CN203984538U - 集成式多ccd采集读数摄像机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成式多CCD采集读数摄像机，包括摄像机镜头，所述摄像机镜头的出射光路上设有第一分光装置，所述第一分光装置将入射光分为两束分别出射至两个第二分光装置，所述第二分光装置将入射光分为两束分别出射至两个固定在高精度平移台上的CCD图像传感器。本实用新型利用分光装置可以同时在多个CCD图像传感器上成像，将多个CCD图像传感器分别固定在高精度平移台上，通过高精度平移台的移动可以带动相应的CCD图像传感器的移动，实时采集多幅图像的同时能够精确读取散焦步长，本实用新型结构简单，便于携带。

Description

集成式多CCD采集读数摄像机

技术领域

本实用新型涉及摄像机技术领域，具体是一种集成式多CCD采集读数摄像机。

背景技术

光波由强度和相位构成，但是光振动太快(达到10¹⁵Hz)，电子设备只能测量到时间平均强度。这很可惜，因为光波的相位可以揭示更重要的物体信息(例如深度)。利用强度计算相位的相位检索技术对于天文、X射线相衬成像、衍射光学、波阵面重构等领域都具有重要意义。基于强度传输方程(TIE：Transport of Intensity Equation)的相位检索技术是一种重要的研究课题，该技术只需要测量与光轴垂直的几个平面上的光场强度，就可通过求解二阶微分方程来重构光波的空间相位，避免了由于干涉法而造成的分辨率、敏感性等问题。该方程如下所示：

$-k\∂I/\∂z=\▿\·(I\▿\mathrm{\φ})---\left(1\right)$

通常情况下，I(x，y，z)和φ(x，y，z)分别表示聚焦平面的强度和相位，k表示波数，与波长λ之间满足k＝2π/λ，z表示传播距离。在(1)式中，强度微分的计算直接影响到整个方程计算的精度。可惜的是，该项不能直接进行测量。因此，实际实验中，通常使用4幅强度图像的差分近似替代(如图1所示)，即

$\∂I/\∂z=(I_{-2}-8I_{-1}+8I_1-I_2)/12\mathrm{\Δz}---\left(2\right)$

上式中，I₁和I₂表示分别离中心聚焦图像I距离为Δz和2Δz的过焦图像，I_-1和I_-2表示分别分别离中心聚焦图像I距离为Δz和2Δz的欠焦图像。这里，将Δz称作散焦步长。也就是说，求解(1)式的TIE总共需要5幅强度图像。虽然普通的摄像机(相机)可以方便地采集图像，但是无法直接获得散焦步长Δz的数值。

目前市场上所存在的普通摄像机都只能采集强度图像，不能直接显示聚焦平面与散焦平面之间移动的距离。中国专利CN102281394B提供了一种便携式采集读数摄像机，该摄像机可以在采集强度图像的同时读取距离参数。但是该摄像机存在一些局限，例如，每次只能采集1幅图像，多次测量才能获得多幅图像，无法满足实验实时获取多幅图像的要求，监控镜头和螺旋测微仪之间直接用固定块连接，没有使用精密导轨，因此不能保证镜头完全在水平方向移动，增加了误差，降低了后续实验的计算精度等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、便于携带的集成式多CCD采集读数摄像机，实时采集图像的同时能够精确读取散焦步长，以克服目前已有产品的局限。

本实用新型的技术方案为：

一种集成式多CCD采集读数摄像机，包括摄像机镜头，所述摄像机镜头的出射光路上设有第一分光装置，所述第一分光装置将入射光分为两束分别出射至两个第二分光装置，所述第二分光装置将入射光分为两束分别出射至两个固定在高精度平移台上的CCD图像传感器。

所述的集成式多CCD采集读数摄像机，所述摄像机镜头与第一分光装置之间设有第三分光装置，所述第三分光装置将入射光分为两束分别出射至第一分光装置和遮光器件，所述遮光器件的出射光路上设有固定在高精度平移台上的CCD图像传感器。

