一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，該方法使用相機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)成像，通過分析圖像信息確定光學(xué)系統(tǒng)中是否有反射鏡的反射表面存在缺陷，并利用相機(jī)參數(shù)和成像規(guī)律推算反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍。本發(fā)明適用范圍廣，可以事前事后或者在線檢測光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡的反射表面是否存在缺陷，操作方便，為光學(xué)系統(tǒng)正常平穩(wěn)的工作提供保障。
【專利說明】一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定位光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的方法，尤其涉及一種定位光學(xué)系統(tǒng)中反射表面存在缺陷的反射鏡的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，使用反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)非常常見。在反射鏡生產(chǎn)、加工和使用過程中，灰塵積累、摩擦或者高功率光線灼傷等原因會造成反射鏡的反射表面產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而影響光學(xué)系統(tǒng)的正常工作。
[0003]對于一些已經(jīng)裝配好或者較難拆卸的光學(xué)系統(tǒng)，排查反射鏡的反射表面是否存在缺陷相對困難。解決這個問題的傳統(tǒng)方法一般是由經(jīng)過訓(xùn)練有經(jīng)驗(yàn)的人員目視檢驗(yàn)反射鏡反射表面，當(dāng)前人工目視檢測存在以下主要問題:1、該檢測方法會受到工人生理差異、經(jīng)驗(yàn)、情緒和疲勞度等諸多因素的影響，檢測精確度低。2、人工檢測的判定標(biāo)準(zhǔn)很模糊，無法對缺陷進(jìn)行量化判別。3、人工目視檢測一般只能事前或者事后檢測，難以實(shí)現(xiàn)在線檢測。
[0004]針對上述問題，中國專利申請?zhí)?01310086231.4的發(fā)明專利“鏡片瑕疵檢測系統(tǒng)”中公布了一種利用機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鏡片瑕疵檢測的系統(tǒng)。鏡片瑕疵檢測系統(tǒng)克服了人工檢測存在的前兩個問題，但是仍然無法在反射鏡的使用過程中進(jìn)行檢測，即無法對裝配完成或者處于工作狀態(tài)的光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡進(jìn)行檢測。目前，該方法更適合應(yīng)用于反射鏡生產(chǎn)過程中，將反射鏡通過傳送裝置送入鏡片瑕疵檢測系統(tǒng)，逐個檢測反射鏡的反射表面是否存在缺陷。該專利提出的初衷也是為解決在生產(chǎn)過程中反射鏡的檢測問題。
[0005]為解決在線檢測的問題，在一些光學(xué)系統(tǒng)中，在其處在工作狀態(tài)下，如果反射鏡的反射表面存在缺陷會造成其表面溫度分布不均，該領(lǐng)域科研人員常常使用熱像儀記錄反射鏡的反射表面的溫度分布在線監(jiān)測系統(tǒng)中的反射鏡的反射表面是否存在或者產(chǎn)生缺陷，但是此種方法只適用于光功率較大能引起反射鏡的反射表面溫度發(fā)生明顯變化的光學(xué)系統(tǒng)，同時熱像儀分辨率較低很難觀測到細(xì)小的瑕疵，而且此種方法只能監(jiān)測處于工作狀態(tài)下的光學(xué)系統(tǒng)，無法事前監(jiān)測提前排除反射鏡的反射表面存在缺陷可能帶來的危害。
[0006]本發(fā)明涉及的方法可以克服上述方法的缺點(diǎn)，該方法適用范圍廣，可以事前事后或者在線監(jiān)測光學(xué)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)反射表面存在缺陷的反射鏡并確定其位置范圍，以便及時采取保護(hù)措施，保障光學(xué)系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:在光學(xué)系統(tǒng)中，反射鏡的反射表面存在缺陷會影響其正常工作。人工目視檢測存在檢測精確度低、無法對缺陷進(jìn)行量化判別、難以實(shí)現(xiàn)在線檢測等問題。使用熱像儀的方法只適用于光功率較大能引起反射鏡的反射表面溫度發(fā)生明顯變化的光學(xué)系統(tǒng)，同時熱像儀分辨率較低很難觀測到細(xì)小的瑕疵，而且此種方法只能監(jiān)測處于工作狀態(tài)下的光學(xué)系統(tǒng)，無法事前監(jiān)測提前排除反射鏡的反射表面存在缺陷可能帶來的危害。本發(fā)明所涉及的方法可以克服上述方法的缺點(diǎn)，適用范圍廣，可以事前事后或者在線檢測光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡的反射表面是否存在缺陷，并利用相機(jī)參數(shù)和成像規(guī)律推算反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍。
