CN201522369U - 视频摄像机光学性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种视频摄像机光学性能检测装置，它是由照明装置、带有图案的分划板、投影物镜、固定在主镜筒上的可调旋轮式定位装座、可调光强控制器及底座等组成；匀光照明装置、分划板、投影物镜依序均固定安装在主镜筒内，定位装座固定在靠近投影物镜一侧的主镜筒上，底座支撑于主镜筒的下方。可直观检测1/2″、1/3″、1/4″等规格摄像器件和CS或C接口摄像机的视场偏移量、能达到的分辨率以及其连接座定位端面与成像面的空气间隔与标准接口的差值。本实用新型适用于各种视频监控摄像机检测。

Description

视频摄像机光学性能检测装置

技术领域：

本实用新型涉及一种光电检测装置，尤其涉及一种各种视频监控摄像机的检测装置。

现有技术：

随着视频监控摄像系统在安防、科研、教育、卫生、工业、交通及军事等领域上的广泛应用，各类摄像机的需求量巨大。摄像机生产企业在提供产品时往往只偏重于摄像机内在的质量和性能，如清晰度、宽动态范围、信噪比、色彩还原等方面，而对其连接座是否符合国际标准规定的CS接口标准(即连接座定位面至成像面的空气距离为12.5mm，连接螺纹为1″×P32)或C接口标准(连接座定位面至成像面的空气距离为17.526mm，连接螺纹为1″×P32)，或着连接座的轴中心是否和摄像机器件的有效靶面扫描中心重合等外在性能却重视不够。国产摄像机几乎都存在上述缺陷，而这些缺陷的存在直接导致采用连续变倍镜头时像面的不稳定和采用超广角镜头时出现视场的切割。致使变倍镜头与摄像机之间无法正常匹配使用。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种能测量摄像机器件有效靶面扫描中心与连接座的轴中心不重合而引起的视场偏移量和连接座定位端面至成像面空气距离与C或CS接口标准的偏差值的视频摄像机光学性能检测装置，该装置还可同时检测摄像机达到的实际最高分辨率，并可以作为调整上述偏差量的仪器。

本实用新型的技术方案如下：它是由照明装置、带有图案的分划板、投影物镜、固定在主镜筒上的可调旋轮式定位装座、可调光强控制器及底座等组成；所述的照明装置、分划板、投影物镜依序均固定安装在主镜筒内，定位装座固定在靠近投影物镜一侧的主镜筒上，底座支撑于主镜筒的下方。

本实用新型的优点在于：采用本实用新型检测装置可检测不同摄像器件(1/2″、1/3″、1/4″)、不同标准接口(C和CS接口)的摄像机；可检测其摄像机成像器件有效靶面电子扫描中心与连接座轴心不重合而引起的视场偏移量以及连接座定位面与摄像器件成像面之间的空气间隔与C接口(或CS接口)标准值的差值；同时还可直观地检测摄像机的分辨率性能。

本实用新型的优点还在于采用了具有三种功能图案的专用分划板投影的成像以及旋轮式定位装座的刻度，就可方便直观地检测摄像机视场偏移量、连接座定位差值(与C或C卡口标准值)以及分辨率性能等。

本实用新型的优点还在于投影物镜具有高清晰成像性能，使检测仪能用于百万级像素以上摄像机光学成像性能的检测。

此外，新的检测装置采用均匀分布的LED作为光源并用双面均匀磨砂的平板玻璃和控光调节器，不仅获得了均匀和较佳的照明效果，还使得整机结构小型化，照明装置也可用普通干电池启动。

附图说明：

图1是本实用新型装置的实际结构示意图，其上L为LED组合灯源，G为两片双磨砂平行平板玻璃，R为分划板，PL为高清晰度投影物镜，DZ为带刻度的定位装座，B为检测装置的底座，LZ为摄像机上的连接座，XE为待检摄像机，T为控光调节器，0为分划板十字线中心，I为十字线中心在成像面上的像点。

