一种基于光场相机的光路监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学系统的监测方法，尤其涉及一种基于光场相机的光路监测方法，其为一种光学系统中反射镜及反射镜与反射镜之间光路的监测方法。
【背景技术】
[0002]在光学技术领域，系统完整地监测光学系统的光路对于保障光学系统正常平稳地工作意义重大。在光学系统中，事前监测光学系统中反射镜的反射表面是否存在瑕疵，光路是否满足工作条件，可以在启动光学系统前排除潜在问题，保障光学系统工作。在光学系统工作时，在线监测光路的状况，可以对光学系统的工作状态进行记录，同时当光路中的某个光学元件工作状态发生变化而不满足工作条件时及时报警，降低损坏光路中光学元件的风险。事后监测光路可以通过对比光学系统在工作前后的状态，评估光学系统的工作特性。
[0003]另外，对于密封或者用箱体包裹的光学系统，排查光路中的光学元件是否能正常工作相对困难。使用人工排查方法费时费力，一般只能事前或者事后检测，难以实现在线检测，并且在激光系统中人工排查存在危险。因此，使用相机沿着光路对光学系统进行监测可以很好的解决在上述问题。中国专利申请号201410481855.1的发明专利“一种定位反射表面存在缺陷的反射镜的方法”通过不断调节普通相机镜头，使相机依次对焦于光路中反射镜的反射表面，来监测反射镜的工作状况。该方法在监测过程中需要不断改变相机参数，以满足对光路中不同反射镜的监测，从而难以系统完整地监测光路。光场相机以其独特的成像模式和图像处理方式可以有效的克服上述问题。
[0004]光场相机是可以实现长景深成像、事后对焦和深度测量的新型相机。理论上，光场相机可以系统完整的监测光学系统中整个光路的工作状况，同时可以确定存在瑕疵的反射镜的位置和数量。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:在光学技术领域，系统完整地监测光学系统的光路对于保障光学系统正常平稳地工作意义重大。在光学系统中，事前监测光学系统中反射镜的反射表面是否存在瑕疵，光路是否满足工作条件，可以在启动光学系统前排除潜在问题，保障光学系统工作。在光学系统工作时，在线监测光路的状况，可以对光学系统的工作状态进行记录，同时当光路中的某个光学元件工作状态发生变化而不满足工作条件时及时报警，降低损坏光路中光学元件的风险。事后监测光路可以通过对比光学系统在工作前后的状态，评估光学系统的工作特性。另外，对于密封或者用箱体包裹的光学系统，排查光路中的光学元件是否能正常工作相对困难。使用人工排查方法费时费力，一般只能事前或者事后检测，难以实现在线检测，并且在激光系统中人工排查存在危险。
[0006]本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于光场相机的光路监测方法，该方法使用光场相机沿着光学系统的光路成像，通过采集和处理图像信息判断反射镜的反射表面是否存在瑕疵及反射镜与反射镜之间光路是否存在亮点，同时可以确定存在瑕疵的反射镜或者光路中亮点的位置。该方法可事前、事后或者在线同时监测光路中多个反射镜的工作状况，该方法的特征在于其实现步骤如下:
[0007]步骤(I)、使用光场相机沿着光学系统的光路成像。
[0008]步骤(2)、调整光场相机的镜头，使其对焦于光路中部的反射镜，以保证光学系统中光路里所有反射镜的反射表面都在光场相机的数字对焦范围内。
[0009]步骤(3)、根据光场相机采集到的图像判断光路中是否有反射镜的反射表面存在缺陷。
[0010]步骤(4)、根据光场相机的参数和其对同一物点成像的视差关系计算反射表面存在瑕疵的反射镜与光场相机镜头之间的距离，从而可以确定反射镜在整个光路中的具体位置。
[0011]步骤(5)、依次确定所有反射表面存在缺陷的反射镜的位置，并确定其数量。
[0012]进一步的，所述光学系统中的反射镜包括全反镜和半反半透镜。
[0013]进一步的，所述光场相机为聚焦型光场相机，即物点通过光场相机主镜成像后，其像点与感光芯片关于微透镜阵列共轭。
[0014]进一步的，所述光场相机中主镜、微透镜阵列的摆放位置需满足同一物点可在两个或者两个以上的微透镜上成像，以便记录视差，从而根据视差计算反射镜与光场相机镜头之间的距离。
[0015]进一步的，所述步骤(4)中，反射镜与相机镜头之间的距离是根据双目测距原理和理想透镜高斯成像公式利用光场相机中主镜与微透镜阵列的参数和其对同一物点成像的视差关系计算而得。
[0016]本发明的原理是:本发明利用光场相机可以实现长景深成像、事后对焦和深度测量的特性对光路进行整体系统地监测，可事前、事后或者在线同时监测光路中多个反射镜的工作状况，同时确定光学系统中反射表面存在缺陷的反射镜的位置和数量。