[0008]本發(fā)明要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]1、一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，該方法使用相機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)成像，通過分析相機(jī)采集到的圖像信息確定光學(xué)系統(tǒng)中是否有反射鏡的反射表面存在缺陷，并利用相機(jī)參數(shù)和成像規(guī)律推算反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍。該方法的特征在于其實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0010](I)使用相機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)成像。
[0011](2)相機(jī)對焦于光學(xué)系統(tǒng)中一個反射鏡的反射表面。
[0012](3)判斷相機(jī)對焦的反射表面是否存在缺陷。
[0013](4)如果該反射鏡的反射表面存在缺陷，則根據(jù)相機(jī)參數(shù)與高斯成像公式、景深計(jì)算公式等成像規(guī)律計(jì)算該反射鏡的位置范圍。
[0014](5)如果相機(jī)對焦的反射鏡的反射表面不存在缺陷，則相機(jī)對焦于下一個反射鏡的反射表面，直到完成對焦所有反射鏡的反射表面。
[0015]2、所述第(2)步中的反射鏡包括全反鏡和半反半透鏡。
[0016]3、所述第(2)步中，衡量相機(jī)是否準(zhǔn)確對焦于反射鏡的反射表面采用清晰度評價函數(shù)判定。
[0017]4、所述第(3)步中，反射表面存在的缺陷包括在反射鏡生產(chǎn)、加工、使用過程中造成的反射表面的劃痕、刻痕，空氣中灰塵顆粒附著反射表面、反射表面鍍膜層被高功率光線灼傷和反射表面鍍膜過程中造成的瑕疵等缺陷。
[0018]5、所述第(2)、(3)步中，相機(jī)依照由遠(yuǎn)及近或者由近及遠(yuǎn)的順序依次對焦于光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡的反射表面，判斷反射表面是否存在缺陷的過程為:觀察相機(jī)所成圖像中清晰的部分是否存在由于反射表面缺陷而造成的相對于背景較亮或者較暗的點(diǎn)、斑、線、帶，若存在則可確定該反射鏡的反射表面存在缺陷。
[0019]6、所述第(4)步中定位一個表面存在缺陷的反射鏡在光學(xué)系統(tǒng)中的位置范圍的過程如下:
[0020]I)根據(jù)相機(jī)參數(shù)，在相機(jī)中鏡頭到感光芯片的距離即像距為I’，由高斯成像公式:
[0021]f /I' +f/Ι = I
[0022]其中f’是像方焦距，f是物方焦距，I是物距。
[0023]可推算出成像清晰時的物距:
[0024]I = I，f/(l，_f，)
[0025]2)根據(jù)景深計(jì)算公式可得:
[0026]近景位置P1為:
[0027]P1 = f l/(f' +Fl ε )
[0028]遠(yuǎn)景位置P2為:
[0029]P2 = f l/(f' -Fl ε )
[0030]其中f’是像方焦距，I是物距，ε是人眼的極限角分辨率，F(xiàn)是鏡頭光圈值。
[0031]3)得到表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍為:
[0032](P1, P2)
[0033]7、所述第(5)中，相機(jī)完成依次對焦所有反射鏡的反射表面的前提是所有反射鏡均在相機(jī)可調(diào)對焦范圍內(nèi)。
[0034]本發(fā)明的原理是:一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，該方法使用相機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)成像，通過分析圖像信息確定光學(xué)系統(tǒng)中是否有反射鏡的反射表面存在缺陷，并利用相機(jī)參數(shù)和成像規(guī)律推算反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍。
[0035]本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明適用范圍廣，可以事前事后或者在線檢測光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡的反射表面是否存在缺陷，并利用相機(jī)參數(shù)和成像規(guī)律推算反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍，操作方便，為光學(xué)系統(tǒng)正常平穩(wěn)的工作提供保障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的基本流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明的工作系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，結(jié)合本發(fā)明的工作系統(tǒng)示意圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]如附圖2所示，確定光學(xué)系統(tǒng)中反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍工作系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)1、相機(jī)2、分光鏡3、光學(xué)系統(tǒng)4組成，其中光學(xué)系統(tǒng)4包括多個反射鏡，其具體實(shí)施方法如下:
[0040](I)搭建光路，使用相機(jī)2對光學(xué)系統(tǒng)4成像，連通相機(jī)2和計(jì)算機(jī)I的軟硬件，將生成圖像傳遞到計(jì)算機(jī)I上。
[0041](2)相機(jī)2依照由遠(yuǎn)及近或者由近及遠(yuǎn)的順序依次對焦于光學(xué)系統(tǒng)4中反射鏡的反射表面。
