專利名稱：一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)鏡片檢測(cè)領(lǐng)域，可用于 檢測(cè)普通反射鏡片和特殊面型反射鏡片的斜率誤差，也可用于透射透鏡的像差檢測(cè)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域，由于涉及到鏡片反射聚光，對(duì)反射鏡片的表面平整度有一定的要求。當(dāng)鏡片面型質(zhì)量較差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反射的光斑變形、光強(qiáng)度不均勻等惡劣影響，而造成該影響的主要鏡片參數(shù)為鏡片的斜率誤差。對(duì)于鏡片上的點(diǎn)，斜率誤差指正常入射情況下，該點(diǎn)反射光線的理論方向與實(shí)際方向的誤差，為角度值。為避免該情況出現(xiàn)，通常都需要對(duì)鏡片進(jìn)行斜率誤差的檢測(cè)?，F(xiàn)有技術(shù)通過兩種方式檢測(cè)鏡片斜率誤差。一種方式為通過儀器測(cè)量?，F(xiàn)行測(cè)量斜率誤差比較好的儀器為哈特曼掃描儀，其原理為激光器出射激光，通過鏡片反射后檢測(cè)反射的角度，并與理論角度對(duì)比得出該點(diǎn)的斜率誤差。該儀器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，缺點(diǎn)是價(jià)格貴、除掃描儀外的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分要求精度高、在曲面不同的情況下需要機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件都重新設(shè)計(jì)，非常復(fù)雜。另一種測(cè)量的方法為三維坐標(biāo)系進(jìn)行尺寸測(cè)量，如在曲面上選取40*40個(gè)點(diǎn)，得出各點(diǎn)的位置，然后進(jìn)行相應(yīng)的幾何計(jì)算，可得出各點(diǎn)實(shí)際的偏差。該方法測(cè)量繁瑣，時(shí)間長(zhǎng)，而且由于得出的為一個(gè)區(qū)域的斜率，并非各點(diǎn)的斜率，會(huì)造成比較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，而研制一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備和一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的方法。—種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備，其特征在于，包括根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶；圖像采集器，采集鏡頭朝向被檢測(cè)鏡片曲面，用于采集像靶通過被檢測(cè)鏡片曲面所成的成像圖像，并將采集的成像圖像發(fā)送至圖像處理器；圖像處理器，用于將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。優(yōu)選地，所述像靶為具有規(guī)律的圖片或結(jié)構(gòu)體。 優(yōu)選地，所述像靶為曲線圖、色圖、點(diǎn)列圖。優(yōu)選地，所述圖像采集器為(XD、照相機(jī)或攝像頭。一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的方法，其特征在于，將像靶通過被檢測(cè)鏡片所成的成像圖像與像靶理論圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取斜率誤差。優(yōu)選地，方法包括如下步驟根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶；設(shè)置圖像采集器，使圖像采集器采集像靶通過被檢測(cè)鏡片曲面所成的成像圖像；
設(shè)置圖像處理器，使圖像處理器將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過將像靶通過被檢測(cè)鏡片所成的成像圖像與像靶理論圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取斜率誤差，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，且可以保持好的精確度。


圖I為本發(fā)明測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為斜率誤差有無的情況下的像點(diǎn)的變化圖；圖3為像靶理論圖像的示意圖；·