图2是本实用新型装置上特制的专用的带图案的分划板的实际示意图，十字线刻度最小间距为0.2mm，各视场框图的尺寸和外切圆尺寸为12.8×9.6(Φ16mm)、9.6×7.2(Φ12mm)、7.2×5.4(Φ9mm)。视场框图边缘的分辨率线宽分别为30lp/mm、50lp/mm、62.5lp/mm、75lp/mm；中间视场的四个方块的分辨率线宽分别为35lp/mm、60lp/mm、75lp/mm、100lp/mm，其余刻线的单位为mm。

图3是连接座轴线中心I和摄像器件的有效靶面扫描中心I′不重合时引起的视场偏移示意图。

图4是本实用新型检测装置中采用的高清晰度投影物镜在倍率M＝-1/2，像视场为Φ8mm，像方孔径角为u′＝0.2条件下，其中间视场、0.7视场、全视场的光学传递函数(MTF)曲线图，横坐标为空间频率，单位为lp/mm。

图5是本实用新型检测装置采用的高清晰度投影物镜在像视场为Φ8mm时，d，F，C谱线的像散曲线图(其横坐标的单位是mm)和相对畸变曲线图(其横坐标为百分比)。

具体实施方式：

如图1-5所示，本实用新型由照明装置、带有图案的分划板(R)、特定倍率的高清晰投影物镜(PL)和底座(B)等组成。其中，照明装置是由均匀分布的LED组合光源(L)和两块双面均匀磨砂的平行平板玻璃(G)组成，两块双面均匀磨砂的平行平板玻璃位于LED组合光源和带有图案的分划板之间，其光照的强弱由外设的光调节器(T)调控，以使光电装置获得最佳的照明效果。带有图案的分划板(R)上的图案是由三组功能图案构成：即带刻尺的十字线；与1/2″、1/3″、1/4″摄像器件(CCD芯片或CMOS芯片)电子扫描有效靶面尺寸成放大关系的三个视场框图案及三个同心的外切圆；在视场框对角线边上及靠中间视场的鉴别率图案。分划板上的图案比例由投影物镜(PL)的倍率决定。投影物镜选取了由两个平视场、前光栏的望远系统按平行光相对接而成的方案。对接后的投影物镜的同一光栏设在两望远系统之间。光栏前的望远组元设为前组，其焦距值为f′_前，光栏后的望远组元设为后组，其焦距值设为f′_后，则组合成的投影物镜的倍率为M＝-f′_后/f′_前。为使检测装置能检测超百万像素级摄像机的清晰度性能，投影物镜按高清晰摄像物镜的性能设计。

本实用新型的光电检测装置的工作原理是：均匀照明的专用分划板(R)上的图案，经投影物镜投射到待检测的摄像机(XE)摄像器件的成像面上，并在监控器上清晰地显示出来。专用分划板(R)和投影物镜置于加工精度(同轴度)要求高的同一主镜筒上，并使专用分划板(R)上的十字线中心(O)和定位装置轴的中心调整到投影物镜的中心光轴上，因此O点在摄像器件上所成的像点也在光轴的延线上。当摄像机(XE)的连接座(LZ)固定在定位装座(DZ)时，可以认为连接座的轴心也在投影物镜的光轴上。如果摄像器件在贴片过程中，其有效靶面的电子扫描中心与连接座的轴心不重合，表明摄像器件的有效靶面的电子扫描中心与投影物镜的中心光轴不重合，在显示屏上将呈现视场的不对称偏移。其偏移量可由十字线上的刻尺估读，也可通过增设的电子十字线(其中心和成像器件的有效靶面电子扫描中心重合)精读。由于定位装座(DZ)的定位端面到像面的空气间隔是用光学计量办法调成与CS接口标准值相同，如果摄像机固定在监测仪定位装座时，由于其连接座定位端面至成像面的空气间隔不符合CS接口标准，在监视屏上显示的图像是不清晰的。可以通过旋转定位装座的旋轮，使定位装座前后移动，直至监视器上的图像清晰。由于定位点是按CS接口标准值设定的，这时旋轮刻度值(精度为0.02mm)与零位的偏差即为摄像机连接座端面与CS接口标准值(12.5mm)的差值。测量C接口摄像机的差值时，只需在定位装座上旋入一个高度为5.02mm的转接头即可。此外，摄像机的分辨率性能可以同时由视场框边缘和视场中心的分辨率图像读出。

