[发明专利]采用点目标像拼合的光学系统横向放大率测量方法与装置

摘要

采用点目标像拼合的光学系统横向放大率测量方法与装置属于以采用光学方法为特征的计量设备领域；本方法使点目标处于不同视场下并对其两次成像，根据两幅点目标像构造出线状图像，在频域中寻找像素间距的取值范围，并根据与像素间距相关的实际调制传递函数曲线与理论调制传递函数曲线在最小二乘条件下重合度最好，利用遗传算法计算得到光学系统横向放大率；本装置中承载点目标的滑块安装在第一导轨和第二导轨上，滑块在第一导轨上的运动与滑块在第二导轨上的运动相配合，使点目标在任意视场位置都准焦成像到图像传感器表面；采用本发明测量光学系统横向放大率，有利于减小单次测量结果之间的误差，进而提高测量结果重复性。

主权项

1.采用点目标像拼合的光学系统横向放大率测量方法，其特征在于所述方法步骤如下：a.图像传感器对静态点目标第一次成像，得到第一帧初始静态点目标图像，并提取点目标像所在像素坐标位置(x₁，y₁)；b.使点目标沿图像传感器行或列方向运动，位移量为d，之后保持点目标为静止状态；c.保持图像传感器曝光时间不变，图像传感器对静态点目标第二次成像，得到第二帧初始静态点目标图像，并提取点目标像所在像素坐标位置(x₂，y₂)；d.移除点目标并保持图像传感器曝光时间不变，图像传感器对背景成像，得到干扰图像，并将干扰图像中灰度值的最大值作为阈值；e.第a步得到的第一帧初始静态点目标图像，将灰度值小于第d步所得阈值的像素的灰度值修正为0，得到第一帧修正静态点目标图像；第c步得到的第二帧初始静态点目标图像，将灰度值小于第d步所得阈值的像素的灰度值修正为0，得到第二帧修正静态点目标图像；将第一帧修正静态点目标图像和第二帧修正静态点目标图像相叠加，叠加后新图像中两个点目标像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并将第a步得到的像素坐标位置(x₁，y₁)和第c步得到的像素坐标位置(x₂，y₂)连线所覆盖的像素的灰度值替换为新灰度值，得到构造点扩展函数图像；或者：将第a步得到的第一帧初始静态点目标图像和第c步得到的第二帧初始静态点目标图像相叠加，并将叠加后图像中灰度值小于第d步所得阈值2倍的像素的灰度值修正为0，得到修正叠加图像；将修正叠加图像中两个点目标像所在行或列的所有像素灰度值相加并除以2，得到新灰度值；并将第a步得到的像素坐标位置(x₁，y₁)和第c步得到的像素坐标位置(x₂，y₂)连线所覆盖的像素的灰度值替换为新灰度值，得到构造点扩展函数图像；f.第e步得到的构造点扩展函数图像，将线状光斑所在行或列的整行或整列信息提取出来，作为构造线扩展函数图像，该构造线扩展函数图像具有n个元素；g.对第f步得到的构造线扩展函数图像进行离散傅里叶变换并取模，得到调制传递函数图像，该调制传递函数图像具有同第f步得到的构造线扩展函数图像相同的元素个数n，即n个离散频谱分量，按照空间频率从小到大的顺序分别为M₀、M₁、M₂、...、M_n-1，在该顺序下，调制传递函数值第一次达到极小值所对应的调制传递函数值为M_i，其下脚标序号为i，结合图像传感器的像素间距l，得到M_i-1和M_i+1所对应的空间频率值分别为：f_min＝(i-1)/(nl)以及f_max＝(i+1)/(nl)；h.根据调制传递函数模型MTF(f)＝|sinc(πfd′)|，结合第g步得到的空间频率范围f_min和f_max，得到线状光斑长度取值范围：d_max′＝1/f_min＝nl/(i-1)以及d_min′＝1/f_max＝nl/(i+1)；i.根据第b步点目标位移量d和第h步得到的线状光斑长度取值范围，计算得到光学系统横向放大率取值范围为：β_min＝d_min′/d＝nl/((i+1)d)以及β_max＝d_max′/d＝nl/((i-1)d)；j.将β为变量，并以第i步得到的β_min和β_max为取值范围，在第g步得到的n个调制传递函数值中选取K个作为对比数据，这K个调制传递函数值分别是M_K1、M_K2、...、M_KK，采用遗传算法寻找到以下公式的最小值：该最小值所对应的光学系统横向放大率β即为所求。