計算型視覺成像光線調制裝置和方法與流程

本發明涉及一種計算型視覺成像光線調制裝置和方法，屬于計算型視覺成像領域。

背景技術：

計算型視覺技術的顯著特點是具有對成像光線的空間調制功能。目前對成像光線的空間調制方法是利用ccd與dmd的物像關系，通過dmd微鏡翻轉完成與ccd對應像元相關的成像光線調制。這種成像光線的空間調制方法要求ccd與dmd所在面理想共軛，以實現dmd微鏡元與ccd像元之間的點對點調制。這樣增加了成像光線的空間調制難度，且絕對物像關系條件不具有普遍意義，會帶入成像光線調制的原理誤差。

技術實現要素：

針對上述現有技術，本發明提供一種計算型視覺成像光線調制裝置和方法，用以解決上述存在的問題。

本發明計算型視覺成像光線調制裝置予以實現的技術方案是：該裝置包括物鏡、dmd、壓電位移器、中繼透鏡和ccd；所述的物鏡、物方工作面和dmd基準面三者符合斜置場面成像條件，即物鏡主面、物方工作面和dmd基準面相交于一線，物方工作面和dmd基準面互為共軛；所述的dmd通過控制時間占空比調制投射其上的光線強度；所述的壓電位移器帶動dmd沿中繼透鏡光軸前后運動，與dmd基準面構成正、負位移差；所述的中繼透鏡將經dmd調制的光線成像到ccd上；所述的ccd分別對dmd在正、負兩種位移差狀態下的調制光線感光成像。

本發明提出的一種計算型視覺成像光線調制方法，是利用上述計算型視覺成像光線調制裝置，并按照以下步驟：

設置dmd圖案為二維點陣，調整壓電位移器帶動dmd沿中繼透鏡光軸前后運動，觀察ccd上彌散斑從大變小再變大，記錄下彌散斑尺寸相等的dmd兩個位置p1和p2，分別與dmd基準面構成正、負位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

設中繼透鏡的通光孔徑為2a，ccd相對dmd基準面的垂軸放大率β＝l/l’，l是中繼透鏡到ccd的距離，l’是中繼透鏡到dmd基準面的距離，則彌散斑的半徑值r為：

r＝aδl/l'²(2)

通過ccd記錄的彌散斑尺寸可以求得中繼透鏡的通光孔徑參數2a。

對于ccd坐標(x,y)的光強由dmd一個圓斑區域上指向(x,y)的成像光線貢獻。

dmd在負位移差-δ狀態下，這個圓斑區域su-,v-以aδ/l’為半徑的區域，以(u0^-,v0^-)為圓心：

dmd在正位移差δ狀態下，這個圓斑區域su+,v+以aδ/l’為半徑的區域，以(u0⁺,v0⁺)為圓心：

與ccd坐標(x,y)共軛的dmd基準面上點(u0,v0)：

可得dmd在負位移差-δ狀態下ccd坐標(x,y)的光強為：

也可得dmd在正位移差δ狀態下ccd坐標(x,y)的光強為：

k為成像常數，與系統靈敏度、像元感光面積相關；ed0(u0,v0)為目標物在dmd基準面上的光強分布，反應目標物真實成像特性；(u,v)是dmd的坐標；m^-(u,v)為dmd在負位移差-δ狀態下的調制函數；m⁺(u,v)為dmd在正位移差δ狀態下的調制函數；m^-(u,v)和m⁺(u,v)是已知的可控量。

應用公式(6)或公式(7)，在ccd與dmd所在面不共軛的條件下，可以實現dmd對成像光線的調制；在標定過程中，ed0(u0,v0)為已知量，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd記錄，可以得到k值；在測量過程中，k值已知，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd記錄，可以求得ed0(u0,v0)。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提供的計算型視覺成像光線調制裝置和方法，通過調整壓電位移器帶動dmd沿中繼透鏡光軸前后運動，得到dmd在正負位移差狀態下的成像光線調制公式(6)和公式(7)，在ccd與dmd所在面不共軛的條件下實現dmd對成像光線的調制。與現有技術相比，本發明提供的計算型視覺成像光線調制方法對ccd與dmd所在面共軛精度要求低，光學系統的調配要求低，具有普遍意義，且簡便易行，適用性強。

附圖說明

圖1為本發明提供的計算型視覺成像光線調制裝置結構圖；

圖2為本發明提供的計算型視覺成像光線調制方法原理圖。

圖中：1-物鏡，2-dmd，3-壓電位移器，4-中繼透鏡，5-ccd，6-目標物。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細地描述。

