镜头多个视场MTF的实时测量方法、系统、设备及存储介质与流程

镜头多个视场mtf的实时测量方法、系统、设备及存储介质
技术领域
1.本发明涉及光学测试技术/光学镜头评价领域，具体涉及一种大视场镜头多个视场mtf的实时测量方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.调制传递函数(modulation transfer function,mtf)，是用于评估光学系统分辨率和性能的主要指标，是对光学镜头图像解析力的重要客观评价。在光学镜头的实际过程中会加入各种公差模拟出实际的mtf曲线，但是由于结构件和镜片的加工误差，以及组装公差，实际组装的镜头mtf曲线可能与理论曲线有差别，所以需要在镜头出厂前进行mtf测试。
3.目前镜头mtf曲线测试的方法主要有逆投影法，对比度法和刃边法。逆投影法最为简单方便，只需将刻线通过镜头投影到墙壁上，由人工进行判断，但是由于依赖操作员经验，所以误差较大，同时只能测离散的mtf值，无法得出完整的mtf曲线；对比度法是通过镜头拍摄特殊的刻线板，刻线对应不同的空间频率，量取曲线处的对比度，即可转换成相应的mtf值，该方法相较于逆投影法更为精确，但会麻烦一些，同样也只能测离散的值；刃边法是通过计算黑白分明的斜边的边缘扩展函数(edge spread function,esf)，然后转换成线扩展函数(line spread function,lsf)，然后傅里叶变换得到mtf，该方法的优点是只需拍摄一条斜边就可以得出完整的mtf曲线，但也存在缺点，需要更为严格的测试环境和测试标靶，需要先将图像保存，通过软件处理，或者需要人为选择区域，无法做到实时显示。
4.大视场光学镜头需要测试多个视场的调制传递函数，同时有的镜头会设有补偿量，在组装完镜头后需要先对镜头进行补偿量的调节才能使镜头正常使用，调试过程的合格与否的判断均基于mtf，所以mtf显示的快慢直接决定了此类镜头的生产效率。对于此类情况，传统刃边法很难实现，因为需要拍摄特定图卡，但是视场巨大可能找不到适配的图卡，同时图卡本身刃边的精细程度影响着测量mtf上限，可能测不了高分辨率镜头，最后需要存图通过软件人为选取每个视场计算mtf，非常麻烦。对比度法相对于传统刃边法要方便一点，只需查看并量取每个视场的线对的对比度即可进行判断，但是缺点是无法得到完整的曲线，需要测试员一直量取对比度，效率比较低。
5.目前应用刃边法测量mtf曲线的软件和程序都需要先手动截取一个刃边区域或者提供刃边图像才能计算出曲线，只能得出某个时刻的静态曲线，无法做到实时观测mtf曲线，同时，对于大视场镜头需要测试多个视场的mtf曲线，而目前的测量方法中鲜有能只通过一幅图同时得出不同视场的mtf。在镜头生产中，有的大视场镜头需要先进行补偿量调试才能正常使用，调试过程需要先调试然后停下查看各个视场的像质，很不方便。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种大视场镜头多个视场mtf的实时测量方法、系统、设备及存储介质，在传统刃边法的基础上进行了改进升级，使测试过程减少人为的操作，提高测试效率，做到能够实时同步显示大视场广角镜头多个视场的mtf曲线，方便进行
镜头的实时调试。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
8.一种镜头多个视场mtf的实时测量方法，各视场设有光源和测试标靶，包括：
9.基于所述测试标靶的原始图像，根据设置所述原始图像上像素点灰度值的图像处理结果所获取目标位置信息的预处理过程，进而分割原始图像，获得仅包含单个所述测试标靶的标靶区域图像；
10.对多个所述标靶区域图像，基于测试标靶的区域分类，对所述测试标靶区域图像的处理，得到所述测试标靶中心的坐标信息；
11.根据所述测试标靶中心的坐标信息，选取刃边roi；
12.根据所述刃边roi，采用刃边法计算mtf曲线；
13.其中，所述测试标靶设有不透光区域和镂空透光区域，所述镂空透光区域图案中子午方向和弧矢方向各存在至少一条线段作为刃边。
14.进一步地，所述设置所述原始图像上像素点灰度值的图像处理结果，具体步骤包括：
15.对所述原始图像进行二值化处理并取反、优化，得到二值化图像；
16.所述二值化图像再次取反，采用泛洪算法处理，得到新二值图像；
