專(zhuān)利名稱(chēng)：掃描頭光學(xué)解析能力測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掃描儀中有關(guān)掃描頭的光學(xué)測(cè)試技術(shù)，特別涉及掃描頭黑白光學(xué)解晰能力MTF(Modulation Transfer Function)的一種測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
掃描頭黑白光學(xué)解晰能力MTF(Modulation Transfer Function)是衡量掃描儀光學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。在生產(chǎn)掃描儀過(guò)程中，檢測(cè)和調(diào)整鏡頭(Lens)相對(duì)電荷耦合器(CCD/B)的MTF(光學(xué)解晰度)值，并使其達(dá)到最佳狀態(tài)是每個(gè)掃描儀生產(chǎn)廠商所追求的目標(biāo)，其中掃描頭光學(xué)測(cè)試技術(shù)是掃描頭光學(xué)機(jī)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)，如何精確、有效的測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的性能歷來(lái)是掃描頭制造過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)。目前現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于掃描頭對(duì)黑白解晰能力的測(cè)試技術(shù)有許多種。這些測(cè)試方法的基本思路是在掃描頭光路的物距位置上放置一個(gè)印有黑白幾何圖案的光學(xué)測(cè)試板，通過(guò)軟件方式采集測(cè)試板上黑白幾何圖案在電荷耦合器上所對(duì)應(yīng)的相關(guān)信號(hào)值，并通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出與光學(xué)解析能力相關(guān)的指標(biāo)，通過(guò)這種指標(biāo)來(lái)衡量該光學(xué)系統(tǒng)的解析能力。但現(xiàn)有測(cè)試方法所存在的問(wèn)題是1、測(cè)試的精確不夠，離散性較大，抗外來(lái)干擾的能力弱，因此測(cè)試結(jié)果不能真實(shí)、有效的反映產(chǎn)品的光學(xué)性能；2、有些測(cè)試技術(shù)操作十分復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是采用特定設(shè)計(jì)的測(cè)試圖案(Pattern)，運(yùn)用相應(yīng)的計(jì)算方法來(lái)提高測(cè)試的有效性，排除外來(lái)干擾，使掃描頭黑白光學(xué)解晰能力測(cè)試更加精確可靠，為掃描頭光學(xué)機(jī)構(gòu)調(diào)整提供準(zhǔn)確依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種掃描頭光學(xué)解析能力測(cè)試方法，在掃描頭光路的物距位置上放置一個(gè)印有黑白幾何圖案的光學(xué)測(cè)試板，通過(guò)軟件方式采集測(cè)試板上黑白幾何圖案在電荷耦合器上所對(duì)應(yīng)的相關(guān)信號(hào)值，并通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出與光學(xué)解析能力相關(guān)的指標(biāo)，通過(guò)這種指標(biāo)來(lái)衡量該光學(xué)系統(tǒng)的解析能力。其測(cè)試板圖案設(shè)計(jì)以及數(shù)學(xué)模型如下所述光學(xué)測(cè)試板以標(biāo)準(zhǔn)白色底為背景，其上印有標(biāo)準(zhǔn)黑色的幾何圖形和線條圖案，幾何圖形由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)黑區(qū)域組成，并分別布置在兩端位置上；線條圖案由一組表示X方向的縱向平行X線和一組表示Y方向的橫向平行Y線構(gòu)成，并左右布置在中間位置上；各幾何圖形和線條圖案沿掃描線長(zhǎng)度方向相隔布置，以此構(gòu)成左黑、左白、X線、中白、Y線、右白、右黑各圖形或圖案區(qū)域；所述光學(xué)解析能力的測(cè)試和計(jì)算分X方向和Y方向進(jìn)行，每個(gè)方向?qū)?yīng)紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