集成式多ccd采集讀數(shù)攝像的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，包括攝像機鏡頭，所述攝像機鏡頭的出射光路上設有第一分光裝置，所述第一分光裝置將入射光分為兩束分別出射至兩個第二分光裝置，所述第二分光裝置將入射光分為兩束分別出射至兩個固定在高精度平移臺上的CCD圖像傳感器。本實用新型利用分光裝置可以同時在多個CCD圖像傳感器上成像，將多個CCD圖像傳感器分別固定在高精度平移臺上，通過高精度平移臺的移動可以帶動相應的CCD圖像傳感器的移動，實時采集多幅圖像的同時能夠精確讀取散焦步長，本實用新型結構簡單，便于攜帶。
【專利說明】集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及攝像機【技術領域】，具體是一種集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機。

【背景技術】
[0002]光波由強度和相位構成，但是光振動太快(達到115Hz)，電子設備只能測量到時間平均強度。這很可惜，因為光波的相位可以揭示更重要的物體信息(例如深度)。利用強度計算相位的相位檢索技術對于天文、X射線相襯成像、衍射光學、波陣面重構等領域都具有重要意義?；趶姸葌鬏敺匠?TIE transport of Intensity Equat1n)的相位檢索技術是一種重要的研究課題，該技術只需要測量與光軸垂直的幾個平面上的光場強度，就可通過求解二階微分方程來重構光波的空間相位，避免了由于干涉法而造成的分辨率、敏感性等問題。該方程如下所示:
[0003]—k5I/0z = ￥.(Ι?φ)(I)
[0004]通常情況下，I (X，y, z)和Φ (X，y, z)分別表示聚焦平面的強度和相位，k表示波數(shù)，與波長λ之間滿足k = 2 31/λ，z表示傳播距離。在⑴式中，強度微分51/32的計算直接影響到整個方程計算的精度。可惜的是，該項不能直接進行測量。因此，實際實驗中，通常使用4幅強度圖像的差分近似替代(如圖1所示)，即
[0005]
m/dz = CL2 — SL1 + SI1 — I2VllM(2)
[0006]上式中，I1和I2表示分別離中心聚焦圖像I距離為Λζ和2Λζ的過焦圖像，L1和L2表示分別分別離中心聚焦圖像I距離為Λζ和2ΛΖ的欠焦圖像。這里，將Λζ稱作散焦步長。也就是說，求解(I)式的TIE總共需要5幅強度圖像。雖然普通的攝像機(相機)可以方便地采集圖像，但是無法直接獲得散焦步長Λζ的數(shù)值。
[0007]目前市場上所存在的普通攝像機都只能采集強度圖像，不能直接顯示聚焦平面與散焦平面之間移動的距離。中國專利CN102281394B提供了一種便攜式采集讀數(shù)攝像機，該攝像機可以在采集強度圖像的同時讀取距離參數(shù)。但是該攝像機存在一些局限，例如，每次只能采集I幅圖像，多次測量才能獲得多幅圖像，無法滿足實驗實時獲取多幅圖像的要求，監(jiān)控鏡頭和螺旋測微儀之間直接用固定塊連接，沒有使用精密導軌，因此不能保證鏡頭完全在水平方向移動，增加了誤差，降低了后續(xù)實驗的計算精度等。
實用新型內容
[0008]本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、便于攜帶的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，實時采集圖像的同時能夠精確讀取散焦步長，以克服目前已有產(chǎn)品的局限。
[0009]本實用新型的技術方案為:
[0010]一種集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，包括攝像機鏡頭，所述攝像機鏡頭的出射光路上設有第一分光裝置，所述第一分光裝置將入射光分為兩束分別出射至兩個第二分光裝置，所述第二分光裝置將入射光分為兩束分別出射至兩個固定在高精度平移臺上的CCD圖像傳感器。
[0011]所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，所述攝像機鏡頭與第一分光裝置之間設有第三分光裝置，所述第三分光裝置將入射光分為兩束分別出射至第一分光裝置和遮光器件，所述遮光器件的出射光路上設有固定在高精度平移臺上的CCD圖像傳感器。
