專利名稱：基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法與裝置屬于以采用光學(xué)方法為特征的計(jì)量設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種以靜態(tài)點(diǎn)光源為目標(biāo)，在頻域利用兩幀靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像來測量光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的方法與裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率是醫(yī)學(xué)以及精密測量領(lǐng)域中非常重要的參數(shù)，它不僅標(biāo)明光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，同樣可以利用這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)開展其它參數(shù)的精密測量。然而，如何獲得一個光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率，是開展這項(xiàng)工作的首要問題?！⒐鈱W(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法問題1987年07月，《醫(yī)學(xué)物理》發(fā)表文章《論顯微鏡中物鏡的放大率》，發(fā)現(xiàn)了顯微鏡中物鏡的橫向放大率經(jīng)驗(yàn)公式與實(shí)際測量過程中產(chǎn)生的矛盾，該文章雖然沒有給出物鏡橫向放大率的測量方法，但是該矛盾卻引出了光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的測量問題。而后續(xù)的一些文章，均顯現(xiàn)出光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量的必要性。1999年03月，《黃山高等?？茖W(xué)校學(xué)報》第I卷第2期發(fā)表文章《關(guān)于幾何光學(xué)中橫向放大率的討論》，該文章討論了光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，該方法的適用條件是近軸條件下的理想光學(xué)系統(tǒng)成像，而當(dāng)這些條件不滿足時，本文所總結(jié)的公式與實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率之間的誤差卻沒有說明，更缺少對于這種誤差，如何測量光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率方法的說明。2000年05月，《華南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》第2期發(fā)表文章《關(guān)于理想光具組橫向放大率曲線的分析與運(yùn)用》，本文根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的定義總結(jié)出理想光具組橫向放大率的計(jì)算公式，并繪制出橫向放大率-物距像距曲線，該方法適用的條件仍然是理想光學(xué)系統(tǒng)近軸光線，而對于非理想條件下，經(jīng)驗(yàn)公式中指出的橫向放大率與實(shí)際橫向放大率之間的誤差卻沒有說明，更說明了測量光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率方法的必要性。2002年06月，《江西教育學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué))》第23卷第3期發(fā)表文章《用位相變換函數(shù)導(dǎo)出傍軸條件下透鏡的物像距公式和橫向放大率公式》，該文章以傅里葉光學(xué)為基礎(chǔ)，利用透鏡的相位變換作用推導(dǎo)出了傍軸條件下的物像距離公式以及光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率公式，然而，這篇文章的適用條件仍然是傍軸近似條件下的理想光學(xué)系統(tǒng)成像，同樣具有同之前兩篇文章相同的問題。因?yàn)榇嬖诠鈱W(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量的迫切需求，所以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和精密測量等領(lǐng)域，均有學(xué)者提出自己的測量方法。2010年09月，《醫(yī)學(xué)影像技術(shù)》第26卷增刊I發(fā)表文章《數(shù)字X線機(jī)固有放大率的測定》提供了一種放大率的測定方法，這種測定方法首先將小鋼球固定在X線探測器上， 攝片后用機(jī)器自帶的標(biāo)尺測出小球投影的直徑；打印出照片，在閱片燈下用分規(guī)量好照片上投影的鋼球直徑，并用游標(biāo)卡尺精確測出其數(shù)據(jù)，對比兩組數(shù)據(jù)有誤差異。同樣用游標(biāo)卡尺測出相應(yīng)鋼球的實(shí)際直徑，可得出兩直徑之比，即X線影線放大率。由于該文章并非由精密測量領(lǐng)域人員所寫，所以文章所采用的測量方法比較古老，沿用的是標(biāo)尺測量物高，這種標(biāo)尺測量具有一定的主觀性，對測量結(jié)果影響較大。2003年09月，《河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報》第17卷第3期發(fā)表文章《比較板法測望遠(yuǎn)鏡放大率》，該文章介紹了一種光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的新方法，這種方法與現(xiàn)行的普通物理實(shí)驗(yàn)所用方法相比，不僅原理簡單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，而且更具操作性。