TWI546528B

TWI546528B - 鏡頭檢測方法

Info

Publication number: TWI546528B
Application number: TW104123388A
Authority: TW
Inventors: 李昌遠
Original assignee: 九驊科技股份有限公司
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2016-08-21
Also published as: TW201704727A

Description

鏡頭檢測方法

本發明係關於一種鏡頭檢測方法，尤其關於一種鏡頭檢測方法其具有能夠動態地修正影像變形(distortion)的功能。

光學解晰調變轉換函數(modulation transfer function,MTF)已為現今市面上評估一個光學元件或光學系統之光學品質的一個常用指標，舉例來說，藉由檢視一鏡頭在某一區域所具有的光學解晰調變函數於各空間頻率的反應(即為光學空間頻率反應SFR)，便可得知該鏡頭在該區域對於各空間頻率(線密度)的解析度。

請參閱圖1，圖1為說明了運用測試圖樣100進行SFR量測的流程圖。如圖1所示，測試圖樣100具有一黑白邊緣，而SFR的量測包含有下列步驟：首先，將經由待測影像模組取得測試圖樣100之影像；接著系統會對影像加以分析，並找出影像中的亮度分佈(如圖1所示的edge spread function)，並且將其進行偏微分，即由邊緣分佈函數(Edge Spread Function)轉換為線分佈函數(line spread function)，最後再對線分佈函數進行快速傅利葉轉換(FFT)，以產生前述的光學解析空間頻率反應(即為圖1中光學解晰調變轉換函數對於空間頻率的圖形)。空間頻率之單位為：線對/公釐(lp/mm)。

圖2顯示習知用以檢測鏡頭之光箱的示意圖。請參照圖2，光箱10包含一光源113、至少一影像感測器114、一主機115、一測試圖樣100及一鏡頭 117。為檢測鏡頭117的不同特性，可以使用不同的測試圖樣100。進行檢測時，來自光源113的光線照射至測試圖樣100後，穿透過鏡頭117再照射至影像感測器114。影像感測器114擷取對應測試圖樣100的一圖案影像並傳送至主機115，再利用主機115對該被擷取到的圖案影像進行分析，求得例如解析度、光電轉換函數(OECF；Opto-electronic conversion function)、灰階度、光學調制函數(modulation transfer function,MTF)、或光學空間頻率反應(spatial frequency responses)等等資訊。

如圖2所示，由於測試圖樣100包含圖樣101及圖樣102，因此所擷取之影像會包含影像111及影像112，其中圖樣101為軸心(on axis)的圖樣；而圖樣102為邊緣(off axis)的圖樣。圖3顯示發生光學變形現象時之圖案影像的示意圖。如圖3所示，當待測鏡頭117有所謂之光學變形(Optical Distortion)的問題時，會在擷取影像155之邊緣部分會發生變形。再請參照圖2，當待測鏡頭117有所謂之光學變形的問題時，在圖樣101及圖樣102之寬度相同的情況下，擷取影像11及擷取影像112之寬度會因變形而相異，以圖2為例，擷取影像112之寬度小於擷取影像111之寬度。因此，該待測鏡頭117在邊緣之空間頻率及光學倍率會失真。

然而，當因為光學變形，而誤判邊緣的頻率時，其所對應之MTF 勢必也會錯誤。因此，需要一種能夠解決光學變形所造成之MTF量測誤差的問題。

依本發明一實施例，提供一種鏡頭檢測方法其具有能夠動態地修正影像變形(distortion)的功能。鏡頭檢測方法適用於一光箱中，以利用一測試圖樣檢測一鏡頭，光箱包含一第一影像感測器及一第二影像感測器，第一影像感測器置設於鏡頭的第一視場，而該第二影像感測器置於鏡頭的一預定角度的第二視場，該方法包含以下步驟。利用位於該鏡頭之一預定角度的該第二視場的該第二影像感測器，取得該測試圖樣的一邊緣圖樣的一第二影像，並利用該第二影像之一第二部分求得該鏡頭之該第一視場及該第二視場間的變化量。利用該第二影像的一第一部分，以及該第一視場及該第二視場間的變化量求得該預定角度的修正MTF值。

於一實施例中，利用位於該鏡頭之該第一視場的該第一影像感測器，取得該測試圖樣的一中心圖樣的第一影像，並利用該第一影像之一第二部分求得該鏡頭之該第一視場的倍率。

於一實施例中，該利用該第二影像之一第二部分求得該鏡頭之該第一視場及該第二視場間的變化量的步驟包含以下步驟。利用該第二影像之該第二部分求得該鏡頭之該第二視場的倍率。依據該第一視場的倍率及該第二視場的倍率，求得該第一視場及該第二視場間的倍率的變化量。

於一實施例中，該利用該第二影像的一第一部分，以及該第一視場及該第二視場間的變化量求得該預定角度的修正MTF值的步驟包含：利用該第二影像的該第一部分求得該預定角度的頻率，並利用該頻率；以及該第一視場及該第二視場間的倍率的變化量，來求得一修正後頻率，並依據該修正後頻率來求得該修正MTF值。

