测试标靶和相应的镜头MTF检测系统及方法与流程

本发明涉及光学镜头检测技术领域，具体地说，本发明涉及一种测试标靶和相应的光学镜头图像检测方法及系统。

背景技术

随着光电检测器件性能的不断提高和计算机技术的高速发展，光学检查镜头在工业自动化检测系统中得到了广泛应用，对镜头成像质量的要求也越来越高。mtf(modulationtransferfunction，调制传递函数)是目前分析镜头解像力比较科学的方法，已成为行业公认的评价成像系统的重要指标。

目前，国内外出现了许多用于工业生产检测以及院校、科研单位实验室应用的多种不同类型的mtf测试仪，例如德国troptics公司生产的imagemaster系列测试仪。其中，imagemasterpro测试仪适用于小镜头大批量生产的在线mtf检测。

imagemasterpro测试仪通过采集狭缝图像计算mtf信息。为获取狭缝图像，需要一个用于mtf测试的狭缝标靶a，图1示出了狭缝标靶a的一个示例。由于非轴上视场存在畸变，还需要一个与狭缝标靶a配套的用于计算畸变矫正系数的畸变矫正标靶b，图2示出了与图1的狭缝标靶a对应的畸变矫正标靶b的一个示例。在进行mtf测试时，先在imagemasterpro测试仪中安装畸变矫正标靶b获取畸变矫正系数，然后取下畸变矫正标靶b，在对应位置安装狭缝标靶a进行mtf测试，最后结合相应的畸变矫正系数计算不同视场不同位置的所有mtf值。

上述通过采集狭缝图像计算mtf信息的方案能够实现大批量在线mtf检测，并且测试精度高、重复性好。然而，该方案为完成一次mtf测试需要加工两个标靶，增加成本，且需要在测试过程中多次安装标靶，不能一次测试完成。另一方面，该方案中，畸变矫正标靶还存在不能兼容efl(effectivefocallength，有效焦距)差异大的镜头的问题。例如，对于图2所示的畸变矫正标靶b，当待测镜头的efl过小时，成像会超出像面，导致畸变矫正系数无法计算，当efl过大时，成像过小，影响畸变矫正的精度。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种能够克服现有技术的上述至少一个缺陷的mtf检测解决方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种测试标靶，包括标靶本体及设置在所述标靶本体上的用于在mtf测试中对准待测镜头光轴的第一原点、由狭缝组成的mtf测试图案、用于在畸变矫正测试中对准待测镜头光轴的第二原点以及由狭缝组成的畸变矫正图案；所述mtf测试图案的中心与第一原点之间的距离等于所述畸变矫正图案的中心与第二原点之间的距离；所述畸变矫正图案与所述mtf测试图案的位置相互错开。

在一个实施例中，所述mtf测试图案为十字狭缝。

在一个实施例中，所述标靶本体的第一原点位置处设置有双十字狭缝。

在一个实施例中，所述畸变矫正图案是由狭缝构成的方形框。

在另一个实施例中，所述畸变矫正图案是由狭缝构成的田字框，其中，所述田字框包括外框和内框，该外框和内框分别适用于具有不同有效焦距的不同待测镜头。在一个实施方式中，所述第二原点包括对应于外框中心的第一类第二原点和对应于内框中心的第二类第二原点，所述mtf测试图案的中心到对应的第一原点的距离等于对应于该所述mtf测试图案的所述田字框的外框的中心到与该田字框对应的第一类第二原点的距离，所述mtf测试图案的中心到对应的第一原点的距离还等于对应于该所述mtf测试图案的所述田字框的内框的中心到与该所述田字框对应的第二类第二原点的距离。

在一个实施例中，所述标靶本体上设置用于进行至少两个视场下mtf测试的至少两个所述mtf测试图案，对于任一视场，用于该视场下mtf测试的所述mtf测试图案的中心到所述第一原点的距离不等于用于其它视场下mtf测试的所述mtf测试图案的中心到所述第一原点的距离。

