無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)制傳遞函數(shù)的測量方法及裝置，尤其是涉及一種基于狹縫靶標(biāo)的無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)是光學(xué)鏡頭的一個準(zhǔn)確、客觀并且定量的像質(zhì)評價指標(biāo)，被公認為是當(dāng)前光學(xué)鏡頭最有效、最全面的成像質(zhì)量評價方式。如果把物體看作是由各種頻率的頻譜組成，MTF則反映了光學(xué)系統(tǒng)對物體不同頻率成分的傳遞能力。一般來說，高頻部分反映物體的細節(jié)傳遞能力，中頻部分反映物體的層次傳遞情況，而低頻部分則反映物體的輪廓傳遞情況。目前光學(xué)鏡頭生產(chǎn)廠測量光學(xué)鏡頭MTF的主要方法是逆投影目視法。該方法的原理是:將刻有鑒別率圖案的分劃板放置于待測鏡頭的像方焦平面外并靠近像方焦平面的位置上，輔助照明光源均勻照射在分劃板上。分別調(diào)整分劃板和待測鏡頭的位置，即可將分劃板圖案的放大圖像成像在距離待測鏡頭物方焦平面數(shù)百毫米到數(shù)米遠的屏幕(墻壁)上。操作人員通過目測成像在屏幕(墻壁)上的分劃板圖案上不同線對的線條數(shù)，進而得到MTF曲線。該方法的優(yōu)點:1、設(shè)備成本低;2、操作簡單易學(xué)。該方法的缺點:1、目測方式，依賴操作員的判定經(jīng)驗，誤差比較大；2、無法記錄具體的MTF數(shù)值，無法給出全頻段的MTF;3、測試勞動強度大，操作員易疲勞;4、整體效率比較低。
[0003]專利CN104122077A采用的是對比度法測量特定頻率的MTF。把刻有多種不同線對密度的鑒別率板置于待測鏡頭的焦面位置，鑒別率板上的刻線經(jīng)過待測鏡頭成像到數(shù)字攝像機中，然后通過分析鑒別率板上不同線對密度的對比度，得出某些特定頻率的MTF值，該方案一次只能測試一個鏡頭。
[0004]專利CN101813558A描述了一種采用刃邊法測量光學(xué)鏡頭的MTF的方法。刀口靶標(biāo)相對于圖像采集單元傾斜一定的角度，實現(xiàn)過采樣技術(shù)，提高采樣率。通過分析數(shù)值攝像機拍攝到的刀口傾斜圖像，得到全頻率的MTF值。
[0005]目測方法精度低、速度慢;對比度法無法提供全頻率的MTF值，只能提供某些特定頻率的MTF值，測試結(jié)果不全面;刀口法由于要對邊緣擴散函數(shù)進行微分計算得到線擴散函數(shù)，故抗噪能力差，測試結(jié)果不準(zhǔn)確，也不穩(wěn)定。而且，以上這幾種常用的方法，均無法滿足于大規(guī)模的光學(xué)鏡頭生產(chǎn)所需的在線連續(xù)檢測的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于狹縫靶標(biāo)的無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置及方法，本發(fā)明裝置和方法可用于測量焦距范圍為l-12mm的光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳輸函數(shù)，解決了【背景技術(shù)】中光學(xué)鏡頭調(diào)制傳遞函數(shù)測試過程中誤差大、速度慢、穩(wěn)定性差等問題。該發(fā)明不僅具有強的抗干擾能力、能提供全頻段內(nèi)的MTF、測量準(zhǔn)確、操作簡便、測量速度快，而且測量裝置體積小、占用空間少、不需暗室，可以滿足光學(xué)鏡頭大批量生產(chǎn)的在線檢測要求，易于推廣應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案一:提供無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置。
[0009]—種無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置，包括:
[0010]主框架:用于支撐二維運動平臺與狹縫靶標(biāo)；
[0011]—維調(diào)焦電機:連接在狹縫靶標(biāo)的下方，帶動狹縫靶標(biāo)在豎直方向上移動；
[0012]鏡頭托盤:設(shè)置在二維運動平臺上，受二維運動平臺帶動而在水平方向移動，其上用于放置待測鏡頭；
[0013]電機控制器:與一維調(diào)焦電機及二維運動平臺連接，控制一維調(diào)焦電機及二維運動平臺的運動；
[0014]傘狀架:間隔設(shè)置在鏡頭托盤的上方；
[0015]圖像收集單元:徑向設(shè)置在傘狀架上，由相連的探測器與望遠鏡組成；
[0016]LED光源:發(fā)出的光源通過導(dǎo)光光纖傳遞到狹縫靶標(biāo)內(nèi)，具有狹縫信息的信號光平行入射至待測鏡頭，從待測鏡頭出射的帶有狹縫信息的平行光經(jīng)過望遠鏡焦成像在探測器探測面上，探測器將帶有狹縫信息的圖像傳遞給計算機；
[0017]計算機:對探測器獲取的圖像進行處理，得到待測鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)。