然而這種方法任然沒有擺脫傳統(tǒng)方法的束縛，對像高的判斷仍然沿用刻度尺讀取目標(biāo)長度的方法，因此同樣具有主觀性的問題。然而，這個問題隨著CCD的迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用到精密測量領(lǐng)域而解決，同時，光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的測量精度也相應(yīng)得到了提高。1998年06月，《光電工程》第25卷第3期發(fā)表文章《(XD測望遠(yuǎn)系統(tǒng)放大率》，該文章介紹的方法原理簡單，直接利用像高物高比來測定望遠(yuǎn)系統(tǒng)的放大率，該文章所介紹的方法與傳統(tǒng)方法相比，像高不再采用標(biāo)尺進(jìn)行測量，而是通過刻線所占CCD像素個數(shù)與像素間距的乘積來判斷，這種方法減少了測量過程中的主觀因素，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。2002年03月，《物理實(shí)驗(yàn)》第22卷第3期發(fā)表文章《橫向放大率法確定復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)》，2006年08月，《大學(xué)物理》第25卷第8期發(fā)表文章《橫向放大率法測定光具組的基點(diǎn)》，這兩篇文章將橫向放大率擴(kuò)展到了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域，用它來確定復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)，并得出重要結(jié)論，基點(diǎn)是光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的函數(shù)。這個結(jié)論說明基點(diǎn)確定的準(zhǔn)確與否直接與光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的準(zhǔn)確程度相關(guān)，因此，有必要精確測量光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率。而本文仍然沿用橫向放大率的定義，即像高與物高比值進(jìn)行測量，其中，像高的測量仍然沿用上一篇文章的測量原理，根據(jù)雙縫所橫跨的像素個數(shù)與像素間距的乘積來確定。對現(xiàn)有技術(shù)方法的陳述可以總結(jié)出以下結(jié)論，對于光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的測量問題，無非是采用兩種方法I)利用光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的定義，即像高和物高的比值來直接測量；2)根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率與某圖像高度在特定光學(xué)系統(tǒng)中的特定關(guān)系，通過圖像高度的獲取實(shí)現(xiàn)對光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的間接測量。無論是哪一種方法，均需要對像高進(jìn)行判斷，而現(xiàn)階段的判斷方法具有相同的技術(shù)特征利用圖像所橫跨像素的個數(shù)與像素間距的乘積得到圖像的高度信息。雖然該技術(shù)特征可以避免傳統(tǒng)方法中用刻度尺測量像高的過程中的主觀因素，但是這種方法也有自身的問題，因?yàn)閷τ谙袼貍€數(shù)的判斷，只能是整數(shù)判斷，每一側(cè)的判斷最多存在±0.5個像素的誤差，兩個邊緣就可能存在± I個像素的誤差，圖像的尺寸越小，誤差就會越大。雖然在理論上可以增大線光源的長度，通過用更多的像素來均攤誤差得到彌補(bǔ)，但是對于大畸變光學(xué)系統(tǒng)，即不同視場下放大倍率不同的光學(xué)系統(tǒng)，增大線光源的長度同樣會帶來新的問題I)增大目標(biāo)尺寸，可能會使圖像在長度上發(fā)生嚴(yán)重形變，這種情況下，不僅不能均攤誤差，反而會使像素個數(shù)的判斷誤差更大，因此對于大畸變光學(xué)系統(tǒng)，該方法不適合在大視場范圍內(nèi)進(jìn)行測量；2)針對大畸變光學(xué)系統(tǒng),理應(yīng)在每一個小視場范圍內(nèi)，精確測量該視場范圍下的橫向放大率，最終得到不同視場下的橫向放大率曲線，但由于背景技術(shù)所采用的測量方法在小視場范圍內(nèi)單次測量結(jié)果之間誤差較大，因此大畸變光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量重復(fù)性低。二、光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量裝置問題國際專利分類號GOlM 11/02光學(xué)性質(zhì)的測試領(lǐng)域，有兩項(xiàng)發(fā)明專利公開了動像調(diào)制傳遞函數(shù)測量裝置的組成專利號ZL200810137150. 1，授權(quán)公告日2010年09月29日，發(fā)明專利《動態(tài)目標(biāo)
調(diào)制傳遞函數(shù)測量方法與裝置》，公開了一種高精度多功能的動像調(diào)制傳遞函數(shù)測量裝置， 該裝置中也具有光源、光學(xué)系統(tǒng)以及圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，并且同樣是光源經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像到圖像傳感器表面。專利號ZL201010252619. 3，授權(quán)公告日2012年01月11日，發(fā)明專利《動像調(diào)制傳遞函數(shù)測量裝置》，在上一個專利所公開裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定了裝置中光學(xué)鏡頭的耦合方式以及測量的同步方式。