基于阵列点源及PSF识别算法的透镜调装和评价装置及方法

本发明涉及光学系统领域，尤其涉及一种基于阵列点源靶标及psf识别处理算法的镜头调装及评价装置和方法。

背景技术：

1、在光学系统（或光学镜头）质量评估中，任何物体可以分解为点，也可以分解为各频率的谱，两种不同分解方法构成两类评价光学系统的方法：

2、（1）第一类以物点所发出的光能在像空间的分布状况作为质量评价的依据，由于衍射使点物不能成点像而形成一个衍射光斑，光能主要集中在中央亮斑中，这一亮斑称为艾里斑，而像差的存在使衍射光斑的能量比无像差时更为分散，属于这一类的像质评价方法有斯特列尔判断、瑞利判断和分辨率，以及通常用几何光线的密集程度来表示的点列图，即几何点扩散函数（psf, point spread function）。

3、（2）第二类是把光学系统看成线性系统，并用傅氏分析法将物体分解为一系列不同频率的正弦分布，它们经线性系统传递到像方时频率不变，但对比度下降和相移，并截止于某一频率。对比度的降低和相移与频率之间的函数关系称为光学传递函数（mtf,modulation transfer function ），与像差有关，即mtf为评价光学系统像质的一项指标。

4、对于光学镜头的设计之初，可以通过光学设计软件对镜头进行这两项psf/mtf指标的仿真评估。当光学镜头的镜片和固定结构加工完成后，在其装调过程或者装调完成后，对其进行指标的评估检测至关重要。

5、1.平行光管表征光学镜头质量：

6、平行光管（collimator）是准直仪的一种，通过平行光管能够获取来自无穷远的光束，是光学仪器装校、检测的重要工具之一。像面经过严格校准的平行光管可用于光学仪器的装调，而平行光管配以不同的目标板，可广泛用于光学仪器几何参数（焦距、相对孔径等）、成像质量（星点检验、目视分辨率检验、mtf检验等）等光学参数的测量。

7、平行光管发出的平行光经过镜头成像为单点psf，获取不同视场下的psf，需要对平行光管入射角度进行调整。

8、2.透镜偏心仪表征镜头质量：

9、偏心仪是测量透镜或者透镜组光轴偏差的仪器，偏心的测试主要分为两种，分别是透射式偏心和反射式偏心。透射式偏心仪检测的是被检测透镜或者镜组焦点处的偏心差，反射式偏心仪检测的是透镜每个面球心的偏差。

10、两者均是间接表征镜头的装调数据，与镜头设计仿真拟合的psf/mtf数据无直接对应关系。

11、目前现有技术中存在的缺陷：

12、（1）实验室测试装调人员常借助平行光管对镜头进行装调，查看同轴光源下，装调过程或装调完成的镜头成像质量，但是不能同时直观反馈镜头不同入射光/不同视场下的成像效果，且无相关数据库和算法支持相应的集成分析；

13、（2）随着不同领域的镜头应用，镜头小型化且短焦距，此类镜头在调装时，存在操作空间小、精度要求高等问题；

14、（3）加工制造厂商测试装调借助设备透镜偏心仪（定心仪），属于测量光学镜头的中心偏差和镜片间隔，间接表征镜头的成像质量，与镜头设计仿真拟合的psf/mtf数据无法对应比对。【虽然测试精度较高，但操作使用难度较高且价格昂贵（10w以上），不适用部分产线的批量快速装配及使用。】

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于阵列点源及psf识别算法的透镜调装和评价装置及方法。

2、技术方案：本发明所述的一种基于阵列点源及psf识别算法的透镜调装和评价装置，包括面阵光源靶标模块、镜头多轴调节模块、中继系统模块、图像采集模块、计算机系统模块；所述镜头多轴调节模块位于所述面阵光源靶标模块与所述中继系统模块之间，所述中继系统模块位于所述镜头多轴调节模块与所述图像采集模块之间；

