CN107255903A - 一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，包括搭建自动调焦的光路，在同一轴线上从上到下依次安置调焦光源、牛顿环菲林图、调焦透镜、镜头、镜头安装座，制备牛顿环菲林图，设计图像处理算法。通过牛顿环菲林图设计算法由成像自动查找牛顿环，针对图像处理算法得到相应型号的清晰度评价参数，图像处理算法计算出最高的清晰度值便是最清晰点；通过牛顿环菲林图设计清晰度调焦算法，不仅速度快、准确率高，而且通过此方法对各种型号镜头的清晰度都可以有效的进行分析判断，提高了生产效率，应用到自动调焦设备上可以更准确的量化产品质量，对提高工厂产品自动化有很高的应用价值。

Description

一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法

技术领域

本发明涉及镜头焦距调焦技术领域，特别涉及一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法。

背景技术

市场上目前对监控镜头的清晰度调试主要方法还是人工利用工具进行手动调焦，利用特定方法判别清晰度，其受工人主观因素判断的影响，调焦位置不一定位于最佳清晰点位置，且不易区分镜头是否合格，传统上对镜头分析的方法是通过调制传递函数MTF，MTF作为反应镜头整体的一个特性曲线，对于有些影像能够衡量出来的，MTF只是参考值而非全部，它对于高精度的去识别镜头的清晰位置存在一定的误差，无法满足生产上高通过率的要求。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的另一个目的是提供一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，通过牛顿环菲林图设计清晰度调焦算法，不仅速度快、准确率高，而且通过此方法对各种型号镜头的清晰度都可以有效的进行分析判断，提高了生产效率，应用到自动调焦设备上可以更准确的量化产品质量，对提高工厂产品自动化有很高的应用价值，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，

步骤1、搭建自动调焦的光路：在同一轴线上从上到下依次安置调焦光源、牛顿环菲林图、调焦透镜、镜头、镜头安装座；

步骤2、制备牛顿环菲林图：采用牛顿环的干涉现象设计菲林片，牛顿环菲林图白线和黑线的宽度根据镜头在增距镜下成像的视野大小和镜头的分辨率来设计，具体计算方法如下：

像素分辨率=视野大小（mm）/像素个数（pix）

黑线白线宽度和=宽边像素分辨率*2；

步骤3、设计图像处理算法：

一般图像在达到最清晰点时，边界处会有明显的边缘，利用此特征去分割图像，然后利用算法给出评价参数。

对于设计的牛顿环菲林图适应于多种较为常用的、具有代表性的清晰度算法,如通过以下算子都可以应用到牛顿环菲林图检测清晰度中。

（1）梯度函数

分别对图像提取水平和垂直方向的梯度值，定义图像清晰度定义如下：

的形式如下：

其中：T是给定的边缘检测阈值，和分别是像素点处水平和垂直方向边缘检测算子的卷积。

（2）能量梯度函数

能量梯度函数定义如下：

（3）灰度方差函数

当完全聚焦时，图像最清晰，图像中的高频分量也最多，故可将灰度变化作为聚焦评价的依据，灰度方差法的公式如下：

步骤4、通过步骤2得到的牛顿环菲林图设计算法由成像自动查找牛顿环，针对步骤3得到的图像处理算法得到相应型号的清晰度评价参数，图像处理算法计算出最高的清晰度值便是最清晰点；

步骤5、在调焦环境下可手动或者利用机械转动镜头实时计算中心牛顿环的清晰度值以及边缘四个角的清晰度值，并记录测试中心最清晰位置和边缘清晰度的关系。

优选的是，步骤1中搭建自动调焦的光路的基础设备为自动调焦设备，包括工作台机架、控制面板、调焦测试区域，调焦测试区域通过电机实现对调焦光源、调焦透镜、镜头安装座的精确定位控制，并设置有用于调节调焦手轮的调焦机构。

