CN201173856Y - 用于检测数码相机整机性能的检测系统 - Google Patents

Abstract

一种针对数码相机整机性能的自动化、智能化、多参数检测平台系统。总体结构包括：测试图像显示模块，机电转台，机箱。软件包括：测试图生成，机电控制，图像处理，相机控制，测试报告生成，人机界面等部分。本实用新型属于光机电一体化的高性能、智能化仪器仪表和虚拟仪器和通用测试平台。针对不同被测参数，通过计算机生成标准测试图像，测试图像由被测数码相机采集后生成图像文件，通过对图像的分析推算出被测数码相机系统得整机性能参数。在完成检测分析的基础上，系统根据系统提取的被测光学系统的特性参数，通过数字处理方法校正原先所得的图像，生成“新”的恢复图像，大幅度提高图像质量。作为通用的测试仪器，可测镜头、也可测整个系统。

Description

用于检测数码相机整机性能的检测系统

所述技术领域

本实用新型涉及属于光机电一体化的高性能、智能化仪器仪表和虚拟仪器和通用测试平台；是采用多机上的通用标准ISO 12233：2000、ISO 15795：2002等，针对国内外数码相机进行检验、试验用的通用测试仪器构造装置，可以测镜头，也可以测数码相机整个系统。

背景技术

可见光图像技术被广泛应用于民用、工业、地质和军事等各个领域；在这些领域中，都不同程度地希望得到高质量的图像；传统的解决方案中，高质量的图像往往要求光学系统的透镜高档化，组装、调试的复杂化，体积和重量也都大得多；同时也导致高成本、高价格；

目前，美国和德国已经尝试将液晶(LCD)作为光调制器件；本实用新型采用形状尺寸在1英寸以下的微像元高清晰液晶代替分划板，由计算机生成标靶图形，可以满足高速、动态、实时等更加复杂的光学调制需求；微型液晶的选用使光学调制系统的设计变得简单，系统的总成本得以降低；这种设计可以模拟无限远处的图像；

当今光学系统的构造具有光机电一体化的典型特征，涉及多个学科领域，国内的研发与应用水平较发达国家还有较大的差距；与国外测量技术相比，国内传统的光学测试方法存在着效率低、可重复性差、对测量人员要求高等缺点；传统光学系统测试方法的光电化、数字化、智能化研究势在必行，这对于加快光学参数测量的发展、降低对测试人员的工作强度、提高光学参数测量方法的准确性、稳定性有较大的实用价值；

光学系统测量是系统研究的前提，也是系统校正的开端；信息技术的发展使图像信息直接与人们的生活息息相关，电子摄像技术走入了千家万户；对被测系统的图像进行校正处理，尤其是一些大视角镜头的畸变恢复，对于一些安全监控系统的图像恢复更具价值；但是这些都不是光学测量系统的工作对象，本实用新型将这类数字图像处理功能纳入进来，属于应用创新；

现在市场上也有国外的仪器可以测得数码相机或手机照相机的镜头质量(只检测光学系统)，尚未看到针对整个相机的检测；通常，消费者是通过眼睛观察来判断数码相机的成像质量，缺少科学的检测概念和方法；本实用新型作为通用的测试仪器，可以测镜头、也可以检测整个系统；如果可能，还应该配合国家相关部门出台相配套的测试标准；

光学系统研究涉及光、机、电、数学的多种学科领域，图像处理是其关键的内容之一；该平台在提供常用的测试参数的基础上，还能够提供数字处理的常用算法，使研发人员能够方便地进行相关的计算和分析；这对于大学和科研院所是非常需要的。

发明内容

1、本实用新型是针对消费者是通过眼睛观察来判断数码相机的成像质量，缺少科学的检测概念和方法；在光学系统的测量中，经常需要完成仪器的调焦、对准、对焦等工作，五轴自动调节技术和CCD采样技术已经用于光学测量，由于被测系统必须与测试系统的光轴相一致，靠手工调节非常繁琐、重复性差，对测试人员的要求高，费时费力；现在市场上也有国外的仪器可以测得数码相机或手机照相机的镜头质量(只检测光学系统)，尚未看到针对整个相机的检测系统。

