光学系统的曝光面校准方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

1.本发明涉及光学系统的技术领域，特别涉及光学系统的曝光面校准方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.现有的3d打印技术在光固化领域实现面打印工艺，通常使用dlp和lcd技术。dlp光固化打印机是利用高分辨率的dlp器件和紫外光源，将三维模型的截面投影在工作台上，使液态光聚合物逐层进行光固化。lcd光固化打印机与此类似，不同之处在于使用lcd显示屏替代dlp投影系统将截面直接显示在工作台上。dlp和lcd均属于打印面曝光技术，3d打印时要求曝光面内每一处的辐照度保持一致。如果曝光面内的辐照度差异过大，会导致打印的成品表面有竖纹，严重时打印会脱落掉板，造成打印失败。
3.通常使用的光源校准技术是将打印区域的整个幅面分割为若干测量点位，使用光功率计对各个点位的辐照度进行测量，获得各个点位的辐照度分布数据。再根据数据分布反向计算各个点位的灰度补偿值，每一个点位的区域使用补偿值计算后的灰度投影或显示，以实现整个曝光面的均匀度校准。
4.但是这种方法存在比较大的限制，例如幅面分割后的点位辐照度测量只能说明该点位的辐照度，属于离散的点位值。然而使用离散的点位值替代对应分割面的区域分布值，即用离散的点表征平面内的均匀分布状况，离散点之间的分布值被两点替代造成均匀性校正精度的下降。通常使用增加幅面分割的点位来提高精度，但是这样会造成检测时间和难度的上升。且打印设备的长期使用，光学系统内的器件损耗和更换会导致前一次校准后的灰度补偿值发生改变，需要继续对打印区域的均匀度进行校正，消耗较多的人力和时间投入。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种光学系统的曝光面校准方法、装置、计算机设备及存储介质，旨在提高对于光学系统曝光面的校准精度和校准效率。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种光学系统的曝光面校准方法，包括：
7.利用基准光源对拍摄模组进行平场校正；
8.获取由拍摄模组对光学系统的曝光面拍摄生成的灰度分布图像；
9.将所述灰度分布图像分割为包含多个分割区域的网格图像，并计算每一分割区域的拟合灰度值；
10.在计算得到的所有拟合灰度值中选取最小拟合灰度值作为基准灰度值，并根据所述基准灰度值计算其他分割区域对应的灰度补偿系数，以生成得到数字掩膜；
11.利用所述数字掩膜对光学系统发出的投光图像进行掩膜补偿，得到曝光面具备均匀辐照度值的打印图像。
12.第二方面，本发明实施例提供了一种光学系统的曝光面校准装置，包括：
13.平场校正单元，用于利用基准光源对拍摄模组进行平场校正；
14.图像获取单元，用于获取由拍摄模组对光学系统的曝光面拍摄生成的灰度分布图像；
15.拟合单元，用于将所述灰度分布图像分割为包含多个分割区域的网格图像，并计算每一分割区域的拟合灰度值；
16.选取单元，用于在计算得到的所有拟合灰度值中选取最小拟合灰度值作为基准灰度值，并根据所述基准灰度值计算其他分割区域对应的灰度补偿系数，以生成得到数字掩膜；
17.掩膜补偿单元，用于利用所述数字掩膜对光学系统发出的投光图像进行掩膜补偿，得到曝光面具备均匀辐照度值的打印图像。
18.第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的光学系统的曝光面校准方法。
19.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的光学系统的曝光面校准方法。
20.本发明实施例提供了一种光学系统的曝光面校准方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：利用基准光源对拍摄模组进行平场校正；获取由拍摄模组对光学系统的曝光面拍摄生成的灰度分布图像；将所述灰度分布图像分割为包含多个分割区域的网格图像，并计算每一分割区域的拟合灰度值；在计算得到的所有拟合灰度值中选取最小拟合灰度值作为基准灰度值，并根据所述基准灰度值计算其他分割区域对应的灰度补偿系数，以生成得到数字掩膜；利用所述数字掩膜对光学系统发出的投光图像进行掩膜补偿，得到曝光面具备均匀辐照度值的打印图像。本发明实施例通过获取曝光面辐照度值的所有像素级分布，并转化密度较低的离散型分布，再进行灰度值的对应补偿，可有效提高对于光学系统曝光面的校准精度和校准效率。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准方法的流程示意图；
23.图2为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准方法的子流程示意图；
24.图3为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准方法的另一流程示意图；