在一个实施例中，所述标靶本体上还设置用于进行至少两个视场下畸变矫正测试的至少两个所述畸变矫正测试图案，对于任一视场，用于该视场下畸变矫正测试的所述畸变矫正测试图案的中心到所述第二原点的距离等于对应的用于该视场下mtf测试的所述mtf测试图案的中心到所述第一原点的距离。

在一个实施例中，用于同一视场下mtf测试的所述mtf测试图案有多个，且这些所述mtf测试图案的中心分布在以第一原点为圆心的圆周上。

在一个实施例中，所述第二原点有多个，且各个所述第二原点的位置相互错开。

在一个实施例中，所述的用于进行至少两个视场下畸变矫正测试的至少两个所述畸变矫正测试图案中，其中任一视场下的畸变矫正测试图案对应的第二原点与其它视场下的畸变矫正测试图案对应的第二原点错开。

在一个实施例中，用于同一视场下畸变矫正测试的所述畸变矫正测试图案有多个，且这些所述畸变矫正测试图案的中心分布在以同一个第二原点为圆心的圆周上；或者分布在以不同位置的多个第二原点为圆心的多个圆周上。

在一个实施例中，用于至少两个不同视场下畸变矫正测试的至少两个所述畸变矫正测试图案共用同一第二原点。

在一个实施例中，所述mtf测试图案的中心与对应的第一原点的连线，平行于对应该mtf测试图案的畸变矫正测试图案的中心与对应该畸变矫正测试图案的第二原点的连线。这样，在mtf检测过程中，只需要简单地平移待测镜头，即可将光路从畸变矫正测试状态转换至mtf测试状态。

根据本发明的另一方面，还提供了一种利用上述标靶的镜头mtf检测系统，包括：沿着光路依次布置的光源、测试标靶、待测镜头以及由多个相机组成的相机组；其中，所述测试标靶为前文所述的测试标靶。

其中，所述光源、测试标靶和相机均固定不动，所述待测镜头可移动以适应不同位置的测试需要。

根据本发明的又一方面，还提供了一种利用上述标靶的镜头mtf检测方法，包括下列步骤：

1)改变待测镜头与测试标靶的相对位置，使待测镜头光轴对准测试标靶上的第二原点，测试标靶上畸变矫正图案的像，以测算畸变矫正系数；

2)改变待测镜头与测试标靶的相对位置，使待测镜头光轴对准测试标靶上的第一原点，分布在不同视场不同位置的相机同时采集所述测试标靶上不同视场不同位置的mtf测试图案的像，再结合相应的畸变矫正系数，测算得到不同视场不同位置的所有mtf值。

其中，在所述测试标靶包括对应于至少两个视场或者至少两个畸变矫正图案的至少两个第二原点时，所述步骤1)还包括：依次改变待测镜头与测试标靶的相对位置，使待测镜头光轴依次分别对准测试标靶上的每一个第二原点，测试标靶上每一个视场的每一个畸变矫正图案的像，以测算每一个视场下的每一个畸变矫正图案的畸变矫正系数；在所有畸变矫正图案的畸变矫正系数均测算完毕后，执行所述步骤2)。

与现有技术相比，本发明具有下列至少一个技术效果：

1、能够将狭缝法检测mtf所需用到的不同功能的标靶集成于一体，节约了(约50％)成本。

2、在检测mtf的过程中，标靶可一次安装到位，无需二次更换，提高了操作的便利性。

3、同一个标靶可测efl在大范围内变化的不同镜头，兼容性强。

附图说明

在参考附图中示出示例性实施例。本文中公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。

图1示出了现有技术中用于mtf测试的狭缝标靶a的一个示例；

图2示出了现有技术中与图1的狭缝标靶a对应的畸变矫正标靶b的一个示例；

图3示出了根据本发明一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶；

图4示出了根据本发明另一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶；

图5示出了根据本发明又一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶；

图6示出了根据本发明再一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶；

图7示出了根据本发明再一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶；

图8示出了根据本发明再一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶；

图9示出了根据本发明一个实施例所提供的镜头mtf检测系统。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图3示出了根据本发明一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶。在图3所示的实施方式中，测试标靶包括标靶本体及设置在所述标靶本体上的1个双十字狭缝1、用于0.5视场测试的8个十字狭缝4、用于0.7视场测试的8个十字狭缝5、用于0.5视场测试的1个畸变矫正方块2以及用于0.7视场测试的1个畸变矫正方块3。