但是這兩項(xiàng)發(fā)明的特點(diǎn)是光源的運(yùn)動軌跡是垂直于光軸的直線，對于有場曲的光學(xué)系統(tǒng)，光源運(yùn)動的過程中，必然會造成圖像的離焦，如果將這兩項(xiàng)發(fā)明所公開的測量裝置直接應(yīng)用到本發(fā)明中，無法克服離焦造成的圖像模糊問題以及圖像灰度值變化問題，該問題會造成截止頻率位置上的偏移，使測量結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對上述現(xiàn)有測量方法針對大畸變光學(xué)系統(tǒng)，不適合大視場范圍內(nèi)測量，而在小視場范圍內(nèi)，又存在橫向放大率測量重復(fù)性低的問題，以及現(xiàn)有測量裝置存在離焦的問題，提出了一種光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率的測量方法與裝置，該方法可以在小視場范圍內(nèi)提高測量結(jié)果重復(fù)性，更適合測量大畸變光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率；該裝置可以消除離焦對測量結(jié)果的影響，進(jìn)一步提高測量結(jié)果重復(fù)性。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法，步驟如下a.圖像傳感器對靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)第一次成像，得到第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，并提取點(diǎn)目標(biāo)像所在像素坐標(biāo)位置(Xpy1)；b.使點(diǎn)目標(biāo)沿圖像傳感器行或列方向運(yùn)動,位移量為d,之后保持點(diǎn)目標(biāo)為靜止?fàn)顟B(tài)；c.保持圖像傳感器曝光時間不變，圖像傳感器對靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)第二次成像，得到第二中貞初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，并提取點(diǎn)目標(biāo)像所在像素坐標(biāo)位置(x2，y2)；d.移除點(diǎn)目標(biāo)并保持圖像傳感器曝光時間不變，圖像傳感器對背景成像，得到干擾圖像，并將干擾圖像中灰度值的最大值作為閾值；e.第a步得到的第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，將灰度值小于第d步所得閾值的像素的灰度值修正為0，得到第一幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像；第c步得到的第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，將灰度值小于第d步所得閾值的像素的灰度值修正為0，得到第二幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像；將第一幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像和第二幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像相疊加，疊加后新圖像中兩個點(diǎn)目標(biāo)像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并將第a步得到的像素坐標(biāo)位置(X1, Y1)和第c步得到的像素坐標(biāo)位置(x2，I2)連線所覆蓋的像素的灰度值替換為新灰度值，得到構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像；或者將第a步得到的第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像和第c步得到的第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像相疊加，并將疊加后圖像中灰度值小于第d步所得閾值2倍的像素的灰度值修正為 0，得到修正疊加圖像；將修正疊加圖像中兩個點(diǎn)目標(biāo)像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并將第a步得到的像素坐標(biāo)位置(Xl，Y1)和第c步得到的像素坐標(biāo)位置(x2，I2)連線所覆蓋的像素的灰度值替換為新灰度值，得到構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像；f.第e步得到的構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像，將線狀光斑所在行或列的整行或整列信息提取出來，作為構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像，該構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像具有η個元素；g.對第f步得到的構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像進(jìn)行離散傅里葉變換并取模，得到調(diào)制傳遞函數(shù)圖像，該調(diào)制傳遞函數(shù)圖像具有同第f步得到的構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像相同的元素個
數(shù)n，即η個離散頻譜分量，按照空間頻率從小到大的順序分別為MpMpM2.....Mlri，在該順
