[发明专利]一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法

权利要求书

1.一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，搭建光路系统，光路系统依次包括LED点光源、带有刻度标识的透明被拍摄物体、待测数值孔径镜头和感光器件；

步骤二，调节光路系统中被拍摄物体与感光器件之间的相对位置，使两者位置共轭，由感光器件得到一张高动态范围的显微图像；

步骤三，根据显微图像内被拍摄物体的尺寸，结合感光器件像元大小计算出光路系统的放大倍数；

步骤四，把得到的显微图像中心截取一部分，然后对截取的图像进行数字图像处理，得到频率域的图像，再对图像进行取对数运算，在图像内会产生一个明显圆形轮廓；

步骤五，把步骤四图像内的圆形轮廓进行模糊处理和边缘提取，计算出圆形轮廓的直径；

步骤六，根据圆形轮廓的直径结合光路系统中感光器件像元尺寸、步骤三得到的放大倍数、光源的发光中心波长以及截取图像像素大小计算出待测数值孔径镜头的数值孔径：

NA＝D*λ*Mag/(2*a*N)

其中D为经步骤五处理后的圆形轮廓直径所占的像素的个数，λ为光源的发光中心波长，Mag为光路系统的放大倍数，a为感光器件最小像元大小，N为步骤四截取的图像像素大小。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法，其特征在于，所述LED点光源距离被拍摄物体的距离为60mm～80mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法，其特征在于，被拍摄物体与待测数值孔径镜头的距离为镜头的一倍焦距到两倍焦距之间；待测数值孔径镜头与感光器件的距离大于镜头的两倍焦距。

4.根据权利要求1所述的一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法，其特征在于，所述步骤三中，被拍摄物体的单位刻度长度为L，在图像上对应的单位刻度长度所占的像素个数为M，感光器件最小像元大小为a，则可计算得到光路系统的放大倍数为：Mag＝M*a/L。

5.根据权利要求1所述的一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法，其特征在于，所述步骤四中，从显微图像中心截取一块像素大小为N*N的图像f(x,y)，其中x,y＝0,1,2,3,...,N-1，代表空间位置坐标，将图像f(x,y)进行离散傅里叶变化得：

其中u,v＝0,1,2,3,...,N-1，代表频率的空间位置坐标；

然后对频率域的图像进行取对数运算得：

Flog(u,v)＝log(1+F(u,v))

这时候得到的频率域图像中心就会产生一个比较明显的圆形轮廓。

6.根据权利要求1所述的一种基于计算成像的光学镜头数值孔径测量方法，其特征在于，所述步骤五中，对图像的圆形轮廓进行高斯模糊处理，得到一个模糊的整体图像：

其中是高斯函数，x,y是空间位置坐标，u,v为代表频率的空间位置坐标，σ是高斯函数的方差，代表卷积；

然后对模糊的整体图像再进行梯度边缘提取算法：

其中表示求梯度运算；

得到边缘亮度图，能够得到圆形轮廓直径所占的像素的个数D。