如图3所示，双十字狭缝1位于标靶本体的大致为中心的位置，十字狭缝4、5与双十字狭缝1均可透光。畸变矫正方块2、3是由狭缝组成的方框状结构(即由狭缝构成畸变矫正方块的四周方框)，组成该结构的狭缝可透光。

用于0.5视场测试的8个十字狭缝4分布在以第一原点o为圆心的第一圆周上，设其半径为r1(指第一圆周的半径为r1)，该半径r1是用于0.5视场测试的十字狭缝4的中心到第一原点o的距离。例如，第一原点o可为双十字狭缝的中心点。用于0.7视场测试的8个十字狭缝5分布在以第一原点o为圆心的第二圆周上，半径为r2，该半径r2是用于0.7视场测试的十字狭缝5的中心到第一原点的距离。半径r1、r2的具体大小均由测试视场决定。

用于0.5视场测试的畸变矫正方块2位于以第二原点a6为圆心，半径为r1的圆弧上；用于0.7视场测试的畸变矫正方块3则位于以另一个第二原点b7为圆心，半径为r2的圆弧上。在本实施例中，第二原点a6、第二原点b7互不重合，第二原点a6与第一原点o不重合，第二原点b7与第一原点o也不重合。

本实施例中，用于0.5视场测试的8个十字狭缝4和用于0.7视场测试的8个十字狭缝5用于计算待测镜头的mtf，具体实现方法如下：

移动待测镜头使该待测镜头光轴(该光轴垂直于标靶面)对准第一原点o，然后用相机采集0.5视场的8个十字狭缝4经待测镜头所成的像和0.7视场的8个十字狭缝5经待测镜头所成的像；

0.5视场下的畸变矫正方块2可用于计算0.5视场的畸变矫正系数。例如，将待测镜头移动，使待测镜头光轴垂直于标靶面并对准第二原点a6，这样相机可采集到0.5视场的畸变矫正方块2经待测镜头所成的像，进而计算出0.5视场的畸变矫正系数；

0.7视场下畸变矫正方块3用于计算0.7视场的畸变矫正系数。例如，再将待测镜头移动，使待测镜头光轴垂直于标靶面且对准第二原点b7，相机采集到0.7视场的畸变矫正方块3经待测镜头所成的像，进而计算出0.7视场的畸变矫正系数。

并且，在本实施例中，作为mtf测试图案的十字狭缝的中心与对应的第一原点的连线，平行于对应该十字狭缝的畸变矫正方块的中心与对应该畸变矫正方块的第二原点的连线。这样，在mtf检测过程中，只需要简单地平移待测镜头，即可将光路从畸变矫正测试状态转换至mtf测试状态。另外，虽然在本实施例中，是通过移动待测镜头使得待测镜头的光轴与标靶面上的不同原点分别对准，但可以理解的是，在本发明的其它实施例中，还可以通过移动标靶改变待测镜头与测试标靶的相对位置而使得待测镜头的光轴与标靶面上的不同原点分别对准。

本实施例将畸变矫正标靶与mtf测试标靶的功能合成在同一标靶内，可大大节约成本、同时提高操作的便利性。

需注意，上述的视场不限0.5和0.7两个，在其它实施例中可以采用其它视场，也可以集成超过两个的多个视场；每个视场的十字狭缝数量也不限8个，只要这多个十字狭缝位于以某一第一原点为圆心的圆周上(该圆周的半径为相应视场所对应的在标靶上的半径)。在其它实施例中，每个视场对应的畸变矫正方块不限为1个(例如可以为多个)，畸变矫正方块与十字狭缝不重合。