序下，調(diào)制傳遞函數(shù)值第一次達(dá)到極小值所對應(yīng)的調(diào)制傳遞函數(shù)值為Mi,其下腳標(biāo)序號為 i，結(jié)合圖像傳感器的像素間距1，得到吣所對應(yīng)的空間頻率值為f = i/(nl)；h.根據(jù)調(diào)制傳遞函數(shù)模型MTF (f) = I sine O fd) | ,結(jié)合第g步得到的頻率值 , 得到線狀光斑長度為d' = 1/f = nl/i ；i.根據(jù)第b步點(diǎn)目標(biāo)位移量d和第h步得到的線狀光斑長度d'，得到光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率為β = d' /d = nl/(id)。基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量裝置，包括點(diǎn)目標(biāo)、光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器、滑塊以及垂直光軸方向的第一導(dǎo)軌，所述的點(diǎn)目標(biāo)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像到圖像傳感器表面；并且，該裝置還包括沿光軸方向的第二導(dǎo)軌，承載點(diǎn)目標(biāo)的滑塊安裝在第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌上，滑塊在第一導(dǎo)軌上的運(yùn)動與滑塊在第二導(dǎo)軌上的運(yùn)動相配合，使點(diǎn)目標(biāo)在任意視場位置都準(zhǔn)焦成像到圖像傳感器表面。本發(fā)明的有益效果是I)本發(fā)明采用的測量方法區(qū)別于傳統(tǒng)空域測量方法，該方法以點(diǎn)光源為目標(biāo)，使點(diǎn)目標(biāo)處于不同視場下并對其兩次成像，根據(jù)兩幅點(diǎn)目標(biāo)像構(gòu)造出線狀圖像，在頻域中利用實(shí)際測量得到的調(diào)制傳遞函數(shù)值第一次達(dá)到極小值時所對應(yīng)的頻率與理論截止頻率相等，計(jì)算得到光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率；該特征使得采用長度短小的線光源時，會得到更高的截止頻率，從而均攤截止頻率的誤差，使得單次測量結(jié)果之間的誤差更小，進(jìn)而提高測量結(jié)果重復(fù)性；2)本發(fā)明采用的測量裝置包括沿光軸方向的第二導(dǎo)軌，承載點(diǎn)目標(biāo)的滑塊安裝在第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌上，滑塊在第一導(dǎo)軌上的運(yùn)動與滑塊在第二導(dǎo)軌上的運(yùn)動相配合，使點(diǎn)目標(biāo)在任意視場位置都準(zhǔn)焦成像到圖像傳感器表面；該特征使測量得到的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線更接近真實(shí)曲線，實(shí)際測量得到的截止頻率位置更加準(zhǔn)確，可以進(jìn)一步減小單次測量結(jié)果之間的誤差，提高測量結(jié)果重復(fù)性。


圖I是基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖
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圖2是基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法流程3是第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像局部4是第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像局部5是構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像局部6是構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像圖中1點(diǎn)目標(biāo)2光學(xué)系統(tǒng)3圖像傳感器4滑塊5第一導(dǎo)軌6第二導(dǎo)軌
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖I為基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；該裝置包括點(diǎn)目標(biāo)I、光學(xué)系統(tǒng)2、圖像傳感器3、滑塊4以及垂直光軸方向的第一導(dǎo)軌5,所述的點(diǎn)目標(biāo)I經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)2成像到圖像傳感器3表面；并且，該裝置還包括沿光軸方向的第二導(dǎo)軌 6，承載點(diǎn)目標(biāo)I的滑塊4安裝在第一導(dǎo)軌5和第二導(dǎo)軌6上，滑塊4在第一導(dǎo)軌5上的運(yùn)動與滑塊4在第二導(dǎo)軌6上的運(yùn)動相配合，使點(diǎn)目標(biāo)I在任意視場位置都準(zhǔn)焦成像到圖像傳感器3表面；其中，點(diǎn)目標(biāo)I為直徑15 μ m的針孔，圖像傳感器3的像素間距為5. 6 μ m?；邳c(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法，流程圖如圖2所示，該方法步驟如下a.圖像傳感器3對靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)I第一次成像，得到第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，其局部圖如圖3所示，并提取點(diǎn)目標(biāo)像所在像素坐標(biāo)位置(Xl，yi) = (371，539)；b.使點(diǎn)目標(biāo)I沿圖像傳感器3行方向運(yùn)動,位移量為d = 6. 104mm,之后保持點(diǎn)目標(biāo)I為靜止?fàn)顟B(tài)；c.保持圖像傳感器3曝光時間不變，圖像傳感器3對靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)I第二次成像，得到第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，其局部圖如圖4所示，并提取點(diǎn)目標(biāo)像所在像素坐標(biāo)位置 (X2，y2) = (371,601)；d.移除點(diǎn)目標(biāo)I并保持圖像傳感器3曝光時間不變，圖像傳感器3對背景成像，得到干擾圖像，并將干擾圖像中灰度值的最大值作為閾值，該閾值為10 ；e.