3、所述面阵光源靶标模块用于为待调装镜头提供不同入射光或不同视场下的成像源；

4、所述镜头多轴调节模块用于调节待调装镜头的位置；

5、所述中继系统模块为待调装镜头提供操作空间延展；

6、所述图像采集模块作为待调装镜头成像端数据采集终端；

7、所述计算机系统模块为待调装镜头提供成像信息采集、处理及分析反馈。

8、在一些实施方式中，所述面阵光源靶标模块包括面阵led光源、匀光板和阵列光阑，所述面阵led光源外侧安装有所述匀光板，所述匀光板外侧安装有所述阵列光阑。

9、在一些实施方式中，所述面阵led光源包括近紫外、可见光、近红外波段。

10、在一些实施方式中，所述面阵led光源还连接有光源控制器。

11、在一些实施方式中，所述镜头多轴调节模块包括单轴滑台、两轴滑台、三轴滑台、四轴滑台、五轴滑台和六轴滑台。

12、在一些实施方式中，所述中继系统模块包括中继透镜及支撑架。

13、在一些实施方式中，所述图像采集模块采用cmos或ccd面阵相机。

14、在一些实施方式中，所述计算机系统模块内安装有计算机及数据分析处理程序，为待调装镜头提供成像信息采集、处理及分析反馈。

15、另一方面，本发明还公开了一种透镜调装和评价装置的调装和评价方法，包括如下步骤：

16、（1）开机：将光源控制器、计算机分别打开对应电源；

17、（2）镜头固定：将待装调镜头组件固定至镜头多轴调节模块；

18、（3）打开分析软件：（a）调取待装调镜头设计仿真拟合所得镜片间离焦、错位及倾斜等问题数据库；（b）打开相机图像采集；

19、（4）镜头调装：依次调装镜片，点击软件图像采集；

20、（5）测试反馈：选择图像psf自动分析功能，提示镜头装调状态：（a）预警状态：离焦、错位及倾斜；（b）理想状态；

21、（6）测试通过：调装预警跳变为理想状态；

22、（7）镜头固定：固定装调完成的镜头镜片；

23、（8）完成：拆下镜头，关闭软件，关闭电源。

24、再另一方面，本发明还公开了一种应用于透镜调装和评价装置的psf识别算法，包括：

25、（1）对称psf数据识别算法

26、步骤1：利用图像阈值法，设置阈值，图像矩阵扫描识别出psf亮斑区域；

27、步骤2：对识别出psf亮斑区域，进行一定大小矩阵选区，得到中心对称的组合psf数据；

28、步骤3：将xy方向的两组psf与镜头设计仿真拟合数据库数据结果进行比对，判断反馈透镜装调过程中存在镜片间离焦、错位及倾斜问题，根据不同维度的滑台进行对应装调；

29、（2）批量psf拟合mtf算法

30、步骤1: 利用图像阈值法，设置阈值，图像矩阵扫描识别出psf亮斑区域；

31、步骤2：对psf数据进行批量fft变换得到mtf数据；

32、步骤3：将mtf数据与光学设计仿真的mtf数据进行对比分析，判断光学透镜是否达到设计要求。

33、有益效果：本发明的有益效果如下：

34、（1）通过面阵点光源成像，解决平光光管获取不同入射角psf数据的操作麻烦问题，实现同时直观反馈镜头不同入射光/不同视场下的成像效果；

35、（2）通过仿真模拟不同装调情况下，阵列psf的成像规律，建立映射数据库，根据装调时成像数据，匹配后进行逆映射，自动快速提示装调操作方向，实现智能辅助装调；

36、（3）通过多轴高精度调节台，解决镜头装调要求精度高的问题，实现不同精度要求的镜头装调操作功能；

37、（4）通过中继耦合系统，解决小型化且短焦距镜头调装时，存在操作空间小的问题，实现对镜头的操作空间延展功能。