界限距镜头距离为超焦距离。

如图2和图4所示，在本申请的一个实施例中，光照调节结构6还包括光阑62，光阑62与透镜61沿第二检测光束的照射方向依次布置。

其中，光阑62是指在光学系统中对光束起着限制作用的元件，光阑62能够限制光束大小，以使第二检测光束全部照射在透镜61上。

如图2和图3所示，在本申请的一个实施例中，镜头检测装置还包括聚焦结构7，聚焦结构7用于将检测光源1的光束聚焦与光阑62的透光孔。

其中，聚焦结构7具体可以为2片或者2片以上的透镜组成的聚焦结构。通过调整透镜在检测光源1和光阑62之间的光轴上的位置，不仅确保检测光源1发出的光束能够聚焦到光阑62的透光孔内，还能够改变透光孔的出射光束的发散角。通过改变透光孔的出射光束的发散角度，能够改变准直透镜准直后的光线高度，使得镜头检测装置可以匹配不同入瞳直径的光学镜头，测量的数据也将更加客观、真实。

在其他实施例中，聚焦结构7具体还可以为凹面镜，光阑62的透光孔位于凹面镜的焦点处。

如图2和图5所示，在本申请的一个实施例中，第二检测光路还包括漫反射装置8，漫反射装置8包括具有光束入口81和光束出口82的漫反射腔体83；

透过待测镜头5的光束经过光束入口81进入漫反射腔体83；漫反射腔体83内的光束经过光束出口82进入第二测光装置4。

其中，漫反射装置8能够将透过待测镜头5的光束进行多次反射及漫射，从而在光束出口82形成均匀的射出光束，以便第二测光装置4的测量。

在本申请的一个实施例中，光束入口81和光束出口82的面积之和小于漫反射腔体83的内壁面积的10％。

其中，光束入口81的开口大小需保证第二检测光束能够全部入射至漫反射腔体83内。并且，为获得较高的测量准确度，光束入口81和光束出口82的面积之和占漫反射腔体83的内壁面积之比应尽可能小。经实验分析，光束入口81和光束出口82的面积之和至多占漫反射腔体83的内壁面积的10％，以便获得准确的测量值。

在本申请的一个实施例中，光束入口81的轴向与光束出口82的轴向呈夹角布置。

其中，将光束入口81的轴向与光束出口82的轴向错开，以避免入射光束直接从光束出口82射出，确保入射光束在漫反射腔体83内充分的多次反射及漫射，从而在光束出口82形成均匀的射出光束。优选的，光束入口81的轴向与光束出口82的轴向夹角为90°±5°。

在本申请的一个实施例中，漫反射装置8为积分球。

其中，积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体。光束经光束入口81入射后，在球体内被均匀地反射及漫射，并在球面上形成均匀的光强分布，因而输出孔获得的光线是非常均匀的散射光束。而且，入射光的入射角、空间分布、极性等都不会对输出光的强度和均匀性产生影响。球体内壁上涂覆有理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是聚四氟乙烯、氧化镁或硫酸钡等。这些漫反射材料涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99％以上。进入积分球的入射光束经过球体内壁涂层的多次反射及漫射后，为第二测光装置4提供均匀的待测光束。

在本申请的一个实施例中，分光装置2为半反半透镜。

半透半反镜是一种在光学玻璃上镀制半反射膜，能够改变入射光束原来的透射和反射比例的光学元件。当光束经过半透半反镜以后，其透过的光强，和被反射回来的光强各占50％。其中，被半透半反镜反射的光束为第一检测光束，被半透半反镜透射的光束为第二检测光束；或者，被半透半反镜反射的光束为第二检测光束，被半透半反镜透射的光束为第一检测光束。

在其他实施例中，分光装置2还可以为光路器等。

本申请还提供一种用于检测镜头的成像色彩还原度的检测方法，包括如下步骤：

暗校准测量：在未装载待测镜头5，且检测光源1处于关闭状态时，分别读取第一测光装置3和第二测光装置4上的亮度读数，分别记为V_a1和V_b1；

光校准测量：在未装载待测镜头5，且检测光源1处于打开状态时，检测光源1发出具有预设波段的光束，分别读取第一测光装置3和第二测光装置4在预设波段的光束下的亮度读数，分别记为V_a2和V_b2；

