计算型视觉成像光线调制装置和方法与流程

本发明涉及一种计算型视觉成像光线调制装置和方法，属于计算型视觉成像领域。

背景技术：

计算型视觉技术的显著特点是具有对成像光线的空间调制功能。目前对成像光线的空间调制方法是利用ccd与dmd的物像关系，通过dmd微镜翻转完成与ccd对应像元相关的成像光线调制。这种成像光线的空间调制方法要求ccd与dmd所在面理想共轭，以实现dmd微镜元与ccd像元之间的点对点调制。这样增加了成像光线的空间调制难度，且绝对物像关系条件不具有普遍意义，会带入成像光线调制的原理误差。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供一种计算型视觉成像光线调制装置和方法，用以解决上述存在的问题。

本发明计算型视觉成像光线调制装置予以实现的技术方案是：该装置包括物镜、dmd、压电位移器、中继透镜和ccd；所述的物镜、物方工作面和dmd基准面三者符合斜置场面成像条件，即物镜主面、物方工作面和dmd基准面相交于一线，物方工作面和dmd基准面互为共轭；所述的dmd通过控制时间占空比调制投射其上的光线强度；所述的压电位移器带动dmd沿中继透镜光轴前后运动，与dmd基准面构成正、负位移差；所述的中继透镜将经dmd调制的光线成像到ccd上；所述的ccd分别对dmd在正、负两种位移差状态下的调制光线感光成像。

本发明提出的一种计算型视觉成像光线调制方法，是利用上述计算型视觉成像光线调制装置，并按照以下步骤：

设置dmd图案为二维点阵，调整压电位移器带动dmd沿中继透镜光轴前后运动，观察ccd上弥散斑从大变小再变大，记录下弥散斑尺寸相等的dmd两个位置p1和p2，分别与dmd基准面构成正、负位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

设中继透镜的通光孔径为2a，ccd相对dmd基准面的垂轴放大率β＝l/l’，l是中继透镜到ccd的距离，l’是中继透镜到dmd基准面的距离，则弥散斑的半径值r为：

r＝aδl/l'²(2)

通过ccd记录的弥散斑尺寸可以求得中继透镜的通光孔径参数2a。

对于ccd坐标(x,y)的光强由dmd一个圆斑区域上指向(x,y)的成像光线贡献。

dmd在负位移差-δ状态下，这个圆斑区域su-,v-以aδ/l’为半径的区域，以(u0^-,v0^-)为圆心：

dmd在正位移差δ状态下，这个圆斑区域su+,v+以aδ/l’为半径的区域，以(u0⁺,v0⁺)为圆心：

与ccd坐标(x,y)共轭的dmd基准面上点(u0,v0)：

可得dmd在负位移差-δ状态下ccd坐标(x,y)的光强为：

也可得dmd在正位移差δ状态下ccd坐标(x,y)的光强为：

k为成像常数，与系统灵敏度、像元感光面积相关；ed0(u0,v0)为目标物在dmd基准面上的光强分布，反应目标物真实成像特性；(u,v)是dmd的坐标；m^-(u,v)为dmd在负位移差-δ状态下的调制函数；m⁺(u,v)为dmd在正位移差δ状态下的调制函数；m^-(u,v)和m⁺(u,v)是已知的可控量。

应用公式(6)或公式(7)，在ccd与dmd所在面不共轭的条件下，可以实现dmd对成像光线的调制；在标定过程中，ed0(u0,v0)为已知量，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd记录，可以得到k值；在测量过程中，k值已知，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd记录，可以求得ed0(u0,v0)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的计算型视觉成像光线调制装置和方法，通过调整压电位移器带动dmd沿中继透镜光轴前后运动，得到dmd在正负位移差状态下的成像光线调制公式(6)和公式(7)，在ccd与dmd所在面不共轭的条件下实现dmd对成像光线的调制。与现有技术相比，本发明提供的计算型视觉成像光线调制方法对ccd与dmd所在面共轭精度要求低，光学系统的调配要求低，具有普遍意义，且简便易行，适用性强。