图4示出了根据本发明另一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶，该测试标靶包括标靶本体及设置在所述标靶本体上的1个双十字狭缝1、用于0.5视场测试的8个十字狭缝4、用于0.7视场测试的8个十字狭缝5、用于0.5视场测试的1个畸变矫正田字框2以及用于0.7视场测试的1个畸变矫正田字框3。本实施例与图3的实施例基本一致，其区别在于使用了田字状的畸变矫正图案代替了方形框状的畸变矫正图案。该田字状的畸变矫正图案是由狭缝构成的田字形框，包括一个构成外周的大方框(可称为外框)和位于内部的四个小方框(可称为内框)。其中外框适用于efl较大的待测镜头，内框适用于efl较小的待测镜头。

由于田字形框同时含有外框和内框，因此本实施例中的第二原点分为两类，分别是对应于外框中心的第二原点和对应于内框中心的第二原点。这样，本实施例中的第二原点的数目增加到四个。用于0.5视场测试的畸变矫正田字框2的外框和内框分别对应于第二原点a6和第二原点c8，该用于0.5视场测试的畸变矫正田字框2的外框的中心位于以第二原点a6为圆心，半径为r1的圆弧上，该用于0.5视场测试的畸变矫正田字框的一个特定内框的中心则位于以第二原点c8为圆心，半径为r1的圆弧上。类似地，用于0.7视场测试的畸变矫正田字框3的外框和内框分别对应于第二原点b7和第二原点d9，该用于0.7视场测试的畸变矫正田字框3的外框的中心位于以第二原点b7为圆心，半径为r2的圆弧上，该用于0.7视场测试的畸变矫正田字框的一个特定内框的中心则位于以第二原点d9为圆心，半径为r2的圆弧上。

在畸变矫正测试时，将待测镜头的光轴移动，对准第二原点a6，即可采集到0.5视场畸变矫正用的田字框2的外框的像，以适配efl较大的待测镜头的畸变矫正；将待测镜头的光轴移动，对准第二原点c8，即可采集到0.5视场畸变矫正用的田字框2内所述特定内框的像，以适配efl较小的待测镜头的畸变矫正。类似地，将待测镜头的光轴移动对准第二原点b7，即可采集到0.7视场畸变矫正用的田字框3的外框的像，以适配efl较大的待测镜头的畸变矫正，将待测镜头的光轴移动，对准第二原点d9，即可采集到0.7视场畸变矫正用的田字框3内所述特定内框的像，以适配efl较小的待测镜头的畸变矫正。

本实施例将畸变矫正标靶与mtf测试标靶进行合成，可大大节约成本和提高操作便利，同时还能够更大程度地提升标靶的兼容性，例如利用本实施例的合成标靶，不同efl大小的待测镜头都可测试。

图5示出了根据本发明又一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶，该测试标靶与图3实施例的标靶基本一致，区别仅在于畸变矫正方块的数目以及对应的第二原点的数目。

本实施例中，0.5视场的畸变矫正方块共有四个，分别位于标靶中心的上、下、左、右四个方向，即位于标靶中心上方的0.5视场的畸变矫正方块21、位于标靶中心下方的0.5视场的畸变矫正方块24、位于标靶中心左方的0.5视场的畸变矫正方块22以及位于标靶中心右方的0.5视场的畸变矫正方块23。0.7视场的畸变矫正方块也共有四个，分别位于标靶中心的上、下、左、右四个方向(具体不再赘述)。第二原点也共有四个，它们分别对应上、下、左、右四个方向的畸变矫正方块。相同方向的0.5视场和0.7视场的畸变矫正方块共用同一个第二原点。上、下、左、右四个方向的0.5视场的畸变矫正方块各自位于以对应的第二原点为中心，半径为r1的圆周上。上、下、左、右四个方向的0.7视场的畸变矫正方块各自位于以对应的第二原点为中心，半径为r2的圆周上。

