[發(fā)明專利]一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811253669.6
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN109443705B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐飛;田云飛;鄒輝;陸延青;胡偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務(wù)所 32305
• 代理人: 李媛媛

1.一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，搭建光路系統(tǒng)，光路系統(tǒng)依次包括LED點(diǎn)光源、帶有刻度標(biāo)識(shí)的透明被拍攝物體、待測數(shù)值孔徑鏡頭和感光器件；

步驟二，調(diào)節(jié)光路系統(tǒng)中被拍攝物體與感光器件之間的相對(duì)位置，使兩者位置共軛，由感光器件得到一張高動(dòng)態(tài)范圍的顯微圖像；

步驟三，根據(jù)顯微圖像內(nèi)被拍攝物體的尺寸，結(jié)合感光器件像元大小計(jì)算出光路系統(tǒng)的放大倍數(shù)；

步驟四，把得到的顯微圖像中心截取一部分，然后對(duì)截取的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理，得到頻率域的圖像，再對(duì)圖像進(jìn)行取對(duì)數(shù)運(yùn)算，在圖像內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)明顯圓形輪廓；

步驟五，把步驟四圖像內(nèi)的圓形輪廓進(jìn)行模糊處理和邊緣提取，計(jì)算出圓形輪廓的直徑；

步驟六，根據(jù)圓形輪廓的直徑結(jié)合光路系統(tǒng)中感光器件像元尺寸、步驟三得到的放大倍數(shù)、光源的發(fā)光中心波長以及截取圖像像素大小計(jì)算出待測數(shù)值孔徑鏡頭的數(shù)值孔徑：

NA＝D*λ*Mag/(2*a*N)

其中D為經(jīng)步驟五處理后的圓形輪廓直徑所占的像素的個(gè)數(shù)，λ為光源的發(fā)光中心波長，Mag為光路系統(tǒng)的放大倍數(shù)，a為感光器件最小像元大小，N為步驟四截取的圖像像素大小。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法，其特征在于，所述LED點(diǎn)光源距離被拍攝物體的距離為60mm～80mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法，其特征在于，被拍攝物體與待測數(shù)值孔徑鏡頭的距離為鏡頭的一倍焦距到兩倍焦距之間；待測數(shù)值孔徑鏡頭與感光器件的距離大于鏡頭的兩倍焦距。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法，其特征在于，所述步驟三中，被拍攝物體的單位刻度長度為L，在圖像上對(duì)應(yīng)的單位刻度長度所占的像素個(gè)數(shù)為M，感光器件最小像元大小為a，則可計(jì)算得到光路系統(tǒng)的放大倍數(shù)為：Mag＝M*a/L。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法，其特征在于，所述步驟四中，從顯微圖像中心截取一塊像素大小為N*N的圖像f(x,y)，其中x,y＝0,1,2,3,...,N-1，代表空間位置坐標(biāo)，將圖像f(x,y)進(jìn)行離散傅里葉變化得：

其中u,v＝0,1,2,3,...,N-1，代表頻率的空間位置坐標(biāo)；

然后對(duì)頻率域的圖像進(jìn)行取對(duì)數(shù)運(yùn)算得：

Flog(u,v)＝log(1+F(u,v))

這時(shí)候得到的頻率域圖像中心就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較明顯的圓形輪廓。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算成像的光學(xué)鏡頭數(shù)值孔徑測量方法，其特征在于，所述步驟五中，對(duì)圖像的圓形輪廓進(jìn)行高斯模糊處理，得到一個(gè)模糊的整體圖像：

其中是高斯函數(shù)，x,y是空間位置坐標(biāo)，u,v為代表頻率的空間位置坐標(biāo)，σ是高斯函數(shù)的方差，代表卷積；

然后對(duì)模糊的整體圖像再進(jìn)行梯度邊緣提取算法：

其中表示求梯度運(yùn)算；

得到邊緣亮度圖，能夠得到圓形輪廓直徑所占的像素的個(gè)數(shù)D。