17.所述二值化图像减去所述新二值图像，得到预处理图像。
18.进一步地，所述获取目标位置信息，具体步骤包括：
19.对所述预处理图像采用连通域法，根据返回的各连通域起始点坐标和边长，得到各个视场中所包含所述测试标靶的区域位置信息。
20.进一步地，所述优化包括，对处理过程中的图像进行填充孔洞及形态学开运算处理。
21.进一步地，所述基于测试标靶的区域分类，对所述测试标靶区域图像的处理，具体步骤包括：
22.所述标靶区域图像进行二值化处理并取反、优化，得到区域二值化图像；
23.对所述区域二值化图像，进行泛洪算法处理，得到所述测试标靶的图像；
24.检测所述测试标靶的图像，得到测试标靶的中心坐标。
25.进一步地，所述选取刃边roi，包括：
26.在所述标靶区域图像中，通过所述测试标靶的中心做水平直线和竖直直线，取两条直线分别与刃边的交点为中心，向四周扩充截取刃边roi；所述刃边roi中子午方向的刃边区域至少为50x25个像素，弧矢方向的刃边区域至少为25x50个像素。
27.进一步地，所述测试标靶采用不透光且表面不发生镜面反射的材质；所述测试标靶的镂空透光区域的切割区域应平滑。
28.进一步地，所述两条直线分别与刃边的交点坐标的计算方法包括：
29.以中心的横坐标和纵坐标分别截取两个灰度值一维矩阵，然后对两个灰度值一维矩阵进行梯度计算，寻找梯度极值，从而可分别计算得出两个交点的坐标。
30.为实现上述方法，本发明还公开一种镜头多个视场mtf的实时测量系统，包括：
31.图像采集模块，各所述视场设置所述光源和所述测试标靶的位置，使各视场的刃边明暗对比度达到5:1，通过所述相机和所述镜头获取所述测试标靶的原始图像；
32.图像处理模块，基于所述原始图像，测试程序预处理所述原始图像，选取标靶区域图像；循环处理所述标靶区域图像，选取刃边roi；根据所述刃边roi，采用刃边法计算mtf曲线。
33.为实现上述方法，本发明还公开一种计算机设备，包括：处理器和存储器，
34.所述存储器，用于存储计算机程序；
35.所述处理器，用于执行所述存储器上所存储的计算机程序，实现如上任一所述的镜头多个视场mtf的实时测量方法。
36.为实现上述方法，本发明还公开一种存储介质，当所述存储介质中的程序由所述处理器执行时，能够实现如上任一所述的镜头多个视场mtf的实时测量方法。
37.与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
38.(1)本发明采用了简洁高效的测试标靶，该测试标靶同时拥有子午和弧矢两个方向的刃边roi(region of interest，感兴趣区域)，还拥有图像识别比较容易识别的圆形外轮廓，刃边经过高精度处理后，没有毛刺和锯齿等缺陷，能够克服使用测试图卡带来的分辨率问题；
39.(2)设置多个测试标靶，并对图像进行分块处理，可使本发明测试多个视场的mtf；自动选取标靶区域图像和自动选取刃边roi，使本发明可做到自动计算得出mtf；
40.(3)实时地显示多个视场的mtf，可有效地提高镜头生产的效率，大大减少人为重复无意义操作所浪费的时间。
附图说明
41.图1为本发明实时测量方法的流程图；
42.图2为本发明实施例的刃边标靶的示意图；
43.图3为本发明实施例的测试装置的结构示意图；
44.图4为本发明实施例的二值图b的示意图；
45.图5为本发明实施例的二值图c的示意图；
46.图6为本发明实施例的预处理图像的示意图。
47.其中，1.刃边标靶；2.背光源板；3.测试架。
具体实施方式
48.下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
49.本发明针对传统刃边法做了以下两个方面的改进。
50.一、测试标靶的改进
51.传统测试标靶为符合iso标准的专用测试图卡，测试图卡上有多个倾斜的正方形或是分成四块的明暗交替圆形，包含多个视场的子午刃边和弧矢刃边，但这两种图案都不适合计算机自动识别，需要人为框选刃边区域。照明方式分为反射式和透射式，测试图卡大小有限，用于测试大视场镜头时成本很高。另外，这种测试图卡还有一个较大的缺陷，即测试高分辨率成像系统的时候，由于测试图卡的刃边分辨率有限，mtf曲线将受刃边影响，误差将会变大。
52.本发明对于测试标靶的形状无特别限制，只要有利于图像特征提取的形状、能够
在原始图像中找到测试标靶的位置并截取出来都可以。
