无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种调制传递函数的测量方法及装置，尤其是涉及一种基于狭缝靶标的无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置及方法。
【背景技术】
[0002]调制传递函数(MTF)是光学镜头的一个准确、客观并且定量的像质评价指标，被公认为是当前光学镜头最有效、最全面的成像质量评价方式。如果把物体看作是由各种频率的频谱组成，MTF则反映了光学系统对物体不同频率成分的传递能力。一般来说，高频部分反映物体的细节传递能力，中频部分反映物体的层次传递情况，而低频部分则反映物体的轮廓传递情况。目前光学镜头生产厂测量光学镜头MTF的主要方法是逆投影目视法。该方法的原理是:将刻有鉴别率图案的分划板放置于待测镜头的像方焦平面外并靠近像方焦平面的位置上，辅助照明光源均匀照射在分划板上。分别调整分划板和待测镜头的位置，即可将分划板图案的放大图像成像在距离待测镜头物方焦平面数百毫米到数米远的屏幕(墙壁)上。操作人员通过目测成像在屏幕(墙壁)上的分划板图案上不同线对的线条数，进而得到MTF曲线。该方法的优点:1、设备成本低;2、操作简单易学。该方法的缺点:1、目测方式，依赖操作员的判定经验，误差比较大；2、无法记录具体的MTF数值，无法给出全频段的MTF;3、测试劳动强度大，操作员易疲劳;4、整体效率比较低。
[0003]专利CN104122077A采用的是对比度法测量特定频率的MTF。把刻有多种不同线对密度的鉴别率板置于待测镜头的焦面位置，鉴别率板上的刻线经过待测镜头成像到数字摄像机中，然后通过分析鉴别率板上不同线对密度的对比度，得出某些特定频率的MTF值，该方案一次只能测试一个镜头。
[0004]专利CN101813558A描述了一种采用刃边法测量光学镜头的MTF的方法。刀口靶标相对于图像采集单元倾斜一定的角度，实现过采样技术，提高采样率。通过分析数值摄像机拍摄到的刀口倾斜图像，得到全频率的MTF值。
[0005]目测方法精度低、速度慢;对比度法无法提供全频率的MTF值，只能提供某些特定频率的MTF值，测试结果不全面;刀口法由于要对边缘扩散函数进行微分计算得到线扩散函数，故抗噪能力差，测试结果不准确，也不稳定。而且，以上这几种常用的方法，均无法满足于大规模的光学镜头生产所需的在线连续检测的需求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于狭缝靶标的无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置及方法，本发明装置和方法可用于测量焦距范围为l-12mm的光学镜头的调制传输函数，解决了【背景技术】中光学镜头调制传递函数测试过程中误差大、速度慢、稳定性差等问题。该发明不仅具有强的抗干扰能力、能提供全频段内的MTF、测量准确、操作简便、测量速度快，而且测量装置体积小、占用空间少、不需暗室，可以满足光学镜头大批量生产的在线检测要求，易于推广应用。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]本发明技术方案一:提供无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置。
[0009]—种无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的装置，包括:
[0010]主框架:用于支撑二维运动平台与狭缝靶标；
[0011]—维调焦电机:连接在狭缝靶标的下方，带动狭缝靶标在竖直方向上移动；
[0012]镜头托盘:设置在二维运动平台上，受二维运动平台带动而在水平方向移动，其上用于放置待测镜头；
[0013]电机控制器:与一维调焦电机及二维运动平台连接，控制一维调焦电机及二维运动平台的运动；
[0014]伞状架:间隔设置在镜头托盘的上方；
[0015]图像收集单元:径向设置在伞状架上，由相连的探测器与望远镜组成；
[0016]LED光源:发出的光源通过导光光纤传递到狭缝靶标内，具有狭缝信息的信号光平行入射至待测镜头，从待测镜头出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜焦成像在探测器探测面上，探测器将带有狭缝信息的图像传递给计算机；