优选的是，步骤1中采用的调焦透镜为增距镜，用于将较远距离下才能看清的距离在增距镜下缩短到短距离内。

优选的是，步骤1中的牛顿环菲林图紧贴于调焦光源下表面，镜头放置于镜头安装座的上表面中心。

优选的是，步骤2中的牛顿环菲林图可更换，依据实际计算设计定制。

优选的是，在步骤5的测试过程中，最理想的状态是中心和边缘同时达到最清晰的位置点，实际上由于制作工艺等原因边缘和中心很难同时停留在都是最清晰的位置点，一般人工在测试过程中的主要方法是中心清晰位置达到最高同时边缘达到允许的清晰度范围内。

本发明至少包括以下有益效果：

1、设计清晰度自动调试算法，量化焦距清晰位置标准，可快速调整到清晰度位置，并可以有效的区别出合格镜头和不合格镜头；

2、采用自主设计的牛顿环菲林图，包括菲林片中心牛顿环的直径大小以及牛顿环黑白间距的大小，通过牛顿环菲林图设计清晰度调焦算法，不仅速度快、准确率高，而且通过此方法对各种型号镜头的清晰度都可以有效的进行分析判断；

3、通过量化出对应的清晰度标准值，有效的避免了镜头清晰度位置不正确的问题，大大提高了生产效率，应用到自动调焦设备上可以更准确的量化产品质量，对提高工厂产品自动化有很高的应用价值；

4、可给出不同型号镜头对应的清晰度标准值，牛顿环设计简单，可对不同型号镜头进行分析，适应型号范围广，分析结果与人眼识别清晰度有较高的匹配度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为镜头测试所用牛顿环菲林图；

图2为自动调焦应用环境示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，

步骤1、搭建自动调焦的光路：在同一轴线上从上到下依次安置调焦光源、牛顿环菲林图、调焦透镜、镜头、镜头安装座，搭建自动调焦的光路的基础设备为自动调焦设备，包括工作台机架、控制面板、调焦测试区域，调焦测试区域通过电机实现对调焦光源、调焦透镜、镜头安装座的精确定位控制，并设置有用于调节调焦手轮的调焦机构，调焦透镜为增距镜，用于将较远距离下才能看清的距离在增距镜下缩短到短距离内，牛顿环菲林图紧贴于调焦光源下表面，镜头放置于镜头安装座的上表面中心；

步骤2、制备牛顿环菲林图：采用牛顿环的干涉现象设计菲林片，牛顿环菲林图可更换，依据实际计算设计定制，牛顿环菲林图白线和黑线的宽度根据镜头在增距镜下成像的视野大小和镜头的分辨率来设计，具体计算方法如下：

像素分辨率=视野大小（mm）/像素个数（pix）

黑线白线宽度和=宽边像素分辨率*2；

步骤3、设计图像处理算法：

一般图像在达到最清晰点时，边界处会有明显的边缘，利用此特征去分割图像，然后利用算法给出评价参数。

对于设计的牛顿环菲林图适应于多种较为常用的、具有代表性的清晰度算法,如通过以下算子都可以应用到牛顿环菲林图检测清晰度中。

（1）梯度函数

分别对图像提取水平和垂直方向的梯度值，定义图像清晰度定义如下：

的形式如下：

其中：T是给定的边缘检测阈值，和分别是像素点处水平和垂直方向边缘检测算子的卷积。

（2）能量梯度函数

能量梯度函数定义如下：

（3）灰度方差函数

当完全聚焦时，图像最清晰，图像中的高频分量也最多，故可将灰度变化作为聚焦评价的依据，灰度方差法的公式如下：

步骤4、通过步骤2得到的牛顿环菲林图设计算法由成像自动查找牛顿环，针对步骤3得到的图像处理算法得到相应型号的清晰度评价参数，图像处理算法计算出最高的清晰度值便是最清晰点；

步骤5、在调焦环境下可手动或者利用机械转动镜头实时计算中心牛顿环的清晰度值以及边缘四个角的清晰度值，测试过程中，最理想的状态是中心和边缘同时达到最清晰的位置点，实际上由于制作工艺等原因边缘和中心很难同时停留在都是最清晰的位置点，一般人工在测试过程中的主要方法是中心清晰位置达到最高同时边缘达到允许的清晰度范围内，记录测试中心最清晰位置和边缘清晰度的关系。