光电检测装置必须满足的条件是：

1/4≤|M|≤1/1.8      …………………(1)

25≤f′前≤35        …………………(2)

投影物镜的光轴同心度

C≤±0.015mm         …………………(3)

投影物镜在最大视场时的相对畸变

Dist≤±0.5％        …………………(4)

投影物镜在最大视场(Φ8mm)和特征频率150lp/mm时

调制传递函数MTF≥0.4 …………………(5)；

实施例：

本实用新型检测装置的照明部分是由七只1.8V，0.05W的LED(其分布是中间一只，周围均布六只)组合成的光源(L)与两片双面均匀磨砂的平板玻璃(G)组成，其光源的强弱由控光调节器(T)调控，以获得较佳的照明效果。专用分划板(R)上的图案经光源照明后，通过投影物镜(PL)投射到待测摄像机成像器件(CCD或CMOS芯片)的成像面上，投影物镜是由两组平视场、前光栏望远系统组合而成，其中投影物镜的前五片设为前组，其焦距值为f′_前＝30mm，孔径角u₁＝-0.1，后四片为后组，其焦距值为f′_后＝15mm，孔径角u′＝0.2，其共同光栏设在前组和后组中间，他们构成了倍率M＝-1/2的投影物镜系统的基本结构。为了使新检测装置能适应新近发展的百万级高清晰度摄像机的高分辨率测试需要，本新型检测装置的投影物镜按高清晰度光学系统设计和研制。投影物镜的倍率确定后，与它相配合的专用分划板(R)上的三个功能图案的尺寸也被确定下来了，如图2所示，一是带最小刻值为0.2mm的十字分划图(像方的最小刻度值为0.1mm)；二是对应于成像器件规格为1/2″、1/3″、1/4″有效靶面尺寸，视场尺寸为12.8×9.6(mm)，9.6×7.2(mm)，7.2×5.4(mm)的框图，而这些视场框图外切圆分别为Φ16mm、Φ12mm、Φ9mm的三个同心圆图案。三是各视场框图对角线边缘线条间隔宽度为30lp/mm、50lp/mm、62.5lp/mm、75lp/mm及中心附近线条间隔宽度分别为35lp/mm、60lp/mm、75lp/mm、100lp/mm的分辨率图案，他们可用于检测摄像机边缘视场能否分清60-150lp/mm及中心视场能否分清70-200lp/mm的分辨率。

采用本实用新型检测装置检测连接座定位面与摄像器件成像面的空气距离及视场偏离量时，可将待测的摄像机连接座固定在定位装座上，通过旋转定位装座(DZ)把分划板图案在摄像器件像面成的像调清晰。由于定位装座零位刻度是事先用光学测量方法严格地把它的定位端面至成像面的空气间隔调成与CS接口标准值所定的12.5mm；因此定位装座把像调实时旋转到的新刻度值，即为连接座定位面与标准值的差值(两刻度值间隔精度为0.02mm)。如要测C接口的摄像机时，只需在定位装座上增加厚度为5.02mm的连接座附件，当摄像机固定在定位装座时，可能其位置不正(在监视器上会出现视场框图像与水平面相对倾斜)，可用转动主镜筒使其转正。如果待测摄像机成像器件的有效靶面的电子扫描中心(I′)与连接座的轴心不重合时，I′与I也是不重合，在显示器上将出现如图3所示的视场偏移，其偏移量可由十字分划板纵横坐标上的刻度值估读出(最小误差值为0.1mm)。如在待测摄像机上增设电子十字分划线发生器，把其十字线中心和有效靶面的电子扫描中心重合，则可直接精测视场的偏移量。

光电检测装置必须满足的条件是：

1/4≤|M|≤1/1.8    …………………(1)