53.本发明实施例的测试标靶为一刃边标靶，参见图2，该刃边标靶构造为一圆形金属片中间挖掉一个四边形。这样设计的目的是圆形可快速地在图像处理中被识别出来，以便定位要处理的区域；四边形有两边是倾斜的，分别是子午刃边和弧矢刃边roi的采集区域，倾斜角度可在5～10
°
以内，同时子午刃边和弧矢刃边分别被过外圆圆心的水平线竖直线所平分，另外两边为直角边，方便摆放时不会过于倾斜。金属的子午刃边和弧矢刃边切割区域应平滑，不能有过多毛刺，否则处理后的mtf曲线将不准确。
54.二、自适应刃边roi选取方法
55.传统测试方法中选取刃边roi是采用人为框选的方法，框选后还需对roi的大小和位置进行调整，否则得出的曲线将是不准确的，这个过程较为麻烦，镜头每个视场的子午和弧矢mtf曲线测量就需要操作两次，使大视场镜头的测试效率低下。
56.本发明实施例的自适应刃边roi选取方法是基于本发明实施例中的刃边标靶进行设计的，可以做到同时输出多个视场的子午刃边和弧矢刃边，具体流程参见图1。
57.首先需要对拍摄的原始图像进行预处理，去除原始图像中的干扰和不需要的区域，使之达到可以使用连通域可以处理的程度。原始图像中有用的信息只有刃边标靶，但是刃边区域外既有背光源板的亮区域又有背景的暗区域，所以原始图像预处理的目标就是，区分每个视场的刃边标靶和其他区域。
58.具体方案是：先对原始图像进行二值化，暗的区域取0，亮的区域取255，得到二值图a；再对二值图a取反并填充小的孔洞，然后进行形态学开运算，去除图像中的毛刺和孤立的点，再次填充孔洞，去除干扰，得到二值图b；对二值图b取反后运用泛洪算法将中间刃边标靶区域进行填充，得到只含有背光源板的二值图c；最后，将二值图b减去二值图c，并填充多余孔洞后，得到只含刃边标靶的预处理图像。
59.对预处理图像采用连通域算法，返回各连通域起始点坐标和边长，则得到各个视场中包含刃边标靶的矩形区域的坐标信息。再根据坐标信息将原始图像分割成只含单个刃边标靶的标靶区域图像，标靶区域图像的边长为连通域得出边长的两倍，以便实际测试时图像可以有一定的偏移。分割图像的目的是将各个视场的标靶区分出来，并且减少数据处理的量，以便能够更快的求出mtf曲线。
60.相机工作后，会先分割出标靶区域图像，然后一直循环处理各个标靶区域图像。
61.标靶区域图像的处理和原始图像的预处理类似，目的是得到只含标靶外圆的圆形图案。具体做法为：先对标靶区域图像进行二值化并取反，然后填充可能存在的小的孔洞，再进行形态学开运算去除毛刺和散点，之后再进行一次填充孔洞，这些操作的目的是尽可能去除二值图中可能出现的干扰，以便后续能够顺利地进行圆测试；然后再运用泛洪算法填充掉刃边标靶外面的区域，再填充刃边标靶内部的四边形，使整个图像只有刃边标靶圆形区域是亮的；最后进行圆检测，检测出各个区域的标靶的位置，主要是刃边标靶的圆心位置坐标。
62.然后在标靶区域图像中，根据圆心位置坐标截取刃边区域。思路是过圆心做水平、竖直两条直线，两条直线分别与子午刃边和弧矢刃边相交，然后再以交点往四周扩充截取规定大小的区域，即可得到子午刃边区域和弧矢刃边区域，选取子午刃边区域为50x25个像素，弧矢刃边区域为25x50个像素。交点坐标的计算方法是：以圆心位置的横坐标、纵坐标截
取两条灰度值一维矩阵，然后对这两个一维矩阵进行梯度计算，由于刃边标靶是不透光的，所以斜边交点处的梯度是负数且是最小值，所以可通过找寻梯度极值，从而得出交点坐标，进而分割刃边区域。
63.如图3所示，本实施例实现大视场镜头多个视场mtf的实时测量方法的测试装置：刃边标靶1的刃边区域与背光源板2表面紧密贴合，刃边标靶1固定在背光源板2上；测试架3上安装有背光源板2且可以调节背光源板2的位置。
64.使用该装置实现大视场镜头多个视场mtf的实时测量方法的具体操作流程为：(1)调节各个背光源板2位置到指定视场处，相机镜头移动到指定距离；(2)打开相机、背光源板2和补光光源，调节亮度使各视场的刃边明暗对比度达到5:1；(3)运行程序，先控制相机，获取相机图像，对图像处理后识别各个标靶区域，然后循环处理各个标靶区域内相机采集的图像，获取刃边和mtf曲线，最后显示在屏幕上。
65.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
66.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。