2、本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：采用形状尺寸在1英寸以下的微像元高清晰液晶代替分划板，由计算机生成标靶图形，替代传统光学测量中使用各种光学玻璃分划板的办法，可以满足高速、动态、实时等更加复杂的光学调制需求；微型液晶的选用使光学调制系统的设计变得简单，系统的总成本得以降低；这种设计可以模拟无限远处的图像；分辨率测量构造-用调制传递函数MTF评价被测物体的成像；以往的MTF测量都需要用到光栅、狭缝、刀口扫描元件，由于扫描与信号处理耗时，带来对测量机构与环境条件一系列苛刻的要求，测量效率低；近年来出现采用CCD面阵光电传感器快速采集视频图像信号计算出调制传递函数的新构造，即视频调制传递函数测量技术：用LCD图形发生器产生一亮狭缝，经光学系统成像于CCD靶面上，采集该被测系统线扩展函数的图像信号，经快速傅里叶变换数值处理，即得该系统的调制传递函数值；为了减少图像随机噪声以及LCD像元尺寸大小不均因素的影响，可采用帧间平均和行间平均软件算法；

色彩测量构造-标准条件下测试色彩标板，用Photoshop读出相机数据与标准之比较，计算出色差；焦距测量构造-采用放大率法测量；放大率测量构造采用倍率计法测量；畸变测量构造-按照标准计算像的畸变。为了测量数码相机，因此，系统考虑了构造仿真多种外界环境；在同一种环境下，调整相机的设置构造是，进行多次测量-焦距、光圈、ISO；外界环境：控制亮度；相机参数选择：焦距，先只考虑焦距改变的情况下，当外界环境种类，与相机参数增加的时候，测试点的个数就以乘方的速度增加。外相连接主控计算机采用通过VGA视频接口将测试图像传送到显示模块便利的形状；相机构造通过AV线将实时的信息送给图像实时显示模块；主控计算机通过数据线控制相机拍照；主控计算机通过机电控制箱驱动、控制调整台合理的布局；3.5寸左右的嵌入式液晶监视器支持RCA或BNCAV视频信号，用于实时显示数码相机的AV视频信号，形状便于相机装卡；也可以采用手持液晶监视器改装；形状尺寸：3寸左右；分辨率：400线左右。

本测试系统是一种针对数码相机整机性能的自动化、智能化、多参数检测系统；测试技术方案：针对不同被测参数，通过计算机生成标准测试图像，测试图像由被测数码相机采集后生成图像文件，通过对图像的分析推算出被测数码相机系统得整机性能参数；

总体结构硬件部分构造包括：测试图像显示模块，机电转台，机箱；软件部分包括：测试图生成，机电控制，图像处理，相机控制，测试报告生成，人机界面等部分；关键技术--机电扩展箱的构造选用机电控制部分的驱动方式、控制接口；机电调整台：在保证精度的前提下，节省费用；测试箱体颜色和形状：内部黑色喷塑，消除杂光；箱体封闭，不透光；箱体内部阻挡光路；不会在机电移动不刮蹭电缆，走线灵活；箱体构造做了两个开口，形状便于相机装卡；相机快门控制构造：在使用数据线不能控制相机拍照的情况下，设计了一种可以普遍使用的机电式快门触发装置。

平台性构造主要实现了技术参数焦距：-300至+300精度0.50％；放大率：精度：0.33％；极限分辨率：36um，对应300毫米平行光管角间距40”，600毫米平行光管角间距20”；畸变：0.50％；MTF：0.02；中心偏：0.50％；面光源均匀性：大于90％；

光学部分构造：平行光管；焦距300mm；相对孔径1/6；视场4度；

机械部分构造：多维步进电机控制；行程：50mm至200mm；分辨率2.5μ转台：0.005°；最大速度：15mm/sec转台：10°/sec；重复定位精度：小于6μ转台：小于0.02°

电路部分构造：微像元液晶显示分辨率1024*768；对比度400∶1；刷新率60hz；图像输出格式VESA XGA；图像数据传输usb2.0；工作电压15V 5V。

目前，国际上美国、德国已经尝试将液晶(LCD)作为光调制器件；我们的技术产品从某种程度上填补了国内空白；

虚拟仪器技术发展迅速，因为它在仪器的功能组成、增加和改变上具有很大灵活性，技术性能的提高也能在原来的基础上逐步升级，总体上也非常具有经济性；实际上，它可以取代测量技术传统领域的各类仪器。

3、本实用新型的有益效果是，在完成检测分析的基础上，系统根据系统提取的被测光学系统的特性参数，通过数字处理方法校正原先所得的图像，生成“新”的恢复图像，大幅度提高图像质量；