)又分為三項(xiàng)分別計(jì)算，其數(shù)學(xué)模型為X-MTFc＝(a(x，c)-b(x，c))/(A(x，c)-B(x，c))Y-MTFc＝(a(y，c)-b(y，c))/(A(y，c)-B(y，c))式中X-MTFc、Y-MTFc分別表示X和Y方向上在某色波方面的解析能力值，其中下標(biāo)x、y分別表示X方向和Y方向，下標(biāo)c表示紅、綠、藍(lán)三色中一種；a(x，c)、a(y，c)分別表示X方向和Y方向的X、Y線條區(qū)域中參考白在某色種方面的最大值；b(x，c)、b(y，c)分別表示X方向和Y方向的X、Y線條區(qū)域中參考黑在某色種方面的最小值；A(x，c)、A(y，c)分別表示參考白色線性轉(zhuǎn)換到X方向和Y方向后在某色種方面的值；B(x，c)、B(y，c)分別表示參考黑色線性轉(zhuǎn)換到X方向和Y方向后在某色種方面的值；A(x，c)＝(V1-V2)×D1/D2+V2A(Y，c)＝(V1-V3)×D3/D4+V3B(x，c)＝(V5-V4)×D5/D6+V4B(Y，c)＝(V4-V5)×D7/D6+V5式中V1、V2、V3、V4、V5分別表示中白、左白、右白、左黑、右黑區(qū)域在某色種方面的平均值；D1表示左白中點(diǎn)到X線中點(diǎn)的距離；
D2表示左白中點(diǎn)到中白中點(diǎn)的距離；D3表示右白中點(diǎn)到Y(jié)線中點(diǎn)的距離；D4表示右白中點(diǎn)到中白中點(diǎn)的距離；D5表示左黑中點(diǎn)到X線中點(diǎn)的距離；D6表示左黑中點(diǎn)到右黑中點(diǎn)的距離；D7表示右黑中點(diǎn)到Y(jié)線中點(diǎn)的距離。
上述技術(shù)方案的有關(guān)內(nèi)容和變化解釋如下1、上述方案中，所述“標(biāo)準(zhǔn)黑”和“標(biāo)準(zhǔn)白”分別是一種黑色和白色作為顏色標(biāo)本，在白區(qū)所獲的圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)白，黑區(qū)的圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)黑，以此作為標(biāo)準(zhǔn)黑、白顏色的基準(zhǔn)。所述“幾何圖形”是指在一種幾何形狀內(nèi)填充標(biāo)準(zhǔn)黑色，比如長(zhǎng)方形、三角形、圓形、梯形、正方形以及相互之間的組合等。所述“線條圖案”是指由標(biāo)準(zhǔn)黑色平行線組成的幾何圖案。
2、上述方案中，對(duì)于測(cè)試板來(lái)說(shuō)最終目標(biāo)是要沿掃描線長(zhǎng)度方向建立從左往右排列的圖形圖案區(qū)域，該區(qū)域的排列規(guī)則包含(1)左黑、左白、X線、中白、Y線、右白、右黑；(2)左黑、左白、Y線、中白、X線、右白、右黑。
3、上述方案中，所述X線是由一組縱向平行線構(gòu)成，該縱向平行線要求相互平行而且等間距分布，但不一定要求縱向垂直，可以允許有一定夾角，它是衡量光學(xué)系統(tǒng)在橫向(X方向)解晰能力的基準(zhǔn)。所述Y線是由一組橫向平行線構(gòu)成，該橫向平行線要求相互平行而且等間距分布，但要求橫向水平成一定夾角，夾角一般在8度左右，因?yàn)橹挥羞@樣掃描線與Y線才能相交，從而抓出黑白相間的圖案。Y線是衡量光學(xué)系統(tǒng)在縱向(Y方向)解晰能力的基準(zhǔn)。
4、關(guān)于X線、Y線的間距、平行度要求以及粗細(xì)的規(guī)定，可以根據(jù)解析精度要求來(lái)確定。一般講，解析精度要求越高其線的間距越小、平行度要求越高、線寬也越小。
5、上述方案中，每個(gè)方向?qū)?yīng)紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)是指電荷耦合器獲得的信號(hào)可以分解出紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)三種色。
6、上述方案中，每個(gè)方向?qū)?yīng)每種顏色的MTF理論值為1，而實(shí)際測(cè)試中均小于1，而判斷MTF值是否合格的標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)精度要求不同人為規(guī)定，一般情況下MTF值能夠達(dá)到0.6就比較好了。