25.图4为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准方法的示例示意图；
26.图5为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准方法的另一示例示意图；
27.图6为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准装置的示意性框图；
28.图7为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准装置的子示意性框图；
29.图8为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面的校准装置的另一示意性框图。
具体实施方式
30.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。
31.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
32.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
33.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
34.下面请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种光学系统的曝光面校准方法的流程示意图，具体包括：步骤s101～s105。
35.s101、利用基准光源对拍摄模组进行平场校正；
36.s102、获取由拍摄模组对光学系统的曝光面拍摄生成的灰度分布图像；
37.s103、将所述灰度分布图像分割为包含多个分割区域的网格图像，并计算每一分割区域的拟合灰度值；
38.s104、在计算得到的所有拟合灰度值中选取最小拟合灰度值作为基准灰度值，并根据所述基准灰度值计算其他分割区域对应的灰度补偿系数，以生成得到数字掩膜；
39.s105、利用所述数字掩膜对光学系统发出的投光图像进行掩膜补偿，得到曝光面具备均匀辐照度值的打印图像。
40.本实施例中，首先在曝光面上使用导光膜接收光学系统投出或显示的全幅面白图的图像，即投光图像，并设定使用0～255灰阶中的255全阶白图，从导光膜背面可见全白图的成像面，即为打印机的打印面。然后在导光膜正上方放置一个拍摄模组对成像面进行拍摄，得到取像面，利用拍摄模组将光学系统的曝光面上各辐照度值转化为不同的灰度，得到对应的灰度分布图像。再对所述灰度分布图像分割计算拟合灰度值，并得到相应的最小拟合灰度值和灰度补偿系数，由此生成数字掩膜。通过所述数字掩膜对投光图像进行补偿，即可实现对于曝光面的均匀校准，使最终得到打印图像具备均匀的辐照度值。还需说明的是，本实施例所述的基准光源为平场校正技术中的基准高均匀面光源。
41.本实施例通过获取曝光面辐照度的所有像素级分布，并转化密度较低的离散型分布，再进行灰度值的对应补偿，可有效提高对于光学系统曝光面的校准精度和校准效率。同时，还通过拍摄模组实现非接触式整体测量，避免多步重复操作，节省测量时间。另外，本实施例的校正精度还可根据实际情况自行调整，无需增加额外操作步骤。
42.在一实施例中，所述步骤s101包括：
43.基准光源根据预设灰度值，投影出具备均匀辐照度值的曝光面；
44.拍摄模组对基准光源的曝光面拍摄，得到基准光源图像；
45.根据所述基准光源图像，获取感光芯片中各像素单元的灰度输出值，将基准光源的预设灰度值和各像素单元的灰度输出值对比，得到各像素单元的灰度校正系数；
46.根据各像素单元的灰度校正系数对拍摄模组进行平场校正。
47.本实施例中，首先为基准光源(即基准高均匀面光源)设置灰度值，以投影出具备均匀辐照度值的曝光面。然后通过拍摄模组对基准光源进行取像，使感光芯片中的每一个像素单元能够同时接收到相同能量的光线。然后根据感光芯片的输出数据完成拍摄模组的平场校正。具体到本实施例中，通过拍摄模组对基准光源进行全局取像，即均匀的面光源大于拍摄模组的取像面范围，如此可以使拍摄模组中的感光芯片被取像物镜采集的像面完全覆盖。具体地，所述预设灰度值可以为255。
48.因拍摄模组内的镜头渐晕和相机内感光芯片的感光差异影响，拍摄模组拍摄基准高均匀面光源时，感光芯片中心和边缘的探知的亮度有差异，在拍摄图像上呈现出不同的灰度显示。平场校正是将感光芯片感知的灰度值与已知的基准高均匀面光源进行比较，基准光源的灰度值设定为255，即可得到该拍摄模组每一个像素的灰度补偿值，使用该补偿值校正模组后，拍摄基准高均匀度面光源可得到该光源均匀度的真实分布，该拍摄模组完成平场校正。
49.进一步的，在一优选实施例中，所拍摄模组对基准光源的曝光面拍摄，得到基准光源图像，包括：
50.基于基准光源的曝光面尺寸，将拍摄模组的取像面划分为若干个取像子区域；