本实用新型的另一个有益效果是完全采用结构化、模块化设计，各部分具有很强的可重用性；使基于该平台的创新和产品升级非常容易；对于客户的二次开发、保护原有投资均提供了结构上的便利；有能力的用户可以根据自己的需要，增加软件和硬件，改变和扩展功能，成为服务于个性化需求的系统平台，这在传统的测量仪器是难以做到的；

进行应用接口设计，加强系统以及系统各个部件的接口标准，增强接口的通用性、使用的灵活性；对于个性化的应用需求，用户可以根据实际的需要选择合适的部件组成系统，针对部件接口提供的功能编写自己的软件，方便教学和科研的应用；

本实用新型采用微型液晶技术实现标靶的自动更换、采用ccd技术实现图像的自动采集、采用多维调节技术实现光轴自动调准、以及光学调制技术辅助和虚拟仪器技术的的综合，这种创新组合才能较为有效的实现光学测量自动化，达到简化操作、提高精度、实现自动化程度、提高效率和降低劳动程度的目的；

特别应该说明的是，微型液晶技术采用小于一英寸的微型TFT液晶作为标靶产生各种实时、动态图形，这种方法简化了光学调制系统的设计难度，可以生成无限远处的标靶，同时缩小了系统体积，降低了系统成本；

管理信息系统设计；系统采用数据库技术自动记录测试的过程，方便测试者回顾测试轨迹；保存测试资料，管理备品备件等；

在上述需求与解决方法的基础上，我们采用了虚拟仪器的设计思路，采用USB串行总线技术，将测量过程中的自动控制、数据采集以及后续的数字处理等各组成部分利用计算机统一控制起来，并预留出扩展空间，大幅度提高了自动化程度，构造实用的通用测试仪器，可望达到扩大应用范围、提高测试精度、降低测试工作劳动强度的实际应用效果；

本实用新型作为通用的测试仪器，可以测镜头、也可以检测整个系统；如果数码相机的销售商在销售时为客户做检验，采用科学的检测方法，将结束消费者通过眼睛观察来判断数码相机的成像质量的历史；采用的构造设计思想一.控制调整台构造与形状：便于一维平移台；在改变相机焦距的状态下，保证画幅的一致；二维平移台控制；在硬件资金允许的情况下，设置二维平移台，保证在焦距调节、一维平移调整后，相机的画幅中心与显示模块中心的重合；构造设计思想二.控制显示测试图像构造与形状：根据机电调整的需求或数码相机测试的需求，便于通过VGA显示器显示测试图像；构造设计思想三.控制拍摄采集图像的构造与形状：构造一：数码相机数据线，采用各厂商的相机SDK(例如canon、sony)；构造二：机电控制，触动快门；所有的拍摄完成后，读取SD卡中的文件，完成整个图像采集过程；设计思想四.图像分析：针对被测参数，根据测试图像，计算相机性能参数。

本实用新型的基本功能是做光学测量，同时能够大幅度提高测量过程的自动化程度；在此基础上，扩展了更广泛的应用空间：可以覆盖数字图像处理技术的全过程，在测量的基础上可以做研究平台、试验平台和安装平台；

三维旋转调整台构造：相机的中轴与测试图像显示模块中轴平行，测试图像在相机中水平成像；转动角不大15度以上即可，需要有微调机构；承重5公斤；结构安全稳定；每个自由度可进行最小分度为梯度1/500的角度微调；

一维调整台构造：为电控台，相机在焦距下，测试图像可以充满相机视场；尺寸：导轨活动长度1.5至2.5m；精度：定位精度5mm，导轨平直度∶梯度1/500；

二维调整台构造与形状：上下平移调整，相机在焦距下调整对焦后，相机视场中轴与测试图像显示模块中轴重合；承重满足要求；尺寸形状∶二维活动范围大于10mm*10mm；精度：定位精度2mm，导轨平直度∶梯度1/500。

分辨率测量：用调制传递函数(MTF)评价被测物体的成像性能；以往的MTF测量都需要用到光栅、狭缝、刀口等扫描元件]，由于扫描与信号处理耗时，带来对测量机构与环境条件等一系列苛刻的要求，测量效率低；近年来出现采用CCD等面阵光电传感器快速采集视频图像信号计算出调制传递函数的新方法，即视频调制传递函数测量技术：用LCD图形发生器产生一亮狭缝，经光学系统成像于CCD靶面上，采集该被测系统线扩展函数的图像信号，经快速傅里叶变换等数值处理，即得该系统的调制传递函数值；为了减少图像随机噪声以及LCD像元尺寸大小不均等因素的影响，采用帧间平均和行间平均软件算法；