[0018]本發(fā)明中，所述的狹縫靶標(biāo)包括一支撐架，該支撐架的中間為透光的通孔，在通孔的上方設(shè)置有擴散板，擴散板上放置具有狹縫信息的狹縫本體，在支撐架的上端設(shè)置保護蓋，在支撐架的下側(cè)設(shè)置用于定位在主框架上的定位柱。
[0019]保護蓋用于保護狹縫本體不被其他異物所碰觸，狹縫本體采用帶有狹縫的玻璃，用于狹縫圖像，擴散板用于對入射光進行勻光處理，為狹縫提供均勻照明。支撐架用于支撐狹縫本體。
[0020]所述的定位柱設(shè)有三個，所述的主框架上設(shè)有與狹縫靶標(biāo)的定位柱相匹配的定位槽，所述的定位柱的端面為球面，所述的定位槽為V型槽，所述的定位柱與定位槽之間具有一定的磁吸力，通過定位柱與定位槽的共同作用來定位狹縫靶標(biāo)。所述的定位柱的高度可調(diào)，進而可以調(diào)節(jié)擴散板或狹縫本體的水平度，從而可以調(diào)整狹縫靶標(biāo)與待測鏡頭的光軸垂直。
[0021]本發(fā)明中，所述的鏡頭托盤上設(shè)置有多個測量孔，每個測量孔內(nèi)用于放置單獨的待測鏡頭，所述的測量孔與鏡頭托盤的下表面相貫通;所述的鏡頭托盤下表面設(shè)置有用于定位在二維運動平臺上的定位柱，在二維運動平臺上也設(shè)有與鏡頭托盤的定位柱相匹配的定位槽，鏡頭托盤的定位柱端面為球面，二維運動平臺上的定位槽為V型槽。鏡頭托盤的定位柱的高度可調(diào)，進而可以調(diào)節(jié)鏡頭托盤的水平度。鏡頭托盤的定位柱與二維運動平臺上的定位槽之間具有一定的磁吸力。
[0022]所述的二維運動平臺用于帶動鏡頭托盤在水平面上沿兩個垂直方向移動，移動的目的有兩個，一是用于切換鏡頭托盤上的待測鏡頭，另一個目的是用于待測鏡頭在測試過程中的對中操作，對中是指待測鏡頭光軸與望遠鏡、狹縫靶標(biāo)、探測器中心一致。
[0023]本發(fā)明中，所述的圖像收集單元設(shè)置多個，均沿傘狀架的徑向設(shè)置，所述的圖像收集單元可在傘狀架的徑向方向滑動。
[0024]所述的望遠鏡為圖像收集單元的前置光學(xué)聚集部分。從待測鏡頭出射的帶有狹縫信息的平行光經(jīng)過望遠鏡聚焦成像在探測器探測面上，便于探測器獲取相關(guān)信息。測量不同焦距的待測鏡頭，該望遠鏡的焦距可能不同。
[0025]所述的探測器為圖像收集單元中的光電轉(zhuǎn)換部件，采用CCD或CMOS感光片。包含狹縫靶標(biāo)信息的光信號，通過待測鏡頭和望遠鏡，入射到探測器上，就可以采集到包含狹縫像亮度分布或灰度分布的狹縫圖像。
[0026]所述的傘狀架，是以中間位置上鏡頭托盤上待測鏡頭主點為中心的圓形機械件，用于安裝探測器和望遠鏡和的組合體。圖像采集單元可以在傘狀架徑向方向上進行滑動，以測試待測鏡頭的不同視場的MTF。不同的狹縫靶標(biāo)、不同的待測鏡頭、不同的測量視場，都可以通過調(diào)整圖像采集單元在傘狀架上的位置，使狹縫清晰成像在探測器上。
[0027]為了實現(xiàn)在線連續(xù)檢測的功能，本發(fā)明中使用電機控制器精確控制一維調(diào)焦電機和二維運動平臺；并將探測器獲取的狹縫圖像通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸至計算機，在計算機內(nèi)實現(xiàn)圖像的去噪以及MTF的計算;最終通過特定的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)整個基于狹縫的無限共軛光路光學(xué)鏡頭調(diào)制傳遞函數(shù)測試儀的整體程序化控制。
[0028]本發(fā)明技術(shù)方案二:提供無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的方法。
[0029]基于上述裝置進行無限共軛光路測量光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)的方法，包括以下步驟:
[0030]a、安裝狹縫靶標(biāo):將狹縫靶標(biāo)放置于主框架的中部；
[0031 ] b、放置二維運動平臺與鏡頭托盤:將二維運動平臺設(shè)置在主框架上，把放置有待測鏡頭的鏡頭托盤放置在二維運動平臺上；
[0032]c、將LED光源通過導(dǎo)光光纖與狹縫靶標(biāo)連接，點亮LED光源，為裝置提供照明；
[0033]d、尋找最佳焦面:調(diào)節(jié)一維調(diào)焦電機，直至中心視場的狹縫像清晰，該位置就是待測鏡頭的最佳焦面附近的位置;并在這個位置的基礎(chǔ)上，設(shè)定一維調(diào)焦電機移動范圍，以便通過一維調(diào)焦電機對每顆待測鏡頭進行調(diào)焦；
[0034]e、圖像采集單元位置調(diào)節(jié):調(diào)整傘狀架上的邊緣視場的圖像采集單元的位置，使邊緣視場的狹縫像位于探測器中心;旋轉(zhuǎn)探測器，使狹縫像端正的位于圖像中呈水平豎直狀態(tài)；
[0035]f、拍攝狹縫圖像:啟動探測器獲取相應(yīng)視場內(nèi)的狹縫圖像;并利用數(shù)據(jù)采集卡傳輸至計算機；
[0036]g、MTF計算:計算機根據(jù)