[發明專利]一種基于計算成像的光學鏡頭數值孔徑測量方法

有效

• 申請號: 201811253669.6
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109443705B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 徐飛;田云飛;鄒輝;陸延青;胡偉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種基于計算成像的光學鏡頭的數值孔徑測量方法。該方法具體為：搭建數值孔徑測量的顯微光路系統；然后調節數值孔徑測量的光路系統中被拍攝物體與相機的相對位置，得到一張高動態范圍的顯微圖像；根據得到圖像內被拍攝物體的尺寸，結合相機像元大小計算出系統放大倍數；把得到的圖像進行數字圖像處理得到一個具有圓形輪廓的頻率圖，再進行圖像處理計算出圓形的直徑；根據圓形的直徑結合光路中感光元件像元尺寸、系統放大倍數、照明光中心波長等參數計算出鏡頭的數值孔徑。本發明能夠對生活中任意的鏡頭進行數值孔徑的測量，其操作過程簡單，測量精度高，并且通過計算得到數值孔徑，很少需要人為觀測，有效地避免了引入額外的誤差。

技術領域

本發明涉及鏡頭數值孔徑測量的應用領域，具體涉及一種基于計算成像的光學鏡頭的數值孔徑測量方法及系統。

背景技術

數值孔徑NA是光學鏡頭非常重要的一個技術指標，反映了光學系統收集光的能力，并且在顯微鏡頭中，數值孔徑也決定了系統的最小分辨能力。

實際應用中，對于數值孔徑的測量通常采用數值孔徑計進行測量，存在測量過程繁瑣、精度低、需要人工觀測、對人眼觀測能力要求高等問題。特別是當數值孔徑較大時，需要借助輔助物鏡來操作，操作過程比較復雜。并且數值孔徑計只局限于測量顯微物鏡的數值孔徑，不具有普適性。

計算成像是最近幾年發展起來的學科，通過簡單的光路得到一些圖像，對獲得的圖像進行一系列的計算處理就能獲取很多人們需要的有用信息。

發明內容

為此，本發明的目的在于提供一種基于計算成像的光學鏡頭的數值孔徑測量方法，該方法能夠簡單精確的測量計算出任意光學鏡頭的數值孔徑。

本發明采用的技術方案如下：

步驟一，搭建光路系統，光路系統依次包括LED點光源、帶有刻度標識的透明被拍攝物體、待測數值孔徑鏡頭和感光器件；

步驟二，調節光路系統中被拍攝物體與感光器件之間的相對位置，使兩者位置共軛，由感光器件得到一張高動態范圍的顯微圖像；

步驟三，根據顯微圖像內被拍攝物體的尺寸，結合感光器件像元大小計算出光路系統的放大倍數；

步驟四，把得到的顯微圖像中心截取一部分，然后對截取的圖像進行數字圖像處理，得到頻率域的圖像，再對圖像進行取對數運算，在圖像內會產生一個明顯圓形輪廓；

步驟五，把步驟四圖像內的圓形輪廓進行模糊處理和邊緣提取，計算出圓形的直徑；

步驟六，根據圓形的直徑結合光路系統中感光器件像元尺寸、步驟二得到的放大倍數、照明光中心波長以及截取圖像像素大小計算出待測數值孔徑鏡頭的數值孔徑。

本發明的優點在于：

(1)測量光路簡單，操作過程簡單，測量精度高，并且通過計算得到數值孔徑，很少需要人為觀測，有效地避免了引入額外的誤差。

(2)能夠對任意的鏡頭進行數值孔徑的測量，包括但不限于顯微物鏡、照相機鏡頭、手機鏡頭、單透鏡、透鏡組、攝遠鏡頭。

附圖說明

圖1為測量鏡頭數值孔徑的光路示意圖；

圖2(a)為對高動態范圍圖像中心截取一部分，進行傅里葉變化以及取對數運算后的圓形輪廓的圖，(b)為進行高斯模糊和邊緣提取后得到的將圓形邊緣顯示出來的圓形邊緣圖；

圖3為對測量計算數值孔徑處理過程的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施方法，以清楚展現本發明的特點。