[0012]所述的集成式多CXD采集讀數(shù)攝像機，所述第一分光裝置和第二分光裝置均采用分光棱鏡。
[0013]所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，所述第三分光裝置采用分光棱鏡，所述遮光器件采用帶有C接口的遮光管。
[0014]所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，所述攝像機鏡頭的出射光到達各個CCD圖像傳感器的光程相等。
[0015]由上述技術方案可知，本實用新型利用分光裝置可以同時在多個CCD圖像傳感器上成像，將多個CCD圖像傳感器分別固定在高精度平移臺上，通過高精度平移臺的移動可以帶動相應的CCD圖像傳感器的移動，實時采集多幅圖像的同時能夠精確讀取散焦步長，本實用新型結構簡單，便于攜帶。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是微分計算示意圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例1的結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例2的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0019]下面，結合附圖和具體實施例進一步說明本實用新型。
[0020]實施例1:
[0021]如圖2所示，一種集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，包括攝像機鏡頭10、第一分光棱鏡21、兩個第二分光棱鏡22和23、四個高精度平移臺31、32、33和34、四個CXD圖像傳感器41、42、43和44。第一分光棱鏡21、兩個第二分光棱鏡22和23均采用50R:50T的分光棱鏡。第一分光棱鏡21設置在攝像機鏡頭10的出射光路上，第二分光棱鏡22設置在第一分光棱鏡21的透射光路上,第二分光棱鏡23設置在第一分光棱鏡21的反射光路上。
[0022]CXD圖像傳感器41設置在第二分光棱鏡22的反射光路上，CXD圖像傳感器42設置在第二分光棱鏡22的透射光路上，CXD圖像傳感器43設置在第二分光棱鏡23的反射光路上，CXD圖像傳感器44設置在第二分光棱鏡23的透射光路上。CXD圖像傳感器41固定在高精度平移臺31上，CXD圖像傳感器42固定在高精度平移臺32上，CXD圖像傳感器43固定在高精度平移臺33上，CCD圖像傳感器44固定在高精度平移臺34上。
[0023]實施例2:
[0024]如圖3所示，與實施例1相比，本實施例增加了第三分光棱鏡20、遮光器件50、高精度平移臺30和CCD圖像傳感器40，其它器件與實施例1保持一致。第三分光棱鏡20采用20R:80T的分光棱鏡。第三分光棱鏡20設置在攝像機鏡頭10的出射光路上，第一分光棱鏡21設置在第三分光棱鏡20的透射光路上,遮光器件50設置在第三分光棱鏡20的反射光路上，CXD圖像傳感器40設置在遮光器件50的出射光路上，CXD圖像傳感器40固定在高精度平移臺30上。
[0025]實施例1和實施例2中涉及的各個部件描述如下:
[0026]攝像機鏡頭10，用于聚光和調焦，即通過調節(jié)攝像機鏡頭10的焦距從而得到所需的散焦和聚焦圖像。本實用新型對攝像機鏡頭10的焦距不作限制，例如，最常用的是三倍變焦鏡頭，焦距由35mm至105mm。
[0027]第一分光棱鏡21、第二分光棱鏡22和23、第三分光棱鏡20,用于分光。不同棱鏡的選擇和配置是為了保證進入到各個CCD圖像傳感器的光強分布大致相等，棱鏡的形狀可以自由選擇，只要布局合理即可。
[0028]CXD圖像傳感器40、41、42、43和44，用于感光成像。一般來說，CXD的尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好，但是尺寸越大導致攝像機體積越大，不利于攜帶，因此，在實際應用中，需要綜合考慮兩者的影響。本實用新型對CXD圖像傳感器40、41、42、43和44的像素沒有特別要求，例如選取1024*768像素的CXD即可達到一般實驗的要求，如果對精度要求特別高，也可以選取更高分辨率的CCD。