於一實施例中，該測試圖樣包含：一中心圖樣及一邊緣圖樣。中心圖樣用以供第一影像感測器置取得第一影像。該邊緣圖樣，用以供該第二影像感測器置取得該第二影像。

於一實施例中，該邊緣圖樣包含：一測試用圖案及一校正用圖案。測試用圖案，對應於該第二影像的該第一部分。校正用圖案，對應於該第二影像的該第二部分。

於一實施例中，校正用圖案為一可辨識圖形，可辨識圖形包含有多個具有規律且具一定大小比例之可測試圖樣。

依據本發明一實施例的鏡頭檢測方法，能夠修正因影像變形而造成之MTF的量測誤差，因此能夠避免MTF量測誤差的問題。

10‧‧‧光箱

100‧‧‧測試圖樣

101‧‧‧圖樣

102‧‧‧圖樣

111‧‧‧擷取影像

112‧‧‧擷取影像

113‧‧‧光源

114‧‧‧影像感測器

115‧‧‧主機

117‧‧‧鏡頭

141‧‧‧第一影像感測器

142‧‧‧第二影像感測器

155‧‧‧擷取影像

200‧‧‧測試圖樣

201‧‧‧中心圖樣

202‧‧‧邊緣圖樣

210‧‧‧測試用圖案

211‧‧‧測試用圖案

220‧‧‧校正用圖案

222‧‧‧校正用圖案

圖1為說明了運用測試圖樣進行SFR量測的流程圖。

圖2顯示習知用以檢測鏡頭之光箱的示意圖。

圖3顯示發生光學變形現象時之圖案影像的示意圖。

圖4A顯示本發明一實施例之影像感測器的位置配置圖。

圖4B顯示本發明一實施例之測試圖樣的示意圖。

圖5顯示依據本發明一實施例之鏡頭檢測方法的流程圖。

圖6顯示鏡頭之預定角度的視場的SFR曲線的示意圖。

圖4A顯示本發明一實施例之多個影像感測器的位置配置圖。如圖4A所示，本發明一實施例中，於鏡頭117之軸心的上方設置有一第一影像感測器141；並且於投影影像之邊緣設置有多個第二影像感測器142。亦即，第一影像感測器141以及該些第二影像感測器142分別置於相異的視場，其中第一影像感測器141置於中心視場(例如0F)；而該些第二影像感測器142置於需檢測之角度的視場(例如0.5F、0.7F或1F等)。

圖4B顯示本發明一實施例之測試圖樣200的示意圖。如圖4B所示，測試圖樣200包含中心圖樣201及邊緣圖樣202。邊緣圖樣202包含一測試用圖案210及一校正用圖案220。於一實施例中，中心圖樣201包含一測試用圖案211及一校正用圖案222。應了解的是，本發明不限定中心圖樣201應包含校正用圖案222，為了簡化起見，可以省略校正用圖案222的圖樣。此時，可以依鏡頭117的設計，預先設定一倍率，當作中心視角的倍率。此外，本發明亦不限定校正用圖案220或校正用圖案222的圖形，其可以為能夠確認變形狀況之可辨識圖形。該可辨識圖形包含多個如線、點、圓、方或是網格之有規律且具一定大小比例之可測試圖樣。於一實施例中，該些可測試圖樣可以設置在測試圖樣200的中心圖樣201及邊緣圖樣202的邊緣。

測試頻率(lp/mm)一般而言是指像端(image plane)的頻率(亦即校正用圖案的頻率)，在逆投影式架構下實際為物端(object plane)的頻率(亦即對應校正用圖案的第一影像的頻率)乘以倍率。於習知技術中，為求簡單且方便進行設計及運算，會使用中心視場(On axis)的倍率及頻率代表所有視角(Off axis)的頻率。然而，當待測鏡頭發生所謂光學變形(Optical Distorion)，亦即B_{On axis}/A≠B_{Off axis}/A(將於後述)時，在其他視角(Off axis)的倍率和頻率會失真，而當誤判其他視角(Off axis)的頻率時，所求得之MTF值亦是錯誤的。以下將詳細說明修正方式。

圖5顯示依據本發明一實施例之鏡頭檢測方法的流程圖。圖6顯示鏡頭之預定角度的視場的SFR曲線的示意圖。如圖5所示，本發明一實施例之鏡頭檢測方法，適用於一光箱10中，以利用一測試圖樣200檢測一鏡頭117，該光箱10包含一第一影像感測器141及至少一第二影像感測器142，該第一影像感測器141設於鏡頭117的中心視場，而該第二影像感測器142置於鏡頭117的至少一預定角度的視場，該方法包含以下步驟。