本發(fā)明工作原理是設(shè)計(jì)一組能夠較好衡量X方向和Y方向黑白解晰能力的光學(xué)測(cè)試圖案，將這種測(cè)試板置于掃描頭光路的物距位置上，通過(guò)軟件從電荷耦合器分別采集對(duì)應(yīng)橫向和縱向黑白解晰能力的一系列相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)學(xué)模型分別計(jì)算X方向中紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)三項(xiàng)解晰度值和Y方向中紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)三項(xiàng)解晰度值，最后通過(guò)這六項(xiàng)指標(biāo)與已有規(guī)格(Spec)進(jìn)行比較，來(lái)判斷該光學(xué)系統(tǒng)對(duì)黑白的解晰能力。其中數(shù)學(xué)模型的光學(xué)含義是按每個(gè)方向每種顏色波分別求出線條區(qū)域白黑色差與白黑區(qū)域線性轉(zhuǎn)換后的參考白黑色差的比值。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明方法從X方向和Y方向分別對(duì)應(yīng)的紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)三種色波出發(fā)對(duì)掃描儀光學(xué)系統(tǒng)黑白解晰能力進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試方法精確，測(cè)試結(jié)果能真實(shí)的反映產(chǎn)品性能，確保還原生成影象的真實(shí)性。
2、本發(fā)明方法極大的避免了外來(lái)因素的干擾，比如測(cè)試板中黑、白色區(qū)域制作的均勻性問(wèn)題，提高了測(cè)試的有效性。
3、本發(fā)明方法可以利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)軟件實(shí)行快速測(cè)試和判斷，尤其適合于掃描頭黑白解晰能力的自動(dòng)化快速測(cè)試以及對(duì)光學(xué)機(jī)構(gòu)的調(diào)整。
4、本發(fā)明方法構(gòu)思新穎，數(shù)學(xué)模型科學(xué)合理，實(shí)用性強(qiáng)，是一種先進(jìn)的掃描頭光學(xué)解晰能力測(cè)試方法。
5、本發(fā)明方法運(yùn)用線性轉(zhuǎn)換原理，這樣能夠有效避開(kāi)燈管(Lamp)亮度不均勻性對(duì)測(cè)試MTF的影響。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施例光學(xué)測(cè)試板平面圖。
以上附圖中1、測(cè)試板；2、左黑；3、左白；4、X線；5、中白；6、Y線；7、右白；8、右黑。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例參見(jiàn)附圖1所示，一種掃描頭光學(xué)解析能力測(cè)試方法，將掃描頭相對(duì)一個(gè)光學(xué)測(cè)試板1進(jìn)行定位，使一個(gè)印有黑白幾何圖案的光學(xué)測(cè)試板1處于掃描頭光路的物距位置上，通過(guò)軟件方式從電荷耦合器(CCD)上采集測(cè)試板1上黑白幾何圖案所對(duì)應(yīng)的相關(guān)信號(hào)值，并通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出與光學(xué)解析能力相關(guān)的指標(biāo)，通過(guò)這種指標(biāo)與已有的規(guī)格(Spec)進(jìn)行比較來(lái)衡量該光學(xué)系統(tǒng)的解析能力。
本方案所述測(cè)試板圖案設(shè)計(jì)以及計(jì)算公式如下一、測(cè)試板圖案設(shè)計(jì)光學(xué)測(cè)試板1以標(biāo)準(zhǔn)白色底為背景，其上采用標(biāo)準(zhǔn)黑色印刷兩種類(lèi)型圖案，其中一種是幾何圖形，另一種是線條圖案。幾何圖形為兩塊長(zhǎng)方形標(biāo)準(zhǔn)黑色區(qū)域，這兩塊長(zhǎng)方形標(biāo)準(zhǔn)黑色區(qū)域分別布置在測(cè)試板1兩端位置上。線條圖案由一組表示X方向的縱向平行X線和一組表示Y方向的橫向平行Y線構(gòu)成，這兩種線條圖案在兩塊標(biāo)準(zhǔn)黑色區(qū)域的中間位置上左右布置。上述兩塊幾何圖形和兩塊線條圖案沿掃描線長(zhǎng)度方向相隔布置，這樣在測(cè)試板1的掃描區(qū)域內(nèi)沿掃描線長(zhǎng)度方向從左到右形成左黑2、左白3、X線4、中白5、Y線6、右白7、右黑8圖形和線條區(qū)域。為了計(jì)算方便將各黑白區(qū)域在掃描線長(zhǎng)度方向的投影距離制作成相等，X線4和Y線6整體允許有一定的斜度，但是每塊線條區(qū)域中要求線條相互平行且寬度相等。