[0017]本发明有如下优点:本发明适用范围广，通过采集到的图像信息确定反射镜的反射表面是否存在瑕疵及反射镜与反射镜之间光路是否存在亮点，同时可以确定存在瑕疵的反射镜或者光路中亮点的位置。本方法可事前、事后或者在线同时监测光学系统中多个反射镜的工作状况，及时发现反射表面存在缺陷的反射镜并确定其在光路中位置，以便及时采取保护措施；本发明具有实时性好、监测效率高、操作方便的优点，为光学系统正常平稳地工作提供保障。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的基本流程图；
[0019]图2为本发明的工作系统示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合本发明的工作系统示意图，对本发明进一步详细说明。
[0021]如附图2所示，用光场相机监测光学系统的工作系统由计算机A、光场相机B、分光镜C、光学系统D组成，假设其中光学系统D包括①号、②号和③号等三个反射镜，其具体实施方法如下:
[0022](I)使用分光镜C搭建辅助光路，使得光场相机B沿着光学系统D的光路成像，并将图像传递到计算机A。
[0023](2)调整光场相机B的镜头，使其对焦于光学系统D中位于光路中部的②号反射镜，以保证光学系统D中光路里所有反射镜都在光场相机B的数字对焦范围内。
[0024](3)根据光场相机B采集到的图像判断光路中是否有反射镜的反射表面存在缺陷。
[0025](4)假设光路中有反射镜的反射表面存在瑕疵，根据光场相机B的参数和其对同一物点成像的视差关系计算反射表面存在瑕疵的反射镜与光场相机镜头之间的距离，从而确定是①号、②号和③号三个反射镜中的哪一个或者哪几个反射镜存在瑕疵。
[0026]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的权利要求书的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于光场相机的光路监测方法，该方法使用光场相机沿着光学系统的光路成像，通过采集和处理图像信息判断反射镜的反射表面是否存在瑕疵及反射镜与反射镜之间光路是否存在亮点，同时可以确定存在瑕疵的反射镜及光路中亮点的位置，该方法可事前、事后或者在线同时监测光路中多个反射镜的工作状况，其特征在于:该方法实现步骤如下: 步骤(I)、使用光场相机沿着光学系统的光路成像； 步骤(2)、调整光场相机的镜头，使其对焦于光路中部的反射镜，以保证光学系统中光路里所有反射镜的反射表面都在光场相机的数字对焦范围内； 步骤(3)、根据光场相机采集到的图像判断光路中是否有反射镜的反射表面存在缺陷； 步骤(4)、根据光场相机的参数和其对同一物点成像的视差关系计算反射表面存在瑕疵的反射镜与光场相机镜头之间的距离，从而可以确定反射镜在整个光路中的具体位置； 步骤(5)、依次确定所有反射表面存在缺陷的反射镜的位置，并确定其数量。2.根据权利要求1所述一种基于光场相机的光路监测方法，其特征在于:光学系统中的反射镜包括全反镜和半反半透镜。3.根据权利要求1所述一种基于光场相机的光路监测方法，其特征在于:该方法所使用的光场相机为聚焦型光场相机，即物点通过光场相机主镜成像后，其像点与感光芯片关于微透镜阵列共轭。4.根据权利要求1所述一种基于光场相机的光路监测方法，其特征在于:该方法所使用的光场相机中主镜、微透镜阵列的摆放位置需满足同一物点可在两个或者两个以上的微透镜上成像，以便记录视差，从而根据视差计算反射镜与光场相机镜头之间的距离。5.根据权利要求1所述一种基于光场相机的光路监测方法，其特征在于:步骤(4)中，反射镜与相机镜头之间的距离是根据双目测距原理和理想透镜高斯成像公式利用光场相机中主镜与微透镜阵列的参数和其对同一物点成像的视差关系计算而得。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光场相机的光路监测方法，该方法使用光场相机沿着光学系统的光路成像，通过采集和处理图像信息判断反射镜的反射表面是否存在瑕疵及反射镜与反射镜之间光路是否存在亮点，同时可以确定存在瑕疵的反射镜及光路中亮点的位置。本发明利用光场相机长景深成像、事后对焦和深度测量的特性对光路进行整体系统地监测，可事前、事后或者在线同时监测光路中多个反射镜的工作状况，具有监测效率高、操作方便的优点，从而保障光学系统正常平稳地工作。
【IPC分类】H04N17/00
【公开号】CN104935919
【申请号】CN201510323214
【发明人】栾银森, 高源 , 许冰, 杨平, 何星, 王帅, 董理治
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月12日