增距镜的一次调节过程如下：根据实际增距镜下分辨率计算所得6mm镜头分辨率为2560*1440所测试牛顿环黑线线宽为0.18mm，白线线宽为0.22mm。通常对于黑线白线的宽度相差在10%以内造成调焦位置失败的概率很小，可使用同一个牛顿环进行测试。

设计清晰度自动调试算法，量化焦距清晰位置标准，可快速调整到清晰度位置，并可以有效的区别出合格镜头和不合格镜头，采用自主设计的牛顿环菲林图，包括菲林片中心牛顿环的直径大小以及牛顿环黑白间距的大小，通过牛顿环菲林图设计清晰度调焦算法，并给出具体的测量方法，从灰度、锐度等方面进行分析，不仅速度快、准确率高，而且通过此方法对各种型号镜头的清晰度都可以有效的进行分析判断，通过量化出对应的清晰度标准值，有效的避免了镜头清晰度位置不正确的问题，大大提高了生产效率，应用到自动调焦设备上可以更准确的量化产品质量，对提高工厂产品自动化有很高的应用价值，可给出不同型号镜头对应的清晰度标准值，牛顿环设计简单，可对不同型号镜头进行分析，适应型号范围广，分析结果与人眼识别清晰度有较高的匹配度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、搭建调焦的光路：在同一轴线上从上到下依次安置调焦光源、牛顿环菲林图、调焦透镜、被调焦镜头、镜头安装座；

步骤2、制备牛顿环菲林图：采用牛顿环的干涉现象设计菲林片，使牛顿环在镜头上的成像，达到了镜头的极限分辨率；牛顿环菲林图白线和黑线的宽度根据镜头在增距镜下成像的视野大小和镜头的分辨率来设计，具体计算方法如下：

像素分辨率=视野大小（mm）/像素个数（pix）

黑线白线宽度和=宽边像素分辨率*2；

步骤3、设计图像处理算法：

一般图像在达到最清晰点时，边界处会有明显的边缘，利用此特征去分割图像，然后利用算法给出评价参数；

对于设计的牛顿环菲林图适应于多种较为常用的、具有代表性的清晰度算法,如通过以下算子都可以应用到牛顿环菲林图检测清晰度中；

（1）梯度函数

分别对图像提取水平和垂直方向的梯度值，定义图像清晰度定义如下：

的形式如下：

其中：T是给定的边缘检测阈值，和分别是像素点处水平和垂直方向边缘检测算子的卷积；

（2）能量梯度函数

能量梯度函数定义如下：

（3）灰度方差函数

当完全聚焦时，图像最清晰，图像中的高频分量也最多，故可将灰度变化作为聚焦评价的依据，灰度方差法的公式如下：

步骤4、通过步骤2得到的牛顿环菲林图设计算法由成像自动查找牛顿环，针对步骤3得到的图像处理算法得到相应型号的清晰度评价参数，图像处理算法计算出最高的清晰度值便是最清晰点；

步骤5、在调焦环境下可手动或者利用机械转动镜头实时计算中心牛顿环的清晰度值以及边缘四个角的清晰度值，并记录测试中心最清晰位置和边缘清晰度的关系。

2.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，其特征在于：步骤1中搭建自动调焦的光路的基础设备为自动调焦设备，包括工作台机架、控制面板、调焦测试区域，调焦测试区域通过电机实现对调焦光源、调焦透镜、镜头安装座的精确定位控制，并设置有用于调节调焦手轮的调焦机构。

3.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，其特征在于：步骤1中采用的调焦透镜为增距镜，用于将较远距离下才能看清的距离在增距镜下缩短到短距离内。

4.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，其特征在于：步骤1中的牛顿环菲林图紧贴于调焦光源下表面，镜头放置于镜头安装座的上表面中心。

5.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，其特征在于：步骤2中的牛顿环菲林图可更换，依据实际计算设计定制。

6.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环测量镜头焦距的方法，其特征在于：在步骤5的测试过程中，最理想的状态是中心和边缘同时达到最清晰的位置点，实际上由于制作工艺等原因边缘和中心很难同时停留在都是最清晰的位置点，一般人工在测试过程中的主要方法是中心清晰位置达到最高同时边缘达到允许的清晰度范围内。