进一步地，图6示出了根据本发明再一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶，该测试标靶将0.5视场和0.7视场的畸变矫正方块均增加到八个，它们分别位于上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个方向上。与图5的实施例类似，相同方向的0.5视场和0.7视场的畸变矫正方块共用同一个第二原点。上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个方向上的0.5视场的畸变矫正方块各自位于以对应的第二原点为中心，半径为r1的圆周上。上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个方向上的0.7视场的畸变矫正方块各自位于以对应的第二原点为中心，半径为r2的圆周上。为使附图整洁，图6中未示出第二原点的具体位置。

另外，在上述实施例中，当用于同一视场下畸变矫正测试的所述畸变矫正测试图案有多个时，这些畸变矫正测试图案的中心分布在以不同位置的多个第二原点为圆心的多个圆周上。但本领域技术人员容易理解，在本发明的其它实施例中，这些畸变矫正测试图案的中心也可以分布在以同一个第二原点为圆心的圆周上。

图7示出了根据本发明再一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶，该测试标靶是在图5实施例的标靶的基础上，用田字框代替畸变矫正方块(即方形框)而得到的变形体。用田字框进行替换的具体方法可参考前文中对图4实施例的描述，此处不再赘述。

图8示出了根据本发明再一个实施例所提供的用于镜头mtf检测的测试标靶，该测试标靶是在图6实施例的标靶的基础上，用田字框代替畸变矫正方块(即方形框)而得到的变形体。用田字框进行替换的具体方法可参考前文中对图4实施例的描述，此处不再赘述。

更进一步地，图9示出了根据本发明一个实施例所提供的镜头mtf检测系统，本实施例的镜头mtf检测系统包括：沿着光路依次布置的光源10、测试标靶20、待测镜头30以及由多个相机组成的相机组40。其中，光源10用于照射测试标靶20，通常情况下固定不动。测试标靶20为图3实施例的测试标靶。标靶上的狭缝透光后经过待测镜头30成像。本实施例中，测试标靶20通常情况下固定不动，而待测镜头30可移动以适应不同位置的测试需要。相机组40的各个相机对应测试视场进行布置，用于捕捉狭缝的成像。本实施例中，各个相机呈伞状分布，每个相机分别对应于测试标靶上的一个十字狭缝或双十字狭缝。相机通常情况下固定不动。需要说明，虽然在本实施例中，是通过移动待测镜头使得待测镜头的光轴与标靶面上的不同原点分别对准，但可以理解的是，在本发明的其它实施例中，也可以固定待测镜头，通过移动标靶而使得待测镜头的光轴与标靶面上的不同原点分别对准。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种基于上述检测系统的镜头mtf检测方法，包括下列步骤：

步骤1：移动待测镜头，使待测镜头光轴对准测试标靶上的第二原点a，采集0.5视场正方形方框狭缝的像，以测算0.5视场畸变矫正系数。

步骤2：再移动待测镜头，使待测镜头光轴对准标靶上的第二原点b，采集0.7视场正方形方框狭缝的像，以测算0.7视场畸变矫正系数；需要注意，在其他实施例中，若同一视场上有多个用于畸变矫正的方块，则同理进行测算即可；若还有其它视场(如0.9视场)，则也同理移动待测镜头并进行测算即可。

步骤3：所有畸变矫正方块的系数测算完成后，移动待测镜头，使待测镜头对准标靶上的第一原点o，分布在不同视场不同位置的相机同时采集不同视场不同位置的十字狭缝的像，再结合相应的畸变矫正系数(由步骤1、2获得)，测算得到不同视场不同位置的所有mtf值，测试结束。

前文中描述了本发明的一系列实施例，需要注意，上述实施例仅仅是对本发明的测试标靶的示例性说明，本发明的测试标靶并不限于上述实施例。例如，十字狭缝可以用其它形状的由狭缝构成的mtf测试图案代替，方形框和田字框也可以用其它形状的畸变矫正图案代替。