色彩测量：标准条件下测试色彩标板，用Photoshop读出相机数据与标准之比较，计算出色差；焦距测量：采用放大率法；放大率测量：采用倍率计法；畸变测量：按照标准计算像的畸变；测试平台组成：测试装置-目标发生器(软硬件)，光学导轨，离轴抛物面镜(平行光管)，折光镜，标准镜，图像采集工作台；探测器，信号处理器；运动和控制机构；分析软件-操作测量软件和计算机等；应用部分-便于用户应用的相关技术研究。

附图说明

图1、产品总体硬件构造图

图2、光机电测试平台构造图

图3、测试系统结构模块图

图4、系统工作流程图

附图1中各部分为：1，主控计算机(数据处理中心)；2，控制数据总线；3，机电控制柜；4，测试数据总线；5，测试图像板；6，一维平移台(导轨)；7，前部活动机箱盖；8，图像实时显示台；9，三维旋转调整台；10，二维平移台；11，后部活动机箱盖；12，打印输出设备；13，数据输出总线；14，图像显示模块；15，测试图像板插槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明；

在图1所示

第一步、相机装卡：相机装卡负责被测相机与本测试系统的连接，连接分两部分：机械部分、电路部分；机械部分：被测相机与测试系统使用二维平移台10连接，着重需要考虑保证测量拍摄时的角度和稳定性；电路部分：连接相机的测试数据总线4，用于控制相机拍摄；连接相机的AV视频线，便于装卡时调节相机光轴。

第二步、光轴调节：使相机的光轴与图像显示模块14的轴线平行；提高测量精度方法：自准直方法；在图像显示模块14与二维平移台10之间插入一块镜子，调节相机与镜子的夹角，当相机图像中心正好显示相机镜头中心时，两轴线平行。

第三步、获取相机资料：获取相机参数数据，通过测试数据总线4传输到机电控制柜3，由于相机的特性不同，根据相机的参数制定测量方案；用手工输入，通过相机的数据接口自动获得；测试的实时图像显示在图像实时显示台8的显示屏幕上。

第四步、制定测量方案：根据相机的参数，在主控计算机1中制定(选择)测量参数与测量方案。

第五步、视场调节：使相机在不同焦距的情况下，通过一维平移台(导轨)6、二维平移台10和三维旋转调整台9前后、上下、左右平移相机，使测试图像刚好充满相机画幅；具体操作方法：首先通过一维平移台(导轨)6调节相机焦距，使其对焦；之后根据相机获取的图像调节相机位置。

第六步、生成测试图像：根据相机的测量方案，针对不同参数，在主控计算机1内部生成测试图形。

第七步、显示测试图像：通过控制数据总线控制图像显示模块14显示图像，或者通知操作人员插入测试图像板(标准测试卡片)5。

第八步、控制相机拍摄：通过相机控制数据总线2与测试数据总线4，由主控计算机1自动控制相机拍摄；或者通过设计机械结构，针对没有数据线控制功能的相机，通过机电控制柜3进行机电或手动控制。

第九步、获取拍摄的数字图像：通过控制数据总线4与测试数据总线2直接获得；测试完毕后，在主控计算机1中使用SD卡读取测试图像。

第十步、分析图像：根据测量方案，针对不同的参数的不同的测试图像，通过主控计算机1分析相机获取的数字图像，得出相机的性能参数。

第十一步、输出测试报告：根据多组参数结果，通过数据输出总线13，由打印输出设备12生成测试报告。

外线连接描述：主控计算机1通过VGA视频接口将测试图像传送到显示模块8；相机通过AV线将实时的信息送给图像实时显示模块15；主控计算机1通过控制数据总线2与测试数据总线4控制相机拍照；主控计算机1通过机电控制柜3驱动、控制一维平移台6、三维旋转调整台9与二维平移台10。

在图2所示：

仪器部分构造----光电调制系统、光学系统、图像采集器；

机械部分构造----光具座、光轴调节系统；

计算机部分构造----计算机系统、软件、总线扩展箱、标准图像库、标准算法、管理系统、电子线路板等；

该平台的功能可以从四个方面来描述：测试平台、分析平台、研发平台、应用平台：

测试平台构造：提供标准测试图像库，标靶自动生成；五维调整机构，程控光轴调节；光学

(1)测试平台构造，MTF测试、焦距、中心偏、畸变、照度均匀性、对比度、信噪比、信息熵、光电转换函数等；

(2)分析平台构造：提供标准算法，MTF、FFT、数字滤波器、卷积处理和相关函数处理、微积分、峰值和阈值检队波形发生、噪声发生、回归分析、数值运算、时域和频域分析等；