51.移动基准光源，基准光源分别对各取像子区域投影，得到若干个对应于各取像子区域的基准光源子图像；
52.将所述若干个基准光源子图像拼接，得到所述基准光源图像。
53.该优选实施例中，根据基准光源的曝光尺寸对拍摄模组的取向面进行划分，进而通过移动基准光源对划分得到的各个取像子区域进行投影，以得到对应的基准光源子图像。
54.在该优选实施例中，使用一个较小面积高度均匀的面光源作为基准光源，设置基准光源的长度和宽度分别为取像面长度的1/p和宽度的1/q，其中，取像面与成像面共轭，即对于划分为p*q区域的取像面，在成像面有对应数量的p*q区域一一映射。p和q均为整数。
55.基于基准光源的长度和宽度将所述基准光源对应为成像面的p*q个区域；
56.将p*q个区域逐区域拼接为一均匀成像面，利用所述均匀成像面对所述拍摄模组完成平场校正。
57.结合图4和图5，其中，图5由图4共轭得到，设定基准光源在区域1，对应成像的区域为1’，移动基准光源到区域2，对应成像的区域为2’。逐区域移动同一个基准光源，基准光源对应成像p*q个区域，逐区域拼接后可以在成像面生成一个覆盖感光芯片的均匀成像面，通过此成像面可以对拍摄模组完成平场校正。
58.光学系统是能产生清晰的、与物完全相似的像的成像系统。光束中各条光线或其延长线均交于同一点的光束称为同心光束。入射的同心光束经理想光学系统后，出射光束必定也是同心光束。入射和出射同心光束的交点分别称为物点和像点。理想光学系统具有
下述性质：1、交于物点的所有光线经光学系统后，出射光线均交于像点。反之亦然。这一对物像可互换的点称为共轭点。2、物方的每条直线对应像方的一条直线称共轭线；相对应的面称共轭面。3、任何垂直于光轴的平面，其共轭面仍与光轴垂直。4、对垂直于光轴的一对共轭平面，横向放大率为常量。
59.在一实施例中，如图2所示，所述光学系统的曝光面校准方法还包括：步骤s201～s203。
60.s201、限定所述拍摄模组的曝光量；
61.s202、调节基准光源曝光面的辐照度值，并利用拍摄模组获取对应的灰度值，以此拟合生成灰度与辐照度值的关系曲线；
62.s203、基于所述关系曲线，利用拍摄模组对光学系统发出的投光图像进行灰度读取，得到对应的辐照度值。
63.本实施例中，除了对打印机打印曝光面的均匀度校准，还可以对光学系统的辐照度进行监控，了解光学系统的老化状态。具体的，在平场校正过程中，首先对投光图像的硬件参数进行设定，硬件参数可以包括3d打印机的曝光量、拍摄模组的增益和图像处理条件等。接着固定拍摄模组的曝光量，固定的曝光量使投光图像的灰度峰值保持在255以下。
64.在固定的曝光量下对投光图像进行灰度标定，得到取像灰度对应光强的坐标点。然后可以采用光度计测定不同的辐照度值，以此调节投光图像的辐照度值，再通过拍摄模组获取对应的灰度值。在经过多次调节后，可以根据调节结果(即不同的辐照度值以及对应的灰度值)对光强坐标点进行拟合，生成灰度与辐照度值的关系曲线。后续在相同曝光量下，拍摄模组对投光图像进行灰度读取时，便可以依据关系曲线确定对应的辐照度值。
65.在优选实施例中，所述步骤s201和s202可在平场校正的过程中进行。
66.在一实施例中，所述步骤s102包括：
67.调节拍摄模组的曝光量，使拍摄得到的灰度分布图像在灰度最大值以下；其中，所述灰度最大值为255。
68.本实施例中，经过平场校正后的拍摄模组拍摄成像面，通过调节拍摄模组的曝光量，使整体拍摄的成像面的灰度值在灰度最大值(常规灰度图像显示的灰阶为0～255，所以常规灰度最大值为255)以下，可得到成像面真实的均匀度分布，即对应的像素级灰度分布图像。
69.在一实施例中，利用拟合算法计算每一分割区域的拟合灰度值，所述拟合算法为最小二乘法、多项式拟合算法或者三次样条拟合算法。
70.本实施例中，在利用拟合算法计算每一分割区域的拟合灰度值，可以采用最小二乘法、多项式拟合算法或者三次样条拟合算法，又或者是其他拟合算法。
71.在将所述灰度分布图像分割为包含多个分割区域的网格图像时，可以具体分割为m行、n列，形成m*n的网格分布。
72.在一实施例中，如图3所示，所述步骤s104包括：步骤s301～s303。
73.s301、将所有拟合灰度值按照对应分割区域的顺序依次标记为p
11
、p
12
、
……
、p
mn
，得到项数为m*n的的灰度数组；
74.s302、在所述灰度模组中选取最小值p
min
作为最小拟合灰度值，并将最小拟合灰度值与灰度数组中的其他数据进行归一化比值计算，得到一比值矩阵；
75.s303、将所述比值矩阵中包含的比值作为对应的灰度补偿系数，然后将需求图像灰度值与所述比值矩阵中的各比值相乘，得到对应的数字掩膜。
76.本实施例中，选取网格图像内最小灰度拟合值作为基准，与其他拟合灰度值进行比较，可得到灰度补偿系数。在网格图像中的灰度补偿系数可以组成一张数字掩膜，此后每一投光图像经过该数字掩膜的掩膜补偿后，便可以得到曝光面具备均匀辐照度值的打印图像。
77.具体地，设定网格图像内第一格的拟合灰度值为p