25≤f′_前≤35      …………………(2)

投影物镜的光轴同心度

C≤±0.015mm    …………………(3)

投影物镜在最大视场时的相对畸变

Dist≤±0.5％    …………………(4)

投影物镜在最大视场(Φ8mm)和特征频率150lp/mm时

MTF≥0.4    …………………(5)

设定上述必须满足的条件的目的是：

条件(1)设定的目的是保证专用分划板直径不太大(本方案为Φ25mm)的同时，控制投影物镜前组焦距f′_前不至于过长，避免其在承担视场角过大情况下焦距过长而带来的像差校正的困难，这对组合成的高清晰度投影物镜设计有利。同时也利于系统的小型化。

条件(2)设定的目的是在确保投影物镜的倍率的同时，不让投影物镜的后组焦距过短，以利于增加系统的后截距，同时避免因焦距过短而造成镜片加工性能差。

条件(3)设定的目的是确保检测装置本身的测试精度，同时保证研制的投影物镜成像质量能达到高清晰性能的要求。

条件(4)设定的目的是保证用视场框图的像估读视场偏移量时，不因投影物镜过大的畸变影响其精度。

条件(5)设定的目的是确保该检测装置符合检测百万像素级摄像机分辨能力必备的条件。

本实用新型检测装置的主要特征是：

通过观测特制的专用分划板三种功能图案经投影物镜在待测摄像机成像器件上成的像，以及旋轮式定位装座的刻度可直观有效地检测三种规格摄像器件(1/2″、1/3″、1/4″)和两种标准连接接口(C或CS接口)摄像机的视场偏移值达到的分辨率性能，以及其连接座定位端面与摄像机摄像器件成像面的空气间隔同两种接口标准值的差值。投影物镜具有高清晰度成像性能，因而具备检测百万像素级摄像机高分辨率光学性能的条件。同时采用均匀分布的LED作为光源配用双面均匀磨砂的平板玻璃所构成的简单照明结构，获得了均匀和较佳的照明效果。不仅使整机实现小型化，也为本检测仪器采用普通电池作为电源提供了可能。

Claims (4)

1.一种视频摄像机光学性能检测装置，其特征在于：它由照明装置、带有图案的分划板、投影物镜、固定在主镜筒上的可调旋轮式定位装座、可调光强控制器及底座等组成；所述的照明装置、分划板、投影物镜依序均固定安装在主镜筒内，定位装座固定在靠近投影物镜一侧的主镜筒上，底座支撑于主镜筒的下方。

2.根据权利要求1所述的视频摄像机光学性能检测装置，其特征在于：带有图案的分划板(R)上的图案是由三组功能图案构成：即带刻尺的十字线；与1/2″、1/3″、1/4″摄像器件电子扫描有效靶面尺寸成放大关系的三个视场框图案及三个同心的外切圆；在视场框对角线边上及靠中间视场的鉴别率图案。

3.根据权利要求1所述的视频摄像机光学性能检测装置，其特征在于：投影物镜是按高清晰度、极小畸变的物镜设计的，使其能检测百万级以上像素摄像机的光学性能，投影物镜必须满足的条件是：

1/4≤|M|≤1/1.8                  …………………(1)

25≤f′_前≤35                    …………………(2)

最大视场Φ8mm时：

C≤±0.015mm                     …………………(3)

Dist≤±0.5％                    …………………(4)

特征频率150lp/mm条件下，MTF≥0.4 …………………(5)；

其中M为投影物镜的倍率，f′_前为光栏前的望远组元焦距值，C为投影物镜的光轴同心度，Dist为投影物镜在最大视场时的相对畸变，MTF为调制传递函数，lp/mm为特征频率单位。

4.根据权利要求1所述的视频摄像机光学性能检测装置，其特征还在于：所述的照明装置是由均匀分布的LED光源、两块双面均匀磨砂的平板玻璃和控光调节器构成，两块双面均匀磨砂的平行平板玻璃位于LED光源和带有图案的分划板之间。

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