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基于图像分析的光学参数测试技术研究

金雪  
【摘要】:对于光学参数的测量,传统的测量仪器需要目视对准和人工测量数据,精度和效率都不能得到很好的保证。随着用户需求的多元化和图像处理技术的发展,高精密、多功能的检测仪器已然成为一个发展趋势。本文研究的是一种基于图像分析的光学参数测试技术。 本文对已有的测量方法进行了研究,对现有方法的优缺点进行对比,并在此基础上建立了测试系统的模型。通过CCD采集特征目标所成的像,采用Matlab及其他软件进行编程,该程序能够有效完成测试件移动、图像的采集、分析和处理数据。 研究了多种调焦判定函数和搜索算法,讨论了灰度梯度、频域、信息学、统计学四类调焦判定函数及斐波那契(Fibonacci)、黄金分割(0.618)、曲线拟合、遍历搜索、斜率法、对分法、爬山法(MCS)七种搜索算法。分别用各种调焦判定函数处理同一组由离焦到对焦再到离焦顺序采集的图像,利用matlab编程得到各种函数的调焦判定曲线。对比曲线的无偏性、单峰性、灵敏度、高效性等特征,确定了以梯度向量平方函数作为焦距测试实验的调焦判定依据。步长选择是搜索算法需要考虑的一个重要因素,直接影响了测试系统的精度和速度。本文以多点比较法作为搜索算法,选择不同步长完成粗精调焦过程。 分别对焦距为68.39mm、196.34mm、15.01mm的三个凸透镜,曲率半径为75.18mm的平凹透镜,曲率半径为51.32mm的平凸透镜和f/D=8(即F数=8)的光学系统的MTF进行了测试。测试结果表明:焦距的相对误差和重复性均小于±0.5%,曲率半径的相对误差低于±1.0%,重复性低于±0.5%,MTF的相对误差和重复性均小于±3%。


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