(3)研发平台构造：系统提供用户开发接口，用户可利用测试结果自行开发软件；利用该平台装配光学系统；

(4)应用平台构造：该系统可以对手机照相机和数码相机进行测评；可以利用标靶与实测数据的对比，分析光学系统的畸变特性，产生实际效果恢复参数，使用户利用简单系统能得出高质量图像；进一步，支持光学系统生产商将该系统参数嵌入，以取得高画质图像；

测试思路可以简述为：针对不同被测参数，通过计算机生成标准测试图像，测试图像由被测数码相机采集后生成图像文件，通过对图像的分析推算出被测数码相机系统得整机性能参数；

在图3中所示：

测试图像显示模块：用于显示测试图像的硬件；

测试图像：由计算机生成或由计算机控制显示出的标准图形，用于测量参数；

光路：测试图像显示模块与被测数码相机之间光线经过的空间；

机电转台：承载被测数码相机，使其光轴与测试图像显示模块中轴心重合，且在不同焦距的情况下测试图像恰好充满视场；

机电控制模块：机电控制器的软件控制模块，用于控制转台；

图象文件：广义指，数码相机拍摄生成的数字图像；

图像处理模块：通过图象文件与测试图像的关系，测得被测系统的特定参数；

测试报告：数码相机整机多参数测试结果；

相机控制：控制相机拍摄参数：快门、光圈、曝光、白平衡等；

计算机：主控计算机，用于生成图像、机电控制、图像分析等功能的主控计算机；

在图4所示

1、相机装卡

相机装卡负责被测相机与本测试系统的连接，连接分两部分：机械部分、电路部分

机械部分：被测相机与测试系统使用相机云台连接，着重需要考虑保证测量拍摄时的角度和稳定性；电路部分：连接相机的USB数据线，用于控制相机拍摄；连接相机的AV视频线，便于装卡时调节相机光轴；

2、光轴调节

目的：使相机的光轴与测试图像显示模块的轴线平行；

作用：提高测量精度

方法：自准直方法

具体介绍：在显示模块与相机之间插入一块镜子，调节相机与镜子的夹角，当相机图像中心正好显示相机镜头中心时，两轴线平行；

3、获取相机资料

目的：获取相机参数；

作用：由于相机的特性不同，根据相机的参数制定测量方案；

方法：(1)手工输入

(2)通过相机的数据接口自动获得；

4、制定测量方案

根据相机的参数，制定(选择)测量参数与测量方案；

5、视场调节

目的：使相机在不同焦距的情况下，通过前后、上下、左右平移相机，使测试图像刚好充满相机画幅；

方法：首先调节相机焦距，使其对焦；之后根据相机获取的图像调节相机位置；

6、生成测试图像

根据相机的测量方案，针对不同参数，在计算机内部生成测试图形；

7、显示测试图像

控制测试图像显示模块显示图像，或者通知操作人员插入标准测试卡片；

8、控制相机拍摄

方法1  通过相机数据线，由计算机自动控制相机拍摄；

方法2  通过设计机械结构，针对没有数据线控制功能的相机，进行机电或手动控制；

9、获取拍摄的数字图像

方法1  通过数据线直接获得；

方法2  测试完毕后，使用SD卡读取测试图像；

10、分析图像

根据测量方案，针对不同的参数的不同的测试图像，分析相机获取的数字图像，得出相机的性能参数；

11、输出测试报告

根据多组参数结果，生成测试报告。

Claims (5)

1、一种用于检测数码相机整机性能的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：

机电转台，用于承载被测数码相机，使其光轴与测试图像显示模块中轴心重合；

测试图像显示模块，用于显示测试图像；

图像处理模块，通过图像文件与测试图像的关系，测得待测系统的特定参数；

主控计算机，通过数据线控制相机拍照，获取拍摄的数字图像，分析所获取的数字图像得出相机的性能参数。

2、如权利要求1所述用于检测数码相机整机性能的检测系统，其特征在于，所述主控计算机包括测试系统。

3、如权利要求2所述用于检测数码相机整机性能的检测系统，其特征在于，所述测试系统包括测试箱体，所述测试箱体具有两个用于相机装卡的开口。

4、如权利要求3所述用于检测数码相机整机性能的检测系统，其特征在于，所述测试箱体封闭，不透光，内部黑色喷塑。

5、如权利要求1所述用于检测数码相机整机性能的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括打印输出设备。

Images