圖4為在有斜率誤差情況下像靶的成像圖像的示意圖；圖5為將圖3中曲線細(xì)化后靶理論圖像的示意圖；圖6為將圖4中曲線細(xì)化后像靶的成像圖像的示意圖；圖7為將圖6中斜率誤差進(jìn)彳丁標(biāo)記后的不意圖；圖中1、像祀；2、圖像采集器；3、被檢測(cè)鏡片曲面；4、成像面。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備和方法，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備包括根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶；圖像采集器，采集鏡頭朝向被檢測(cè)鏡片曲面，用于采集像靶通過被檢測(cè)鏡片曲面所成的成像圖像，并將采集的成像圖像發(fā)送至圖像處理器；圖像處理器，用于將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。所述像靶為具有規(guī)律的圖片或結(jié)構(gòu)體，例如曲線圖、色圖、點(diǎn)列圖。所述圖像采集器為CCD、照相機(jī)或攝像頭。本發(fā)明的測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的方法為將像靶通過被檢測(cè)鏡片所成的成像圖像與像靶理論圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取斜率誤差。具體步驟如下根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶；設(shè)置圖像采集器，使圖像采集器采集像靶通過被檢測(cè)鏡片曲面所成的成像圖像；設(shè)置圖像處理器，使圖像處理器將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。本實(shí)施例以像靶I為直線圖的情況進(jìn)行說明，圖I為本發(fā)明測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，設(shè)備包括像靶I、被檢測(cè)鏡片曲面3、圖像采集器2，采集鏡頭朝向被檢測(cè)鏡片曲面3。為了便于分析和軟件的處理，期望能夠采集到的理論圖像為有規(guī)律的圖形，這里為了能夠看到平均分布的直線，據(jù)此設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的像靶I。像靶I的設(shè)計(jì)可根據(jù)光線的追跡原理，在觀測(cè)點(diǎn)和成像都確定的情況下，反向追跡出像靶I位置處的曲線分布，制作像靶I。該過程可以用光線追加軟件實(shí)現(xiàn)，也可通過曲面方程和反射定律設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算。由于像靶I的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，直接認(rèn)定理論成像為平均分布的直線圖，如圖3所示。該像的曲線在圖2上垂直于紙面豎向排布。
以A點(diǎn)的像為例，理想情況下在O點(diǎn)看A點(diǎn)的像A’時(shí)，視線通過被檢測(cè)鏡片曲面3上B點(diǎn)。如果各點(diǎn)都不存在斜率誤差時(shí)，看到的像應(yīng)為理論的圖像，如圖3所示。當(dāng)B點(diǎn)及周圍存在逆時(shí)針方向的斜率誤差時(shí)，光線AB的反射光線不再經(jīng)過O點(diǎn)，而會(huì)經(jīng)過O’點(diǎn)，而圖像采集到的A點(diǎn)的在成像面4上的像點(diǎn)變成了 A”，相交于曲線的B’點(diǎn)。即A點(diǎn)的像相比于理論位置發(fā)生了位移，位移量為A’A”。如果各點(diǎn)斜率誤差不同，反應(yīng)的位移量也不盡相同，即會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)的圖像如圖4所示。采集到圖像后，圖像處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理，將成像圖像與像靶I理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。本實(shí)施例中，對(duì)圖像用軟件進(jìn)行處理，實(shí)例中采用Matlab進(jìn)行處理，處理過程如下
I、由于圖像的顏色通常比較復(fù)雜，首先要進(jìn)行顏色處理，得到只包含兩種顏色類型的純色圖形假設(shè)圖像由a*b個(gè)像素組成，每個(gè)像素點(diǎn)都由RGB三原色構(gòu)成，可以使用軟件直接提取各像素點(diǎn)的RGB值，即得到一個(gè)a*b*3的3維矩陣。設(shè)置判斷語句，令該矩陣各點(diǎn)的RGB大于某個(gè)值時(shí)該點(diǎn)為1，反之為0，由此得到一個(gè)a*b的二維01矩陣。用3個(gè)相同的二維矩陣組成3維矩陣得到的對(duì)應(yīng)的純色圖形(即只存在兩個(gè)顏色)2、由于每條曲線都有一定的寬度，接下來進(jìn)行細(xì)化處理，將一定寬度的曲線變?yōu)闄M向上只有一個(gè)像素點(diǎn)的曲線直接對(duì)二維的a*b矩陣進(jìn)行處理，通常O表示黑色，采用判斷語句對(duì)每一行進(jìn)行掃描，當(dāng)掃描到值為O的時(shí)候開始記數(shù)，直到下一個(gè)數(shù)為I時(shí)止，取這個(gè)區(qū)間的中間值為0，其他值為1，。照此重復(fù)下去，得到新的二維矩陣。利用同樣的方法進(jìn)行圖形顯示，可得到圖5和圖6的圖像。3、斜率誤差的顯示及計(jì)算為了簡(jiǎn)便，接下來以第2條曲線進(jìn)行運(yùn)算，橫向的運(yùn)算范圍為由圖5的第I條曲線和第2條曲線中間值開始至第2條曲線和第3條曲線的中間值結(jié)束，通常在斜率誤差不大的情況下，第2條曲線不會(huì)偏出此范圍。