本發(fā)明涉及一種計(jì)算型視覺成像光線調(diào)制裝置和方法，屬于計(jì)算型視覺成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

計(jì)算型視覺技術(shù)的顯著特點(diǎn)是具有對成像光線的空間調(diào)制功能。目前對成像光線的空間調(diào)制方法是利用ccd與dmd的物像關(guān)系，通過dmd微鏡翻轉(zhuǎn)完成與ccd對應(yīng)像元相關(guān)的成像光線調(diào)制。這種成像光線的空間調(diào)制方法要求ccd與dmd所在面理想共軛，以實(shí)現(xiàn)dmd微鏡元與ccd像元之間的點(diǎn)對點(diǎn)調(diào)制。這樣增加了成像光線的空間調(diào)制難度，且絕對物像關(guān)系條件不具有普遍意義，會帶入成像光線調(diào)制的原理誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種計(jì)算型視覺成像光線調(diào)制裝置和方法，用以解決上述存在的問題。

本發(fā)明計(jì)算型視覺成像光線調(diào)制裝置予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)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(zhǔn)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(zhǔn)面相交于一線，物方工作面和dmd基準(zhǔn)面互為共軛；所述的dmd通過控制時間占空比調(diào)制投射其上的光線強(qiáng)度；所述的壓電位移器帶動dmd沿中繼透鏡光軸前后運(yùn)動，與dmd基準(zhǔn)面構(gòu)成正、負(fù)位移差；所述的中繼透鏡將經(jīng)dmd調(diào)制的光線成像到ccd上；所述的ccd分別對dmd在正、負(fù)兩種位移差狀態(tài)下的調(diào)制光線感光成像。

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

設(shè)置dmd圖案為二維點(diǎn)陣，調(diào)整壓電位移器帶動dmd沿中繼透鏡光軸前后運(yùn)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(zhǔn)面構(gòu)成正、負(fù)位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

設(shè)中繼透鏡的通光孔徑為2a，ccd相對dmd基準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)2a。

對于ccd坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)由dmd一個圓斑區(qū)域上指向(x,y)的成像光線貢獻(xiàn)。

dmd在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下，這個圓斑區(qū)域su-,v-以aδ/l’為半徑的區(qū)域，以(u0^-,v0^-)為圓心：

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

與ccd坐標(biāo)(x,y)共軛的dmd基準(zhǔn)面上點(diǎn)(u0,v0)：

可得dmd在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下ccd坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)為：

也可得dmd在正位移差δ狀態(tài)下ccd坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)為：

k為成像常數(shù)，與系統(tǒng)靈敏度、像元感光面積相關(guān)；ed0(u0,v0)為目標(biāo)物在dmd基準(zhǔn)面上的光強(qiáng)分布，反應(yīng)目標(biāo)物真實(shí)成像特性；(u,v)是dmd的坐標(biāo)；m^-(u,v)為dmd在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下的調(diào)制函數(shù)；m⁺(u,v)為dmd在正位移差δ狀態(tài)下的調(diào)制函數(shù)；m^-(u,v)和m⁺(u,v)是已知的可控量。

應(yīng)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(shí)現(xiàn)dmd對成像光線的調(diào)制；在標(biāo)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的計(jì)算型視覺成像光線調(diào)制裝置和方法，通過調(diào)整壓電位移器帶動dmd沿中繼透鏡光軸前后運(yùn)動，得到dmd在正負(fù)位移差狀態(tài)下的成像光線調(diào)制公式(6)和公式(7)，在ccd與dmd所在面不共軛的條件下實(shí)現(xiàn)dmd對成像光線的調(diào)制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的計(jì)算型視覺成像光線調(diào)制方法對ccd與dmd所在面共軛精度要求低，光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)配要求低，具有普遍意義，且簡便易行，適用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的計(jì)算型視覺成像光線調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提供的計(jì)算型視覺成像光線調(diào)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(biāo)物。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。

如圖1所示，本發(fā)明計(jì)算型視覺成像光線調(diào)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(zhǔn)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(zhǔn)面相交于一線，物方工作面和dmd2基準(zhǔn)面互為共軛；所述的dmd2通過控制時間占空比調(diào)制投射其上的光線強(qiáng)度；所述的壓電位移器3帶動dmd2沿中繼透鏡4光軸前后運(yùn)動，與dmd2基準(zhǔn)面構(gòu)成正、負(fù)位移差；所述的中繼透鏡4將經(jīng)dmd2調(diào)制的光線成像到ccd5上；所述的ccd5分別對dmd2在正、負(fù)兩種位移差狀態(tài)下的調(diào)制光線感光成像。

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

如圖2所示，設(shè)置dmd2圖案為二維點(diǎn)陣，調(diào)整壓電位移器3帶動dmd2沿中繼透鏡4光軸前后運(yùn)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(zhǔn)面構(gòu)成正、負(fù)位移差±δ。

δ＝(p2-p1)/2(1)

設(shè)中繼透鏡4的通光孔徑為2a，ccd5相對dmd2基準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)2a。

對于ccd5坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)由dmd2一個圓斑區(qū)域上指向(x,y)的成像光線貢獻(xiàn)。

dmd2在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下，這個圓斑區(qū)域su-,v-以aδ/l’為半徑的區(qū)域，以(u0^-,v0^-)為圓心：

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

與ccd5坐標(biāo)(x,y)共軛的dmd2基準(zhǔn)面上點(diǎn)(u0,v0)：

可得dmd2在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下ccd5坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)為：

也可得dmd2在正位移差δ狀態(tài)下ccd5坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)為：

k為成像常數(shù)，與系統(tǒng)靈敏度、像元感光面積相關(guān)；ed0(u0,v0)為目標(biāo)物6在dmd2基準(zhǔn)面上的光強(qiáng)分布，反應(yīng)目標(biāo)物6真實(shí)成像特性；(u,v)是dmd2的坐標(biāo)；m^-(u,v)為dmd2在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下的調(diào)制函數(shù)；m⁺(u,v)為dmd2在正位移差δ狀態(tài)下的調(diào)制函數(shù)；m^-(u,v)和m⁺(u,v)是已知的可控量。

應(yīng)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(shí)現(xiàn)dmd2對成像光線的調(diào)制；在標(biāo)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(shí)施例：

下面舉例進(jìn)一步對本發(fā)明做詳細(xì)說明：

設(shè)置dmd2圖案為二維3×3點(diǎn)陣，點(diǎn)距100pixel，調(diào)整壓電位移器3帶動dmd2沿中繼透鏡4光軸前后運(yùn)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(zhǔn)面構(gòu)成正、負(fù)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(shù)2a＝40l’²/[l·(p2-p1)]。

對于ccd5坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)由dmd2一個圓斑區(qū)域上指向(x,y)的成像光線貢獻(xiàn)。

dmd2在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下，這個圓斑區(qū)域su-,v-以10pixel為半徑的區(qū)域，以(u0^-,v0^-)為圓心：

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

與ccd5坐標(biāo)(x,y)共軛的dmd2基準(zhǔn)面上點(diǎn)(u0,v0)：

可得dmd2在負(fù)位移差-δ狀態(tài)下ccd5坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)為：

也可得dmd2在正位移差δ狀態(tài)下ccd5坐標(biāo)(x,y)的光強(qiáng)為：

應(yīng)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(shí)現(xiàn)dmd2對成像光線的調(diào)制；在標(biāo)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(fā)明中，將公式(6)與公式(7)應(yīng)用于標(biāo)定過程和測量過程這些均屬于本領(lǐng)域內(nèi)公知常識，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可根據(jù)要求再現(xiàn)，在此不再贅述。

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