分光透射比测量：在装载待测镜头5，且检测光源1处于打开状态时，检测光源1发出具有预设波段的光束，分别读取第一测光装置3和第二测光装置4在预设波段的光束下的亮度读数，分别记为V_a3和V_b3；

光束透过率计算：待测镜头5在预设波段的光束透过率记为Τ_λ，待测镜头5的透过率计算公式为：

V_测＝(V_b3-V_b1)/(V_a3-V_a1)；

V_校＝(V_b2-V_b1)/(V_a2-V_a1)；

Τ_λ＝V_测/V_校；

下面举一个实际的例子进行说明：

在未装载镜头且光源为关闭的情况下，测光装置3和4的暗校准值都是2000，即V_a1和V_b1值都为2000，在未装载镜头的情况下，打开光源1，分别读取第一测光装置3和第二测光装置4在预设波段的光束下的亮度读数，分别为4000和12000，即V_a2和V_b2的值，这样我们根据V_校＝(V_b2-V_b1)/(V_a2-V_a1)这个公式就可以求出来V_校值为5；这个值也是100％透光率情况下的数据值。

装载待测镜头5后，再一次读取第一测光装置3和第二测光装置4在预设波段的光束下的亮度读数，假如由于光源的稳定性差异，V_a3值变到了4500，而V_b3值为10000，这样根据公式V_测＝(V_b3-V_b1)/(V_a3-V_a1)，得到V_测值大约为3.2。根据公式Τ_λ＝V_测/V_校，计算得出该波段情况下Τ_λ为64％。

其中第一测光装置3和第二测光装置4按照Δλ的波长间隔对400nm-700nm进行扫描，以此得到待测镜头5在该谱段下的光谱透射率。

色彩还原度计算：获取标准24色色卡的色度值数据和分光反射比，使用标准光源D55的光谱对24色色卡的分光反射比及镜头的分光透射比进行加权相乘后，获得该镜头本身的色彩还原度指标。

具体的测量和计算过程如下：

准备好待测量的24色卡数据，一般而言，供应商会提供24色卡的标准数据，如LAB值和光谱反射率等参数，光谱反射曲线我们记作R0λ。如果未提供光谱反射率数据，可以通过分光测色仪器完成测量。

将24色卡的光谱反射率曲线和镜头本身的光谱透射率加权相乘后，得到24色卡经过镜头后的光谱透射曲线，我们记作R1_λ，R1_λ＝R0_λ*Τ_λ；

根据R1_λ数据，我们可以计算出经过镜头后的24色卡的LAB值，具体计算方法如下：

先计算三刺激值，具体的计算公式如下：

其中，K是常数，ψ(λ)是光源光谱和透镜透射光谱的加权相乘，是CIE规定的标准色度观察的光谱三刺激值。Δλ是光谱间隔，可以选择10nm或者20nm。

根据上式的XYZ值，计算均匀颜色空间的L*，a*，b*的值，具体计算公式如下：

如果则f(X/X_n)＝(X/X_n)^1/3；

如果则f(X/X_n)＝(841/108)(X/X_n)+16/116；

如果则f(Y/Y_n)＝(Y/Y_n)^1/3；

如果则f(Y/Y_n)＝(841/108)(Y/Y_n)+16/116；

如果则f(Z/Z_n)＝(Z/Z_n)^1/3；

如果则f(Z/Z_n)＝(841/108)(Z/Z_n)+16/116。

其中，XYZ为样品三刺激值，X_n，Y_n，Z_n是指定白点的三刺激值，由CIE国际标准定制。

计算出各个色块后，根据下面的计算过程，我们得到颜色还原性数据，

其中K_L，K_C，C_H为系数，一般默认为1，S_L，S_C，S_H和ΔL’，ΔC’，ΔH’计算过程如下：

S_C＝1+0.045C′...............................(14)

S_H＝1+0.015C′T..............................(15)

ΔL′＝L′_T+L′_S.................................(16)

ΔC′＝C′_T+C′_S.................................(17)

Δh′＝h′_T+h′_S.................................(19)

L′＝L^*...................................(20)

a′＝(1+G)a^*................................(21)

b′＝b^*...................................(22)