如圖1所示，本發明計算型視覺成像光線調制裝置，包括物鏡1、dmd2、壓電位移器3、中繼透鏡4和ccd5；所述的物鏡1、物方工作面和dmd2基準面三者符合斜置場面成像條件，即物鏡1主面、物方工作面和dmd2基準面相交于一線，物方工作面和dmd2基準面互為共軛；所述的dmd2通過控制時間占空比調制投射其上的光線強度；所述的壓電位移器3帶動dmd2沿中繼透鏡4光軸前后運動，與dmd2基準面構成正、負位移差；所述的中繼透鏡4將經dmd2調制的光線成像到ccd5上；所述的ccd5分別對dmd2在正、負兩種位移差狀態下的調制光線感光成像。

本發明提出的一種計算型視覺成像光線調制方法，是利用上述計算型視覺成像光線調制裝置，并按照以下步驟：

如圖2所示，設置dmd2圖案為二維點陣，調整壓電位移器3帶動dmd2沿中繼透鏡4光軸前后運動，觀察ccd5上彌散斑從大變小再變大，記錄下彌散斑尺寸相等的dmd2兩個位置p1和p2，分別與dmd2基準面構成正、負位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

設中繼透鏡4的通光孔徑為2a，ccd5相對dmd2基準面的垂軸放大率β＝l/l’，l是中繼透鏡4到ccd5的距離，l’是中繼透鏡4到dmd2基準面的距離，則彌散斑的半徑值r為：

r＝aδl/l'²(2)

通過ccd5記錄的彌散斑尺寸可以求得中繼透鏡4的通光孔徑參數2a。

對于ccd5坐標(x,y)的光強由dmd2一個圓斑區域上指向(x,y)的成像光線貢獻。

dmd2在負位移差-δ狀態下，這個圓斑區域su-,v-以aδ/l’為半徑的區域，以(u0^-,v0^-)為圓心：

dmd2在正位移差δ狀態下，這個圓斑區域su+,v+以aδ/l’為半徑的區域，以(u0⁺,v0⁺)為圓心：

與ccd5坐標(x,y)共軛的dmd2基準面上點(u0,v0)：

可得dmd2在負位移差-δ狀態下ccd5坐標(x,y)的光強為：

也可得dmd2在正位移差δ狀態下ccd5坐標(x,y)的光強為：

k為成像常數，與系統靈敏度、像元感光面積相關；ed0(u0,v0)為目標物6在dmd2基準面上的光強分布，反應目標物6真實成像特性；(u,v)是dmd2的坐標；m^-(u,v)為dmd2在負位移差-δ狀態下的調制函數；m⁺(u,v)為dmd2在正位移差δ狀態下的調制函數；m^-(u,v)和m⁺(u,v)是已知的可控量。

應用公式(6)或公式(7)，在ccd5與dmd2所在面不共軛的條件下，可以實現dmd2對成像光線的調制；在標定過程中，ed0(u0,v0)為已知量，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5記錄，可以得到k值；在測量過程中，k值已知，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5記錄，可以求得ed0(u0,v0)。

實施例：

下面舉例進一步對本發明做詳細說明：

設置dmd2圖案為二維3×3點陣，點距100pixel，調整壓電位移器3帶動dmd2沿中繼透鏡4光軸前后運動，觀察ccd5上彌散斑從大變小再變大，記錄下彌散斑直徑20pixel的dmd2兩個位置p1和p2，分別與dmd2基準面構成正、負位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

由公式(2)可以求得中繼透鏡4的通光孔徑參數2a＝40l’²/[l·(p2-p1)]。

對于ccd5坐標(x,y)的光強由dmd2一個圓斑區域上指向(x,y)的成像光線貢獻。

dmd2在負位移差-δ狀態下，這個圓斑區域su-,v-以10pixel為半徑的區域，以(u0^-,v0^-)為圓心：

dmd2在正位移差δ狀態下，這個圓斑區域su+,v+以10pixel為半徑的區域，以(u0⁺,v0⁺)為圓心：

與ccd5坐標(x,y)共軛的dmd2基準面上點(u0,v0)：

可得dmd2在負位移差-δ狀態下ccd5坐標(x,y)的光強為：

也可得dmd2在正位移差δ狀態下ccd5坐標(x,y)的光強為：

應用公式(6)或公式(7)，在ccd5與dmd2所在面不共軛的條件下，可以實現dmd2對成像光線的調制；在標定過程中，ed0(u0,v0)為已知量，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5記錄，可以得到k值；在測量過程中，k值已知，ec⁺(x,y)和ec^-(x,y)由ccd5記錄，可以求得ed0(u0,v0)。

本發明中，將公式(6)與公式(7)應用于標定過程和測量過程這些均屬于本領域內公知常識，本領域內的技術人員可根據要求再現，在此不再贅述。

盡管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。