所述的集成式多CCD采集读数摄像机，所述第一分光装置和第二分光装置均采用分光棱镜。

所述的集成式多CCD采集读数摄像机，所述第三分光装置采用分光棱镜，所述遮光器件采用带有C接口的遮光管。

所述的集成式多CCD采集读数摄像机，所述摄像机镜头的出射光到达各个CCD图像传感器的光程相等。

由上述技术方案可知，本实用新型利用分光装置可以同时在多个CCD图像传感器上成像，将多个CCD图像传感器分别固定在高精度平移台上，通过高精度平移台的移动可以带动相应的CCD图像传感器的移动，实时采集多幅图像的同时能够精确读取散焦步长，本实用新型结构简单，便于携带。

附图说明

图1是微分计算示意图；

图2是本实用新型实施例1的结构示意图；

图3是本实用新型实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。

实施例1：

如图2所示，一种集成式多CCD采集读数摄像机，包括摄像机镜头10、第一分光棱镜21、两个第二分光棱镜22和23、四个高精度平移台31、32、33和34、四个CCD图像传感器41、42、43和44。第一分光棱镜21、两个第二分光棱镜22和23均采用50R:50T的分光棱镜。第一分光棱镜21设置在摄像机镜头10的出射光路上，第二分光棱镜22设置在第一分光棱镜21的透射光路上，第二分光棱镜23设置在第一分光棱镜21的反射光路上。

CCD图像传感器41设置在第二分光棱镜22的反射光路上，CCD图像传感器42设置在第二分光棱镜22的透射光路上，CCD图像传感器43设置在第二分光棱镜23的反射光路上，CCD图像传感器44设置在第二分光棱镜23的透射光路上。CCD图像传感器41固定在高精度平移台31上，CCD图像传感器42固定在高精度平移台32上，CCD图像传感器43固定在高精度平移台33上，CCD图像传感器44固定在高精度平移台34上。

实施例2：

如图3所示，与实施例1相比，本实施例增加了第三分光棱镜20、遮光器件50、高精度平移台30和CCD图像传感器40，其它器件与实施例1保持一致。第三分光棱镜20采用20R:80T的分光棱镜。第三分光棱镜20设置在摄像机镜头10的出射光路上，第一分光棱镜21设置在第三分光棱镜20的透射光路上，遮光器件50设置在第三分光棱镜20的反射光路上，CCD图像传感器40设置在遮光器件50的出射光路上，CCD图像传感器40固定在高精度平移台30上。

实施例1和实施例2中涉及的各个部件描述如下：

摄像机镜头10，用于聚光和调焦，即通过调节摄像机镜头10的焦距从而得到所需的散焦和聚焦图像。本实用新型对摄像机镜头10的焦距不作限制，例如，最常用的是三倍变焦镜头，焦距由35mm至105mm。

第一分光棱镜21、第二分光棱镜22和23、第三分光棱镜20，用于分光。不同棱镜的选择和配置是为了保证进入到各个CCD图像传感器的光强分布大致相等，棱镜的形状可以自由选择，只要布局合理即可。

CCD图像传感器40、41、42、43和44，用于感光成像。一般来说，CCD的尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好，但是尺寸越大导致摄像机体积越大，不利于携带，因此，在实际应用中，需要综合考虑两者的影响。本实用新型对CCD图像传感器40、41、42、43和44的像素没有特别要求，例如选取1024*768像素的CCD即可达到一般实验的要求，如果对精度要求特别高，也可以选取更高分辨率的CCD。

高精度平移台30、31、32、33和34，用于水平移动和读数。包括手动和电动两种，前者需要使用者手调，后者可以自动控制。实验选取的平移台具有XY轴两个自由度，可以直接显示移动的距离。由于CCD是固定在平移台上的，因此，平移台的水平移动同时带动了CCD的水平移动。本实用新型对平移台本身的移动范围和精度没有特别要求，例如，移动范围可以选取0～25mm，精度可以为0.01mm。