其中G和T计算如下：

T＝1-0.17cos(h′-30)+0.24cos(2h′)+0.32cos(3h′+6)-0.20cos(4h′-63)..(26)

R_T计算如下

R_T＝-sin(2Δθ)R_c.............................(30)

以上计算式中的下标S和T分别代表标准值和测试值。

式中：

Mean saturation——为色彩饱和度。

下标S和T分别代表标准值和测试值。

其中，ΔE₀₀，ΔC₀₀，Mean saturation这三个参数表征了色彩还原性数据。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镜头检测装置，用于检测镜头的成像色彩还原度，其特征在于，包括：

检测光源(1)；

分光装置(2)，将所述检测光源(1)的光束分为第一检测光束和第二检测光束；

第一检测光路，包括用于检测所述第一检测光束的第一测光装置(3)；

第二检测光路，包括用于检测所述第二检测光束的第二测光装置(4)；

待测镜头(5)进行成像色彩还原度检测时，所述第二检测光束透过所述待测镜头(5)进入所述第二测光装置(4)。

2.如权利要求1所述的镜头检测装置，其特征在于，所述第二检测光路包括用于调节所述第二检测光束的光照调节结构(6)，所述光照调节结构(6)包括用于所述第二检测光束透过的透镜(61)；

当待测镜头(5)为物距无限远的镜头时，所述透镜(61)为准直透镜；当待测镜头(5)为物距有限远的镜头时，所述透镜(61)为聚焦透镜。

3.如权利要求2所述的镜头检测装置，其特征在于，所述光照调节结构(6)还包括光阑(62)，所述光阑(62)与所述透镜(61)沿所述第二检测光束的照射方向依次布置。

4.如权利要求3所述的镜头检测装置，其特征在于，所述镜头检测装置还包括聚焦结构(7)，所述聚焦结构(7)用于将所述检测光源(1)的光束聚焦与所述光阑(62)的透光孔。

5.如权利要求1所述的镜头检测装置，其特征在于，所述第二检测光路还包括漫反射装置(8)，所述漫反射装置(8)包括具有光束入口(81)和光束出口(82)的漫反射腔体(83)；

透过所述待测镜头(5)的光束经过所述光束入口(81)进入所述漫反射腔体(83)；所述漫反射腔体(83)内的光束经过所述光束出口(82)进入所述第二测光装置(4)。

6.如权利要求5所述的镜头检测装置，其特征在于，所述光束入口(81)和所述光束出口(82)的面积之和小于所述漫反射腔体(83)的内壁面积的10％。

7.如权利要求5所述的镜头检测装置，其特征在于，所述光束入口(81)的轴向与所述光束出口(82)的轴向呈夹角布置。

8.如权利要求5所述的镜头检测装置，其特征在于，所述漫反射装置(8)为积分球。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的镜头检测装置，其特征在于，所述分光装置(2)为半反半透镜。

10.一种基于权利要求1至9中任意一项所述的镜头检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

暗校准测量：在未装载待测镜头(5)，且检测光源(1)处于关闭状态时，分别读取第一测光装置(3)和第二测光装置(4)上的亮度读数，分别记为V_a1和V_b1；

光校准测量：在未装载待测镜头(5)，且检测光源(1)处于打开状态时，检测光源(1)发出具有预设波段的光束，分别读取第一测光装置(3)和第二测光装置(4)在所述预设波段的光束下的亮度读数，分别记为V_a2和V_b2；

分光透射比测量：在装载待测镜头(5)，且检测光源(1)处于打开状态时，检测光源(1)发出具有所述预设波段的光束，分别读取第一测光装置(3)和第二测光装置(4)在所述预设波段的光束下的亮度读数，分别记为V_a3和V_b3；

光束透过率计算：待测镜头(5)在所述预设波段的光束透过率记为Τ_λ，待测镜头(5)的透过率计算公式为：

V_测＝(V_b3-V_b1)/(V_a3-V_a1)；

V_校＝(V_b2-V_b1)/(V_a2-V_a1)；

Τ_λ＝V_测/V_校；

色彩还原度计算：获取标准24色色卡的色度值数据和分光反射比，使用标准光源D55的光谱对24色色卡的分光反射比及镜头的分光透射比进行加权相乘后，获得该镜头本身的色彩还原度指标。