[发明专利]一种微透镜阵列和探测器耦合位置关系的标定方法

摘要

本发明是一种微透镜阵列和探测器耦合位置关系的标定方法。本方法包括将微透镜阵列和探测器耦合后的器件与前置光学系统结合形成光场成像系统；基于中心投影原理，以主镜中心为投影中心构建微透镜中心与探测器平面上点pi,j的映射方程；利用平行光源确定主镜与微透镜阵列之间大致距离；利用均匀面光源对光场成像系统进行定标，确定pi,j在探测器平面上的实际坐标；确定L1的精确值；利用优化算法估计微透镜阵列与探测器之间的耦合误差角ω、κ和d。本发明只需大致确定光场成像系统中微透镜阵列与前置光学系统之间的位置关系，就可以实现微透镜阵列和探测器之间的间距以及旋转角等参数，应用简单，利于实际操作。

主权项

一种微透镜阵列和探测器耦合位置关系的标定方法，将微透镜阵列和探测器耦合后的器件与前置光学系统结合，使微透镜阵列位于前置光学系统的成像面上，形成一个光场成像系统；基于微透镜所在平面建立世界坐标系O'‑UVW，O'点为光轴与微透镜阵列所在平面的交点，UV平面平行于微透镜阵列所在平面，取微透镜中心距离O'点最近的微透镜作为中心微透镜，中心微透镜的中心在平面坐标系O'‑UV的坐标为(u0,v0)，对微透镜阵列中的微透镜进行标号，(i,j)为微透镜的标号，将中心微透镜标记为(0,0)，依据坐标轴方向来设置微透镜标号的正负；基于S点为原点建立相机坐标系S‑XYZ，XY平面平行于探测器所在平面，Z轴为过S点的系统光轴，且与探测器所在平面相交于C点；取探测器某一顶点c为原点，建立探测器平面坐标系c‑xy；设微透镜阵列具有N×M个微透镜；其特征在于，包括如下步骤：步骤一：标记微透镜阵列到前置光学系统等效的主镜ML之间距离为L1；设U、V、W轴与X、Y、Z之间的旋转角分别为ω、κ，设微透镜阵列和探测器之间的耦合间距为d；步骤二：主镜ML的中心点S、任意微透镜中心Pi,j以及主镜经该透镜在探测器所成像的中心pi,j在一条直线上，基于中心投影原理，建立pi,j与Pi,j的映射方程；步骤三：利用平行光源确定主镜ML与微透镜阵列之间大致距离，L1在范围[fL‑σ,fL+σ]内；其中，fL为主镜ML的等效焦距，σ为qF#，F#为主镜的F数，等于主镜焦距fL除以主镜通光口径D，q为微透镜之间的间距；步骤四：利用均匀面光源对光场成像系统进行定标，确定pi,j在探测器平面上的实际坐标；步骤五：根据步骤二的映射方程确定pi,j在探测器平面的理论坐标，利用[fL‑σ,fL+σ]作为L1的约束，利用理论坐标和实际坐标建立目标函数，确定L1的精确值；步骤六：根据L1的精确值，利用优化算法估计微透镜阵列与探测器之间的耦合误差角ω、κ和d；具体采用非线性优化算法根据目标函数Γ3估计出d、ω、κ、u0和v0：目标函数其中，两个距离l′ij=(x′i,j-x′i-1,j-1)2+(y′i,j-y′i-1,j-1)2,lij=(xi,j-xi-1,j-1)2+(yi,j-yi-1,j-1)2]]>(xi,j,yi,j)和(x'i,j,y'i,j)分别为pi,j在探测器平面的实际坐标和理论坐标，(xi‑1,j‑1,yi‑1,j‑1)和(x'i‑1,j‑1,y'i‑1,j‑1)分别为pi‑1,j‑1在探测器平面的实际坐标和理论坐标，pi‑1,j‑1为主镜经标号为(i‑1,j‑1)的微透镜在探测器所成像的中心。