[0017]计算机:对探测器获取的图像进行处理，得到待测镜头的调制传递函数。
[0018]本发明中，所述的狭缝靶标包括一支撑架，该支撑架的中间为透光的通孔，在通孔的上方设置有扩散板，扩散板上放置具有狭缝信息的狭缝本体，在支撑架的上端设置保护盖，在支撑架的下侧设置用于定位在主框架上的定位柱。
[0019]保护盖用于保护狭缝本体不被其他异物所碰触，狭缝本体采用带有狭缝的玻璃，用于狭缝图像，扩散板用于对入射光进行匀光处理，为狭缝提供均匀照明。支撑架用于支撑狭缝本体。
[0020]所述的定位柱设有三个，所述的主框架上设有与狭缝靶标的定位柱相匹配的定位槽，所述的定位柱的端面为球面，所述的定位槽为V型槽，所述的定位柱与定位槽之间具有一定的磁吸力，通过定位柱与定位槽的共同作用来定位狭缝靶标。所述的定位柱的高度可调，进而可以调节扩散板或狭缝本体的水平度，从而可以调整狭缝靶标与待测镜头的光轴垂直。
[0021]本发明中，所述的镜头托盘上设置有多个测量孔，每个测量孔内用于放置单独的待测镜头，所述的测量孔与镜头托盘的下表面相贯通;所述的镜头托盘下表面设置有用于定位在二维运动平台上的定位柱，在二维运动平台上也设有与镜头托盘的定位柱相匹配的定位槽，镜头托盘的定位柱端面为球面，二维运动平台上的定位槽为V型槽。镜头托盘的定位柱的高度可调，进而可以调节镜头托盘的水平度。镜头托盘的定位柱与二维运动平台上的定位槽之间具有一定的磁吸力。
[0022]所述的二维运动平台用于带动镜头托盘在水平面上沿两个垂直方向移动，移动的目的有两个，一是用于切换镜头托盘上的待测镜头，另一个目的是用于待测镜头在测试过程中的对中操作，对中是指待测镜头光轴与望远镜、狭缝靶标、探测器中心一致。
[0023]本发明中，所述的图像收集单元设置多个，均沿伞状架的径向设置，所述的图像收集单元可在伞状架的径向方向滑动。
[0024]所述的望远镜为图像收集单元的前置光学聚集部分。从待测镜头出射的带有狭缝信息的平行光经过望远镜聚焦成像在探测器探测面上，便于探测器获取相关信息。测量不同焦距的待测镜头，该望远镜的焦距可能不同。
[0025]所述的探测器为图像收集单元中的光电转换部件，采用CCD或CMOS感光片。包含狭缝靶标信息的光信号，通过待测镜头和望远镜，入射到探测器上，就可以采集到包含狭缝像亮度分布或灰度分布的狭缝图像。
[0026]所述的伞状架，是以中间位置上镜头托盘上待测镜头主点为中心的圆形机械件，用于安装探测器和望远镜和的组合体。图像采集单元可以在伞状架径向方向上进行滑动，以测试待测镜头的不同视场的MTF。不同的狭缝靶标、不同的待测镜头、不同的测量视场，都可以通过调整图像采集单元在伞状架上的位置，使狭缝清晰成像在探测器上。
[0027]为了实现在线连续检测的功能，本发明中使用电机控制器精确控制一维调焦电机和二维运动平台；并将探测器获取的狭缝图像通过数据采集卡传输至计算机，在计算机内实现图像的去噪以及MTF的计算;最终通过特定的软件系统实现整个基于狭缝的无限共轭光路光学镜头调制传递函数测试仪的整体程序化控制。
[0028]本发明技术方案二:提供无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的方法。
[0029]基于上述装置进行无限共轭光路测量光学镜头的调制传递函数的方法，包括以下步骤:
[0030]a、安装狭缝靶标:将狭缝靶标放置于主框架的中部；
[0031 ] b、放置二维运动平台与镜头托盘:将二维运动平台设置在主框架上，把放置有待测镜头的镜头托盘放置在二维运动平台上；
[0032]c、将LED光源通过导光光纤与狭缝靶标连接，点亮LED光源，为装置提供照明；
[0033]d、寻找最佳焦面:调节一维调焦电机，直至中心视场的狭缝像清晰，该位置就是待测镜头的最佳焦面附近的位置;并在这个位置的基础上，设定一维调焦电机移动范围，以便通过一维调焦电机对每颗待测镜头进行调焦；
[0034]e、图像采集单元位置调节:调整伞状架上的边缘视场的图像采集单元的位置，使边缘视场的狭缝像位于探测器中心;旋转探测器，使狭缝像端正的位于图像中呈水平竖直状态；
[0035]f、拍摄狭缝图像:启动探测器获取相应视场内的狭缝图像;并利用数据采集卡传输至计算机；
[0036]g、MTF计算:计算机根据