附图说明

图1为本发明提供的计算型视觉成像光线调制装置结构图；

图2为本发明提供的计算型视觉成像光线调制方法原理图。

图中：1-物镜，2-dmd，3-压电位移器，4-中继透镜，5-ccd，6-目标物。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明计算型视觉成像光线调制装置，包括物镜1、dmd2、压电位移器3、中继透镜4和ccd5；所述的物镜1、物方工作面和dmd2基准面三者符合斜置场面成像条件，即物镜1主面、物方工作面和dmd2基准面相交于一线，物方工作面和dmd2基准面互为共轭；所述的dmd2通过控制时间占空比调制投射其上的光线强度；所述的压电位移器3带动dmd2沿中继透镜4光轴前后运动，与dmd2基准面构成正、负位移差；所述的中继透镜4将经dmd2调制的光线成像到ccd5上；所述的ccd5分别对dmd2在正、负两种位移差状态下的调制光线感光成像。

本发明提出的一种计算型视觉成像光线调制方法，是利用上述计算型视觉成像光线调制装置，并按照以下步骤：

如图2所示，设置dmd2图案为二维点阵，调整压电位移器3带动dmd2沿中继透镜4光轴前后运动，观察ccd5上弥散斑从大变小再变大，记录下弥散斑尺寸相等的dmd2两个位置p1和p2，分别与dmd2基准面构成正、负位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

设中继透镜4的通光孔径为2a，ccd5相对dmd2基准面的垂轴放大率β＝l/l’，l是中继透镜4到ccd5的距离，l’是中继透镜4到dmd2基准面的距离，则弥散斑的半径值r为：

r＝aδl/l'²(2)

通过ccd5记录的弥散斑尺寸可以求得中继透镜4的通光孔径参数2a。

对于ccd5坐标(x,y)的光强由dmd2一个圆斑区域上指向(x,y)的成像光线贡献。

dmd2在负位移差-δ状态下，这个圆斑区域su-,v-以aδ/l’为半径的区域，以(u0^-,v0^-)为圆心：

dmd2在正位移差δ状态下，这个圆斑区域su+,v+以aδ/l’为半径的区域，以(u0⁺,v0⁺)为圆心：

与ccd5坐标(x,y)共轭的dmd2基准面上点(u0,v0)：

可得dmd2在负位移差-δ状态下ccd5坐标(x,y)的光强为：

也可得dmd2在正位移差δ状态下ccd5坐标(x,y)的光强为：

k为成像常数，与系统灵敏度、像元感光面积相关；ed0(u0,v0)为目标物6在dmd2基准面上的光强分布，反应目标物6真实成像特性；(u,v)是dmd2的坐标；m^-(u,v)为dmd2在负位移差-δ状态下的调制函数；m⁺(u,v)为dmd2在正位移差δ状态下的调制函数；m^-(u,v)和m⁺(u,v)是已知的可控量。

应用公式(6)或公式(7)，在ccd5与dmd2所在面不共轭的条件下，可以实现dmd2对成像光线的调制；在标定过程中，ed0(u0,v0)为已知量，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5记录，可以得到k值；在测量过程中，k值已知，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5记录，可以求得ed0(u0,v0)。

实施例：

下面举例进一步对本发明做详细说明：

设置dmd2图案为二维3×3点阵，点距100pixel，调整压电位移器3带动dmd2沿中继透镜4光轴前后运动，观察ccd5上弥散斑从大变小再变大，记录下弥散斑直径20pixel的dmd2两个位置p1和p2，分别与dmd2基准面构成正、负位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

由公式(2)可以求得中继透镜4的通光孔径参数2a＝40l’²/[l·(p2-p1)]。

对于ccd5坐标(x,y)的光强由dmd2一个圆斑区域上指向(x,y)的成像光线贡献。

dmd2在负位移差-δ状态下，这个圆斑区域su-,v-以10pixel为半径的区域，以(u0^-,v0^-)为圆心：

dmd2在正位移差δ状态下，这个圆斑区域su+,v+以10pixel为半径的区域，以(u0⁺,v0⁺)为圆心：

与ccd5坐标(x,y)共轭的dmd2基准面上点(u0,v0)：

可得dmd2在负位移差-δ状态下ccd5坐标(x,y)的光强为：

也可得dmd2在正位移差δ状态下ccd5坐标(x,y)的光强为：

应用公式(6)或公式(7)，在ccd5与dmd2所在面不共轭的条件下，可以实现dmd2对成像光线的调制；在标定过程中，ed0(u0,v0)为已知量，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5记录，可以得到k值；在测量过程中，k值已知，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5记录，可以求得ed0(u0,v0)。

本发明中，将公式(6)与公式(7)应用于标定过程和测量过程这些均属于本领域内公知常识，本领域内的技术人员可根据要求再现，在此不再赘述。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。