[0042](3)判斷相機(jī)對焦的反射鏡的反射表面是否存在缺陷，其過程為:觀察相機(jī)所成圖像中清晰部分是否存在由于反射表面缺陷而造成的相對于背景較亮或者較暗的點(diǎn)、斑、線、帶，若存在則可確定該反射鏡的反射表面存在缺陷。
[0043](4)如果有反射鏡的反射表面存在瑕疵，可根據(jù)相機(jī)參數(shù)與高斯成像公式、景深計(jì)算公式等成像規(guī)律計(jì)算出反射表面存在缺陷的反射鏡在光學(xué)系統(tǒng)4中的位置范圍，其具體過程如下:
[0044]I)根據(jù)相機(jī)2參數(shù)，在相機(jī)2中鏡頭到感光芯片的距離即像距為I’，由高斯成像公式:
[0045]f /I' +f/Ι = I
[0046]其中f’是像方焦距，f是物方焦距，I是物距。
[0047]可推算出成像清晰時的物距:
[0048]I = I，f/(l，_f，)
[0049]2)根據(jù)景深計(jì)算公式可得:
[0050]近景位置P1為:
[0051]P1 = f，l/(f，+Fl ε )
[0052]遠(yuǎn)景位置P2為:
[0053]P2 = f' l/(f' -Fl ε )
[0054]其中f’是像方焦距，I是物距，ε是人眼的極限角分辨率，F(xiàn)是鏡頭光圈值。
[0055]3)得到表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍為:
[0056](P1, P2)
[0057](5)如果相機(jī)對焦的反射鏡的反射表面不存在缺陷，則相機(jī)對焦于下一個反射鏡的反射表面，直到完成對焦所有反射鏡的反射表面。
[0058]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，該方法使用相機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)成像，通過分析相機(jī)采集到的圖像信息確定光學(xué)系統(tǒng)中是否有反射鏡的反射表面存在缺陷，并利用相機(jī)參數(shù)和成像規(guī)律推算反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下: (1)使用相機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)成像； (2)相機(jī)對焦于光學(xué)系統(tǒng)中一個反射鏡的反射表面； (3)判斷相機(jī)對焦的反射表面是否存在缺陷； (4)如果該反射鏡的反射表面存在缺陷，則根據(jù)相機(jī)參數(shù)與高斯成像公式、景深計(jì)算公式等成像規(guī)律計(jì)算該反射鏡的位置范圍； (5)如果相機(jī)對焦的反射鏡的反射表面不存在缺陷，則相機(jī)對焦于下一個反射鏡的反射表面，直到完成對焦所有反射鏡的反射表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，其特征在于:反射鏡包括全反鏡和半反半透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，其特征在于:反射表面存在的缺陷包括在反射鏡生產(chǎn)、加工、使用過程中造成的反射表面的劃痕、刻痕，空氣中灰塵顆粒附著反射表面、反射表面鍍膜層被高功率光線灼傷和反射表面鍍膜過程中造成的瑕疵缺陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，其特征在于:步驟(2)中，衡量相機(jī)是否準(zhǔn)確對焦于反射鏡的反射表面采用清晰度評價函數(shù)判定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，其特征在于:步驟(2)、(3)中，相機(jī)依照由遠(yuǎn)及近或者由近及遠(yuǎn)的順序依次對焦于光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡的反射表面，判斷反射表面是否存在缺陷的過程為:觀察相機(jī)所成圖像中清晰的部分是否存在由于反射表面缺陷而造成的相對于背景較亮或者較暗的點(diǎn)、斑、線或帶，若存在則可確定該反射鏡的反射表面存在缺陷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，其特征在于:步驟(4)中定位一個反射表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍的過程如下: 1)根據(jù)相機(jī)參數(shù)，在相機(jī)中鏡頭到感光芯片的距離即像距為I’，由高斯成像公式: f' /I’ +f/1 = I 其中f.’是像方焦距，f是物方焦距，I是物距； 可推算出成像清晰時的物距:
I = l，f/(l，-f，) 2)根據(jù)景深計(jì)算公式可得: 近景位置P1為:
P1 = f，l/(f’ +Fl ε ) 遠(yuǎn)景位置P2為:
P2 = f，l/(f，_Fl ε ) 其中f’是像方焦距，I是物距，ε是人眼的極限角分辨率，F(xiàn)是鏡頭光圈值； 3)得到表面存在缺陷的反射鏡的位置范圍為:
(P1, P2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種定位反射表面存在缺陷的反射鏡的方法，其特征在于:步驟(5)中，相機(jī)完成依次對焦所有反射鏡的反射表面的前提是所有反射鏡均在相機(jī)可調(diào)對焦范圍內(nèi)。
【文檔編號】G01N21/95GK104198501SQ201410481885
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】欒銀森, 許冰, 高源 , 楊平, 王帥, 何星 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所