第a步得到的第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，將灰度值小于第d步所得閾值的像素的灰度值修正為0，得到第一幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像；第c步得到的第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，將灰度值小于第d步所得閾值的像素的灰度值修正為0，得到第二幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像；將第一幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像和第二幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像相疊加，疊加后新圖像中兩個點(diǎn)目標(biāo)像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并將第a步得到的像素坐標(biāo)位置(X1J1) = (371,539)和第c步得到的像素坐標(biāo)位置(x2，y2) = (371， 601)連線所覆蓋的像素的灰度值替換為新灰度值，得到構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像，其局部圖如圖5所示；或者將第a步得到的第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像和第c步得到的第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像相疊加，并將疊加后圖像中灰度值小于第d步所得閾值2倍的像素的灰度值修正為 0，得到修正疊加圖像；將修正疊加圖像中兩個點(diǎn)目標(biāo)像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并將第a步得到的像素坐標(biāo)位置(Xl，Y1) = (371,539)和第c步得到的像素坐標(biāo)位置(X2，y2) = (371,601)連線所覆蓋的像素的灰度值替換為新灰度值，得到構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像，其局部圖如圖5所示；f.第e步得到的構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像，將線狀光斑所在行的整行信息提取出來， 作為構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像，如圖6所示，該構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像具有η = 1280個元素；g.對第f步得到的構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像進(jìn)行離散傅里葉變換并取模，得到調(diào)制傳遞函數(shù)圖像，該調(diào)制傳遞函數(shù)圖像具有同第f步得到的構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像相同的元素個
數(shù)η = 1280，即1280個離散頻譜分量，按照空間頻率從小到大的順序分別為M^MpM2.....
M1279，在該順序下，調(diào)制傳遞函數(shù)值第一次達(dá)到極小值所對應(yīng)的調(diào)制傳遞函數(shù)值為M21，其下腳標(biāo)序號為i = 21，結(jié)合圖像傳感器3的像素間距I = 5. 6 μ m，得到M21所對應(yīng)的空間頻率值為f = i/(nl) = 21/ (1280X 5. 6X 1(Γ3) = 2. 92971p/mm ；h.根據(jù)調(diào)制傳遞函數(shù)模型MTF(f) = I sine O fd) I ,結(jié)合第g步得到的頻率值 f = 2.92971p/mm，得到線狀光斑長度為d' = 1/f = nl/i = 1280X5· 6X 1(Γ3/21 =
O.3413mm ;i.根據(jù)第b步點(diǎn)目標(biāo)I位移量d = 6. 104mm和第h步得到的線狀光斑長度cT =O. 3413mm，得到光學(xué)系統(tǒng) 2 橫向放大率為β = d' /d = nl/(id) = 1280X5. 6X IO^3/ (21X6. 104) = O. 0559。
權(quán)利要求
1.基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法，其特征在于所述方法步驟如下a.圖像傳感器對靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)第一次成像，得到第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，并提取點(diǎn)目標(biāo)像所在像素坐標(biāo)位置Upy1)；b.使點(diǎn)目標(biāo)沿圖像傳感器行或列方向運(yùn)動，位移量為d，之后保持點(diǎn)目標(biāo)為靜止?fàn)顟B(tài)；c.保持圖像傳感器曝光時間不變，圖像傳感器對靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)第二次成像，得到第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，并提取點(diǎn)目標(biāo)像所在像素坐標(biāo)位置(x2，y2)；d.移除點(diǎn)目標(biāo)并保持圖像傳感器曝光時間不變，圖像傳感器對背景成像，得到干擾圖像，并將干擾圖像中灰度值的最大值作為閾值；e.