二、計(jì)算方法和計(jì)算公式所述光學(xué)解析能力的測(cè)試和計(jì)算分X方向和Y方向進(jìn)行，每個(gè)方向?qū)?yīng)紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)又分為三項(xiàng)分別計(jì)算，其計(jì)算公式為1、X方向?qū)?yīng)紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)的三項(xiàng)MTF值分別為X-MTFr＝(a(x，r)-b(x，r))/(A(x，r)-B(x，r))X-MTFg＝(a(x，g)-b(x，g))/(A(x，g)-B(x，g))X-MTFb＝(a(x，b)-b(x，b))/(A(x，b)-B(x，b))式中a(x，r)、a(x，g)、a(x，b)分別表示X方向的X線條區(qū)域4中參考白在紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)方面的最大值；
b(x，r)、b(x，g)、b(x，b)分別表示X方向的X線條區(qū)域4中參考黑在紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)方面的最小值；(A(x，r)-B(x，r))＝{[(V1r-V2r)×D1/D2+V2r]-[(V5r-V4r)×D5/D6+V4r]}其中V1r、V2r、V4r、V5r分別表示中白、左白、左黑、右黑區(qū)域在紅波(Red)方面的平均值；D1表示左白中點(diǎn)到X線中點(diǎn)的距離；D2表示左白中點(diǎn)到中白中點(diǎn)的距離；D5表示左黑中點(diǎn)到X線中點(diǎn)的距離；D6表示左黑中點(diǎn)到右黑中點(diǎn)的距離。
(A(x，g)-B(x，g))＝{[(V1g-V2g)×D1/D2+V2g]-[(V5g-V4g)×D5/D6+V4g]}其中V1g、V2g、V4g、V5g分別表示中白、左白、左黑、右黑區(qū)域在綠波(Green)方面的平均值。
(A(x，b)-B(x，b))＝{[(V1b-V2b)×D1/D2+V2b]-[(V5b-V4b)×D5/D6+V4b]}其中V1b、V2b、V4b、V5b分別表示中白、左白、左黑、右黑區(qū)域在藍(lán)波(Blue)方面的平均值。
2、Y方向?qū)?yīng)紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)的三項(xiàng)MTF值分別為Y-MTFr＝(a(y，r)-b(y，r))/(A(y，r)-B(y，r))Y-MTFg＝(a(y，g)-b(y，g))/(A(y，g)-B(y，g))Y-MTFb＝(a(y，b)-b(y，b))/(A(y，b)-B(y，b))式中a(y，r)、a(y，g)、a(y，b)分別表示Y方向的Y線條區(qū)域6中參考白在紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)方面的最大值；b(y，r)、b(y，g)、b(y，b)分別表示Y方向的Y線條區(qū)域6中參考黑在紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)方面的最小值；(A(y，r)-B(y，r))＝{[(V1r-V3r)×D3/D4+V3r]-[(V4r-V5r)×D7/D6+V5r]}
其中V1r、V3r、V4r、V5r分別表示中白、右白、左黑、右黑區(qū)域在紅波(Red)方面的平均值；D3表示右白中點(diǎn)到Y(jié)線中點(diǎn)的距離；D4表示右白中點(diǎn)到中白中點(diǎn)的距離；D6表示左黑中點(diǎn)到右黑中點(diǎn)的距離；D7表示右黑中點(diǎn)到Y(jié)線中點(diǎn)的距離。
(A(y，g)-B(y，g))＝{[(V1g-V3g)×D3/D4+V3g]-[(V4g-V5g)×D7/D6+V5g]}其中V1g、V3g、V4g、V5g分別表示中白、右白、左黑、右黑區(qū)域在綠波(Green)方面的平均值。
(A(y，b)-B(y，b))＝{[(V1b-V3b)×D3/D4+V3b]-[(V4b-V5b)×D7/D6+V5b]}其中V1b、V3b、V4b、V5b分別表示中白、右白、左黑、右黑區(qū)域在藍(lán)波(Blue)方面的平均值。
權(quán)利要求