遮光器件50，用于聚光。在实施例2中，CCD图像传感器40需放置在图3所示位置上，以保证光进入五个CCD图像传感器40、41、42、43和44的光程相等。由于CCD图像传感器40与第三分光棱镜20的距离较远，因此在它们之间增加了遮光器件50(如遮光管，标准C接口，可直接连在CCD图像传感器40上)，使光线能聚集入射到CCD图像传感器40中，减少光在传播过程中的损耗。

实施例1的工作原理：

首先，调节摄像机镜头10的焦距，同时调节高精度平移台32的位置，使得在CCD图像传感器42上成聚焦图像，记下此时CCD图像传感器42所采集到的聚焦图像以及高精度平移台32所移动的距离z₀；然后，根据实验要求确定需要的散焦步长Δz，将高精度平移台31和32的位置分别调节到z₀-Δz和z₀-2Δz处，将高精度平移台33和34的位置分别调节到z₀+Δz和z₀+2Δz处，使得在CCD图像传感器41、42、43和44上成散焦图像；最后，利用CCD图像传感器41、42、43和44实时采集4幅散焦图像。采集到的所有强度图像和移动的参数Δz都可以在摄像机的观察屏上直接显示。

实施例2的工作原理：

首先，调节摄像机镜头10的焦距，同时调节高精度平移台32的位置，使得在CCD图像传感器42上成聚焦图像，记下此时高精度平移台32所移动的距离z₀；然后，根据实验要求确定需要的散焦步长Δz，将高精度平移台30和31的位置分别调节到z₀-Δz和z₀-2Δz处，将高精度平移台33和34的位置分别调节到z₀+Δz和z₀+2Δz处，使得在CCD图像传感器40、41、43和44上成散焦图像；最后，利用CCD图像传感器40、41、42、43和44实时采集这5幅强度图像(1幅聚焦图像和4幅散焦图像)。这些强度图像和移动的参数Δz都可以在摄像机的观察屏上直接显示。

由上述可知，实施例1与实施例2相比，虽然无法同时获取5幅强度图像，但减少了一个CCD图像传感器40、一个第三分光棱镜20和一个遮光器件50，降低了成本，并且整体结构更加紧凑合理；实施例2与实施例1相比，体积较大，成本较高，整体结构不够紧凑，但是可以同时采集5幅强度图像，可以保证实验数据采集的实时性。使用者可以根据具体实验要求选取不同的方案。如果实验中要求同时采集超过5幅强度图像，则可以在实施例2的基础上扩充光学元件的个数，整体设计思想不变。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种集成式多CCD采集读数摄像机，包括摄像机镜头，其特征在于：所述摄像机镜头的出射光路上设有第一分光装置，所述第一分光装置将入射光分为两束分别出射至两个第二分光装置，所述第二分光装置将入射光分为两束分别出射至两个固定在高精度平移台上的CCD图像传感器。

2.根据权利要求1所述的集成式多CCD采集读数摄像机，其特征在于：所述摄像机镜头与第一分光装置之间设有第三分光装置，所述第三分光装置将入射光分为两束分别出射至第一分光装置和遮光器件，所述遮光器件的出射光路上设有固定在高精度平移台上的CCD图像传感器。

3.根据权利要求1所述的集成式多CCD采集读数摄像机，其特征在于：所述第一分光装置和第二分光装置均采用分光棱镜。

4.根据权利要求2所述的集成式多CCD采集读数摄像机，其特征在于：所述第三分光装置采用分光棱镜，所述遮光器件采用带有C接口的遮光管。

5.根据权利要求1或2所述的集成式多CCD采集读数摄像机，其特征在于：所述摄像机镜头的出射光到达各个CCD图像传感器的光程相等。