11
，以此类推，最后一格的拟合灰度值为p
mn
，可以得到项数为m*n的的灰度数组。从灰度数组中选取最小值p
min
，与灰度数组中的其余拟合灰度值做归一化比值生成对应的比值矩阵，该比值矩阵中的比值即为补偿系数。需求图像灰度值即使用者所需投影的图像的灰度值，当设定的需求图像灰度值为a时，将a与比值矩阵相乘，即可得到数字掩膜。
78.图6为本实施例提供的一种光学系统的曝光面校准装置600的示意性框图，该装置600包括：
79.平场校正单元601，用于利用基准光源对拍摄模组进行平场校正；
80.图像获取单元602，用于获取由拍摄模组光学系统的曝光面拍摄生成的灰度分布图像；
81.拟合单元603，用于将所述灰度分布图像分割为包含多个分割区域的网格图像，并计算每一分割区域的拟合灰度值；
82.选取单元604，用于在计算得到的所有拟合灰度值中选取最小拟合灰度值作为基准灰度值，并根据所述基准灰度值计算其他分割区域对应的灰度补偿系数，以生成得到数字掩膜；
83.掩膜补偿单元605，用于利用所述数字掩膜对光学系统发出的投光图像进行掩膜补偿，得到曝光面具备均匀辐照度值的打印图像。
84.在一实施例中，所述平场校正单元601包括：
85.投影单元，用于基准光源根据预设灰度值，投影出具备均匀辐照度值的曝光面；
86.曝光面拍摄单元，用于拍摄模组对基准光源的曝光面拍摄，得到基准光源图像；
87.数据获取单元，用于根据所述基准光源图像，获取感光芯片中各像素单元的灰度输出值，将基准光源的预设灰度值和各像素单元的灰度输出值对比，得到各像素单元的灰度校正系数；
88.系数校正单元，用于根据各像素单元的灰度校正系数对拍摄模组进行平场校正。
89.在一实施例中，所述曝光面拍摄单元包括：
90.取向面划分单元，用于基于基准光源的曝光面尺寸，将拍摄模组的取像面划分为若干个取像子区域；
91.移动投影单元，用于移动基准光源，基准光源分别对各取像子区域投影，得到若干个对应于各取像子区域的基准光源子图像；
92.图像拼接单元，用于将所述若干个基准光源子图像拼接，得到所述基准光源图像。
93.在一实施例中，如图7所示，所述光学系统的曝光面校准装置600还包括：
94.限定单元701，用于限定所述拍摄模组的曝光量；
95.曲线生成单元702，用于调节基准光源曝光面的辐照度值，并利用拍摄模组获取对应的灰度值，以此拟合生成灰度与辐照度值的关系曲线；
96.灰度读取单元703，用于基于所述关系曲线，利用拍摄模组对光学系统发出的投光图像进行灰度读取，得到对应的辐照度值。
97.在一实施例中，图像获取单元602包括：
98.调节单元，用于调节拍摄模组的曝光量，使拍摄得到的灰度分布图像在灰度最大值以下。
99.在一实施例中，利用拟合算法计算每一分割区域的拟合灰度值，所述拟合算法为最小二乘法、多项式拟合算法或者三次样条拟合算法。
100.在一实施例中，如图8所示，所述选取单元604包括：
101.区域标记单元801，用于将所有拟合灰度值按照对应分割区域的顺序依次标记为p
11
、p
12
、
……
、p
mn
，得到项数为m*n的的灰度数组；
102.计算单元802，用于在所述灰度模组中选取最小值p
min
作为最小拟合灰度值，并将最小拟合灰度值与灰度数组中的其他数据进行归一化比值计算，得到一比值矩阵；
103.相乘单元803，用于将所述比值矩阵中包含的比值作为对应的灰度补偿系数，然后将预设图像灰度值与所述比值矩阵中的各比值相乘，得到对应的数字掩膜。
104.由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
105.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
106.本发明实施例还提供了一种计算机设备，可以包括存储器和处理器，存储器中存有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然计算机设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
107.本发明的光学系统优选为3d打印机的光学系统，包括dlp(digital light processing，数字光处理)光机设备、或包含lcd(liquid crystal display，液晶显示器)的光机设备、或包含lcos(liquid crystal on silicon，硅基液晶)的光机设备、或包含oled(organic light
‑
emitting diode，有机发光二极管)的光机设备。
108.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明
即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
109.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。