1.一種掃描頭光學(xué)解析能力測(cè)試方法，在掃描頭光路的物距位置上放置一個(gè)印有黑白幾何圖案的光學(xué)測(cè)試板，通過(guò)軟件方式采集測(cè)試板上黑白幾何圖案在電荷耦合器上所對(duì)應(yīng)的相關(guān)信號(hào)值，并通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出與光學(xué)解析能力相關(guān)的指標(biāo)，通過(guò)這種指標(biāo)來(lái)衡量該光學(xué)系統(tǒng)的解析能力，其特征在于所述光學(xué)測(cè)試板以標(biāo)準(zhǔn)白色底為背景，其上印有標(biāo)準(zhǔn)黑色的幾何圖形和線條圖案，幾何圖形由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)黑區(qū)域組成，并分別布置在兩端位置上；線條圖案由一組表示X方向的縱向平行X線和一組表示Y方向的橫向平行Y線構(gòu)成，并左右布置在中間位置上；各幾何圖形和線條圖案沿掃描線長(zhǎng)度方向相隔布置，以此構(gòu)成左黑、左白、X線、中白、Y線、右白、右黑各圖形或圖案區(qū)域；所述光學(xué)解析能力的測(cè)試和計(jì)算分X方向和Y方向進(jìn)行，每個(gè)方向?qū)?yīng)紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)又分為三項(xiàng)分別計(jì)算，其數(shù)學(xué)模型為X-MTFc＝(a(x，c)-b(x，c))/(A(x，c)-B(x，c))Y-MTFc＝(a(y，c)-b(y，c))/(A(y，c)-B(y，c))式中X-MTFc、Y-MTFc分別表示X和Y方向上在某色波方面的解析能力值，其中下標(biāo)x、y分別表示X方向和Y方向，下標(biāo)c表示紅、綠、藍(lán)三色中一種；a(x，c)、a(y，c)分別表示X方向和Y方向的X、Y線條區(qū)域中參考白在某色種方面的最大值；b(x，c)、b(y，c)分別表示X方向和Y方向的X、Y線條區(qū)域中參考黑在某色種方面的最小值；A(x，c)、A(y，c)分別表示參考白色線性轉(zhuǎn)換到X方向和Y方向后在某色種方面的值；B(x，c)、B(y，c)分別表示參考黑色線性轉(zhuǎn)換到X方向和Y方向后在某色種方面的值；A(x，c)＝(V1-V2)×D1/D2+V2A(Y，c)＝(V1-V3)×D3/D4+V3B(x，c)＝(V5-V4)×D5/D6+V4B(Y，c)＝(V4-V5)×D7/D6+V5式中V1、V2、V3、V4、V5分別表示中白、左白、右白、左黑、右黑區(qū)域在某色種方面的平均值；D1表示左白中點(diǎn)到X線中點(diǎn)的距離；D2表示左白中點(diǎn)到中白中點(diǎn)的距離；D3表示右白中點(diǎn)到Y(jié)線中點(diǎn)的距離；D4表示右白中點(diǎn)到中白中點(diǎn)的距離；D5表示左黑中點(diǎn)到X線中點(diǎn)的距離；D6表示左黑中點(diǎn)到右黑中點(diǎn)的距離；D7表示右黑中點(diǎn)到Y(jié)線中點(diǎn)的距離。
全文摘要
一種掃描頭光學(xué)解析能力測(cè)試方法，設(shè)計(jì)一組能夠衡量X方向和Y方向黑白解晰能力的光學(xué)測(cè)試圖案，將這種測(cè)試板置于掃描頭光路的物距位置上，通過(guò)軟件從電荷耦合器分別采集對(duì)應(yīng)橫向和縱向黑白解晰能力的一系列相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)學(xué)模型分別計(jì)算X方向中紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)三項(xiàng)解晰度值和Y方向中紅波(Red)、綠波(Green)和藍(lán)波(Blue)三項(xiàng)解晰度值，最后通過(guò)這六項(xiàng)指標(biāo)與已有規(guī)格(Spec)進(jìn)行比較，來(lái)判斷該光學(xué)系統(tǒng)對(duì)黑白的解晰能力。其中數(shù)學(xué)模型的光學(xué)含義是按每個(gè)方向每種顏色波分別求出線條區(qū)域白黑色差與白黑區(qū)域線性轉(zhuǎn)換后的參考白黑色差的比值。本發(fā)明測(cè)試精確，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)試結(jié)果確保還原生成影象的真實(shí)性和有效性，是一種先進(jìn)、科學(xué)、實(shí)用的光學(xué)解晰能力測(cè)試方法。
文檔編號(hào)G01M11/02GK1420347SQ0213849
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者余陸青 申請(qǐng)人:力捷電腦(中國(guó))有限公司