步驟S02：利用位於鏡頭117之中心視場的第一影像感測器141，取得一測試圖樣200的一中心圖樣201的第一影像，並利用第一影像之一第二部分求得鏡頭117之中心視場的倍率。於一實施例中，中心圖樣201亦可以包含有一校正用圖案220，其可以為多個格子所構成。並且，步驟S02更包含利用對應於中心圖樣201的校正用圖案222之第一影像的第二部分，計算格子的大小及放大倍率，求得中心圖樣201之校正用圖案222的中心視場的放大倍率。舉例而言，校正用圖案222之格子的大小為在水平方向及垂直方向為已知的Ah及Av，而校正用圖案222之第一影像中格子的大小在水平方向為B_{(On axis,h)}而垂直方向為B_{(On axis,v)}；其放大倍率在水平方向為B_{(On axis,h)}/Ah而垂直方向為B_{(On axis,v)}/Av。於一實施例中，步驟S02更包含以一預設倍率當作中心視場的倍率B_{On axis}/A(省略了方向上的表示)。應了解的是，由於水平方向和垂直方向的計算方法大致相同，因此為求簡便說明，以下依情況會省略方向的標示。

步驟S04：利用位於鏡頭117之一預定角度的視場(Off axis，離心視場)的至少一第二影像感測器142，取得一測試圖樣200的一邊緣圖樣202的一第二影像，於一實施例中，第二影像的一第一部分對應於測試用圖案210，而第二影像的一第二部分對應於校正用圖案220，並且，利用該第二影像的第二部分求得該預定角度的倍率，並求得中心視場及其他視場(邊緣視場)間倍率的變化量。

關於利用該第二影像的第二部分求得該預定角度的倍率的方式，詳細說明如下。於一實施例中，校正用圖案220為多個格子所構成，例如其格子的大小，在水平方向為Ah，而垂直方向為Av。檢測第二影像的第二部分求得其格子的大小或倍率，例如其格子的大小在水平方向為B(_{Off axis,h})而垂直方向為B(_{Off axis,v})；其倍率在水平方向為B(_{Off axis,h})/Ah而垂直方向為B(_{Off axis,v})/Av。而中心視場及其他視場間倍率的變化量為B(_{On axis,h})/B(_{Off axis,h})；以及B(_{On axis,v})/B(_{Off axis,v})。

步驟S06：利用該第二影像的第一部分求得該預定角度的頻率，並利用該頻率及中心視場及其他視場間倍率的變化量，來求得修正後頻率，並依據該修正後頻率來求得修正MTF值，其中可以同時分別地求得水平方向及垂直方向的MTF值。舉例而言，如圖6所示，依據該第二影像求得該預定角度的視場的SFR曲線L。並且，求得該預定角度的頻率為90lp/mm，在未進行修正的情況下，會依頻率90lp/mm求得MTF值V90。然而該值會有光學變形所產生的誤差。在測得中心視場及其他視場間倍率的變化量為例如B(_{On axis})/B(_{Off axis})=10/9的情況下，將頻率調整為修正後頻率100lp/mm(亦即90lp/mm*10/9)，再依據該修正後頻率100lp/mm來求得修正MTF值V100。藉此，能夠修正光學變形，所造成之誤差。

應注意的是，在未進行修正的情況下，若直接求得該預定角度的視場的MTF值時，會造成MTF量測誤差的問題。然而，依據本發明，由於預先求得中心視場及其他視場間倍率的變化量，因此能夠再以該變化量，校正因光學變形所產生的誤差，而求得修正後MTF值。依據此設計，能夠利用中心視場及其他視場間倍率的變化量，修正該預定角度的視場的MTF值，藉此能夠修正 MTF在水平方向或垂直方向上的量測誤差，而避免MTF量測誤差的問題。

此外，於前述步驟S02的一實施例中，雖然是將鏡頭117之中心視場設為測試的標準點，但是本發明不限定於正中心位置。於其他實施例中，可以依鏡頭117的規格，找出不會發生光學變形的區域，並以該些不會發生光學變形之區域的視場，作為中心視場。

此外，依據本發明，能夠適用於各種測量光學變形的光學系統，不論是正投影或逆投影量測方式皆可使用。依據本發明，在求得調制轉換函數(MTF)的各步驟中，例如在求得空間頻率之線對(LP/MM)、點分散函數(point spread function)、線分散函數(line spread function)、邊緣分散函數(edge spread function)等的步驟中，所使用之測試圖樣200的中心圖樣201及邊緣圖樣202包含了可以確認變形狀況之可辨識圖形。該可辨識圖形包含多個如線、點、圓、方或是網格之有規律且具一定大小比例之可測試圖樣，該些可測試圖樣設置在中心圖樣201及邊緣圖樣202的邊緣作為校正用圖案。

綜上所述，依據本發明一實施例，由於於測試圖樣200的邊緣圖樣202中包含有一校正用圖案222，其為可辨識圖形，因此能夠透過校正用圖案222求得中心視場及其他視場間倍率的變化量，並能夠再依該變化量來修正頻率以及求得修正MTF值。