第a步得到的第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，將灰度值小于第d步所得閾值的像素的灰度值修正為0，得到第一幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像；第c步得到的第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像，將灰度值小于第d步所得閾值的像素的灰度值修正為0，得到第二幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像；將第一幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像和第二幀修正靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像相疊加，疊加后新圖像中兩個點(diǎn)目標(biāo)像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并將第a步得到的像素坐標(biāo)位置(Xl，Y1)和第c步得到的像素坐標(biāo)位置(x2，I2)連線所覆蓋的像素的灰度值替換為新灰度值，得到構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像；或者將第a步得到的第一幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像和第c步得到的第二幀初始靜態(tài)點(diǎn)目標(biāo)圖像相疊加，并將疊加后圖像中灰度值小于第d步所得閾值2倍的像素的灰度值修正為0，得到修正疊加圖像；將修正疊加圖像中兩個點(diǎn)目標(biāo)像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并將第a步得到的像素坐標(biāo)位置(Xl，Y1)和第c步得到的像素坐標(biāo)位置(x2，I2)連線所覆蓋的像素的灰度值替換為新灰度值，得到構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像；f.第e步得到的構(gòu)造點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)圖像，將線狀光斑所在行或列的整行或整列信息提取出來，作為構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像，該構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像具有η個元素；g.對第f步得到的構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像進(jìn)行離散傅里葉變換并取模，得到調(diào)制傳遞函數(shù)圖像，該調(diào)制傳遞函數(shù)圖像具有同第f步得到的構(gòu)造線擴(kuò)展函數(shù)圖像相同的元素個數(shù)n，即η個離散頻譜分量，按照空間頻率從小到大的順序分別為凡為為.....Mlri，在該順序下，調(diào)制傳遞函數(shù)值第一次達(dá)到極小值所對應(yīng)的調(diào)制傳遞函數(shù)值為Mi,其下腳標(biāo)序號為i，結(jié)合圖像傳感器的像素間距1，得到Mi所對應(yīng)的空間頻率值為f = i/(nl)；h.根據(jù)調(diào)制傳遞函數(shù)模型MTF(f) = I sine O fd) I,結(jié)合第g步得到的頻率值f,得到線狀光斑長度為d' = 1/f = nl/i ；i.根據(jù)第b步點(diǎn)目標(biāo)位移量d和第h步得到的線狀光斑長度d'，得到光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率為:β = (Γ /d = nl/(id) ο
2.基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量裝置，包括點(diǎn)目標(biāo)(I)、光學(xué)系統(tǒng)(2)、圖像傳感器(3)、滑塊(4)以及垂直光軸方向的第一導(dǎo)軌(5)，所述的點(diǎn)目標(biāo)⑴經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)(2)成像到圖像傳感器(3)表面；其特征在于該裝置還包括沿光軸方向的第二導(dǎo)軌(6)，承載點(diǎn)目標(biāo)(I)的滑塊(4)安裝在第一導(dǎo)軌(5)和第二導(dǎo)軌(6)上，滑塊(4)在第一導(dǎo)軌(5)上的運(yùn)動與滑塊(4)在第二導(dǎo)軌(6)上的運(yùn)動相配合，使點(diǎn)目標(biāo)(I)在任意視場位置都準(zhǔn)焦成像到圖像傳感器(3)表面。
全文摘要
基于點(diǎn)目標(biāo)像拼合的光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率測量方法與裝置屬于以采用光學(xué)方法為特征的計(jì)量設(shè)備領(lǐng)域；本方法使點(diǎn)目標(biāo)處于不同視場下并對其兩次成像，根據(jù)兩幅點(diǎn)目標(biāo)像構(gòu)造出線狀圖像，在頻域中利用實(shí)際測量得到的調(diào)制傳遞函數(shù)值第一次達(dá)到極小值時所對應(yīng)的頻率與理論截止頻率相等，計(jì)算得到光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率；本裝置中承載點(diǎn)目標(biāo)的滑塊安裝在第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌上，滑塊在第一導(dǎo)軌上的運(yùn)動與滑塊在第二導(dǎo)軌上的運(yùn)動相配合，使點(diǎn)目標(biāo)在任意視場位置都準(zhǔn)焦成像到圖像傳感器表面；采用本發(fā)明測量光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率，有利于減小單次測量結(jié)果之間的誤差，進(jìn)而提高測量結(jié)果重復(fù)性。
文檔編號G01M11/02GK102607815SQ20121008478
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月17日
發(fā)明者劉儉, 譚久彬, 趙煙橋 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)