[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

说明书

本发明公开了一种基于计算成像的光学镜头的数值孔径测量方法。该方法具体为：搭建数值孔径测量的显微光路系统；然后调节数值孔径测量的光路系统中被拍摄物体与相机的相对位置，得到一张高动态范围的显微图像；根据得到图像内被拍摄物体的尺寸，结合相机像元大小计算出系统放大倍数；把得到的图像进行数字图像处理得到一个具有圆形轮廓的频率图，再进行图像处理计算出圆形的直径；根据圆形的直径结合光路中感光元件像元尺寸、系统放大倍数、照明光中心波长等参数计算出镜头的数值孔径。本发明能够对生活中任意的镜头进行数值孔径的测量，其操作过程简单，测量精度高，并且通过计算得到数值孔径，很少需要人为观测，有效地避免了引入额外的误差。

技术领域

本发明涉及镜头数值孔径测量的应用领域，具体涉及一种基于计算成像的光学镜头的数值孔径测量方法及系统。

背景技术

数值孔径NA是光学镜头非常重要的一个技术指标，反映了光学系统收集光的能力，并且在显微镜头中，数值孔径也决定了系统的最小分辨能力。

实际应用中，对于数值孔径的测量通常采用数值孔径计进行测量，存在测量过程繁琐、精度低、需要人工观测、对人眼观测能力要求高等问题。特别是当数值孔径较大时，需要借助辅助物镜来操作，操作过程比较复杂。并且数值孔径计只局限于测量显微物镜的数值孔径，不具有普适性。

计算成像是最近几年发展起来的学科，通过简单的光路得到一些图像，对获得的图像进行一系列的计算处理就能获取很多人们需要的有用信息。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种基于计算成像的光学镜头的数值孔径测量方法，该方法能够简单精确的测量计算出任意光学镜头的数值孔径。

本发明采用的技术方案如下：

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，计算出圆形的直径；

步骤六，根据圆形的直径结合光路系统中感光器件像元尺寸、步骤二得到的放大倍数、照明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。

本发明的优点在于：

(1)测量光路简单，操作过程简单，测量精度高，并且通过计算得到数值孔径，很少需要人为观测，有效地避免了引入额外的误差。

(2)能够对任意的镜头进行数值孔径的测量，包括但不限于显微物镜、照相机镜头、手机镜头、单透镜、透镜组、摄远镜头。

附图说明

图1为测量镜头数值孔径的光路示意图；

图2(a)为对高动态范围图像中心截取一部分，进行傅里叶变化以及取对数运算后的圆形轮廓的图，(b)为进行高斯模糊和边缘提取后得到的将圆形边缘显示出来的圆形边缘图；

图3为对测量计算数值孔径处理过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方法，以清楚展现本发明的特点。