將圖6和圖5的二維矩陣作差，并將該矩陣的-I值置為0，得到新的二維矩陣，其二維矩陣對(duì)應(yīng)圖形的點(diǎn)即為存在斜率誤差造成圖像的偏差。圖像偏右表示存在逆時(shí)針方向的斜率誤差，反之則表示斜率誤差為順時(shí)針方向，且偏離標(biāo)準(zhǔn)線越遠(yuǎn)，斜率誤差越大。按照固定的步長(zhǎng)，從中心線向理論的點(diǎn)畫出相應(yīng)的箭頭，則箭頭的方向表示的斜率誤差的方向，箭頭的大小表示了斜率誤差大小。為了更直觀的體現(xiàn)斜率誤差的大小，需進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，計(jì)算方法如下可以證明在偏差角度很小的情況下，斜率誤差角度值近似等于Z A’OA”，根據(jù)像的位置和大小可以推算出偏差A(yù)’ A”與像素的關(guān)系，由此可推出像素對(duì)應(yīng)的斜率誤差，即得出各點(diǎn)斜率誤差的大小。通過上述方法即可計(jì)算出曲線圖對(duì)應(yīng)的斜率誤差，并得出斜率誤差的方向。可根據(jù)斜率誤差的變化趨勢(shì)得出斜面誤差的大小。以上只提供了一種軟件實(shí)現(xiàn)的方法，使用該方法只能夠得出一個(gè)方向的斜率誤差，對(duì)應(yīng)垂直方向的斜率誤差需要用垂直方向的曲線得出。
以上的這種計(jì)算方法，軟件對(duì)應(yīng)最為簡(jiǎn)單，同樣如果使用網(wǎng)格型的曲線可一次得出各方向的斜率誤差，但軟件處理比較復(fù)雜。同時(shí)也可以采用顏色圖或點(diǎn)列圖進(jìn)行同樣的測(cè)量，在矩陣處理時(shí)對(duì)應(yīng)更改即可。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備，其特征在于，包括 根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶(I); 圖像采集器(2)，采集鏡頭朝向被檢測(cè)鏡片曲面(3)，用于采集像靶(I)通過被檢測(cè)鏡片曲面(3)所成的成像圖像，并將采集的成像圖像發(fā)送至圖像處理器； 圖像處理器，用于將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備，其特征在于，所述像靶(I)為具有規(guī)律的圖片或結(jié)構(gòu)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備，其特征在于，所述像靶(I)為曲線圖、色圖、點(diǎn)列圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備，其特征在于，所述圖像采集器(2)為(XD、照相機(jī)或攝像頭。
5.一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的方法，其特征在于，將像靶(I)通過被檢測(cè)鏡片所成的成像圖像與像靶理論圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取斜率誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要5所述的測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的方法，其特征在于，包括如下步驟 根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶(I); 設(shè)置圖像采集器(2 )，使圖像采集器(2 )采集像靶(I)通過被檢測(cè)鏡片曲面(3 )所成的成像圖像； 設(shè)置圖像處理器，使圖像處理器將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的設(shè)備，該設(shè)備包括根據(jù)被檢測(cè)鏡片的標(biāo)準(zhǔn)鏡片曲面類型制作的像靶；圖像采集器，采集鏡頭朝向被檢測(cè)鏡片曲面，用于采集像靶通過被檢測(cè)鏡片曲面所成的成像圖像，并將采集的成像圖像發(fā)送至圖像處理器；圖像處理器，用于將成像圖像與像靶理論圖像做對(duì)比分析，計(jì)算成像圖像的各像點(diǎn)偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換為位移量，根據(jù)位移量獲取各像點(diǎn)的斜率誤差。本發(fā)明還提供一種測(cè)量光學(xué)鏡片斜率誤差的方法。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過將像靶通過被檢測(cè)鏡片所成的成像圖像與像靶理論圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取斜率誤差，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，且可以保持好的精確度。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102901465SQ20121042078
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者郭右利, 王振聲, 周改改 申請(qǐng)人:大連宏海新能源發(fā)展有限公司