[0029]高精度平移臺30、31、32、33和34，用于水平移動和讀數(shù)。包括手動和電動兩種，前者需要使用者手調，后者可以自動控制。實驗選取的平移臺具有XY軸兩個自由度，可以直接顯示移動的距離。由于CCD是固定在平移臺上的，因此，平移臺的水平移動同時帶動了CCD的水平移動。本實用新型對平移臺本身的移動范圍和精度沒有特別要求，例如，移動范圍可以選取O?25mm,精度可以為0.01mm。
[0030]遮光器件50,用于聚光。在實施例2中，(XD圖像傳感器40需放置在圖3所不位置上，以保證光進入五個CXD圖像傳感器40、41、42、43和44的光程相等。由于CXD圖像傳感器40與第三分光棱鏡20的距離較遠，因此在它們之間增加了遮光器件50 (如遮光管，標準C接口，可直接連在CXD圖像傳感器40上)，使光線能聚集入射到CXD圖像傳感器40中，減少光在傳播過程中的損耗。
[0031]實施例1的工作原理:
[0032]首先，調節(jié)攝像機鏡頭10的焦距，同時調節(jié)高精度平移臺32的位置，使得在CXD圖像傳感器42上成聚焦圖像，記下此時CXD圖像傳感器42所采集到的聚焦圖像以及高精度平移臺32所移動的距離Ztl ;然后，根據(jù)實驗要求確定需要的散焦步長Λζ，將高精度平移臺31和32的位置分別調節(jié)到Ztl-A ζ和Ζ(Γ2 Δ ζ處，將高精度平移臺33和34的位置分別調節(jié)到ζ0+Λ ζ和ζ0+2 Δ ζ處，使得在CCD圖像傳感器41、42、43和44上成散焦圖像；最后，利用CCD圖像傳感器41、42、43和44實時采集4幅散焦圖像。采集到的所有強度圖像和移動的參數(shù)Λζ都可以在攝像機的觀察屏上直接顯示。
[0033]實施例2的工作原理:
[0034]首先，調節(jié)攝像機鏡頭10的焦距，同時調節(jié)高精度平移臺32的位置，使得在CXD圖像傳感器42上成聚焦圖像，記下此時高精度平移臺32所移動的距離Z0 ;然后，根據(jù)實驗要求確定需要的散焦步長Λζ，將高精度平移臺30和31的位置分別調節(jié)到ZtrAz和ζ0-2 Δ ζ處，將高精度平移臺33和34的位置分別調節(jié)到Ztl+ Δ ζ和Ζ(ι+2 Δ ζ處，使得在CXD圖像傳感器40、41、43和44上成散焦圖像；最后，利用CCD圖像傳感器40、41、42、43和44實時采集這5幅強度圖像(I幅聚焦圖像和4幅散焦圖像)。這些強度圖像和移動的參數(shù)Λζ都可以在攝像機的觀察屏上直接顯示。
[0035]由上述可知，實施例1與實施例2相比，雖然無法同時獲取5幅強度圖像，但減少了一個(XD圖像傳感器40、一個第三分光棱鏡20和一個遮光器件50,降低了成本,并且整體結構更加緊湊合理；實施例2與實施例1相比，體積較大，成本較高，整體結構不夠緊湊，但是可以同時采集5幅強度圖像，可以保證實驗數(shù)據(jù)采集的實時性。使用者可以根據(jù)具體實驗要求選取不同的方案。如果實驗中要求同時采集超過5幅強度圖像，則可以在實施例2的基礎上擴充光學元件的個數(shù)，整體設計思想不變。
[0036]以上所述實施方式僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，包括攝像機鏡頭，其特征在于:所述攝像機鏡頭的出射光路上設有第一分光裝置，所述第一分光裝置將入射光分為兩束分別出射至兩個第二分光裝置，所述第二分光裝置將入射光分為兩束分別出射至兩個固定在高精度平移臺上的CXD圖像傳感器。
2.根據(jù)權利要求1所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，其特征在于:所述攝像機鏡頭與第一分光裝置之間設有第三分光裝置，所述第三分光裝置將入射光分為兩束分別出射至第一分光裝置和遮光器件，所述遮光器件的出射光路上設有固定在高精度平移臺上的CXD圖像傳感器。
3.根據(jù)權利要求1所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，其特征在于:所述第一分光裝置和第二分光裝置均采用分光棱鏡。
4.根據(jù)權利要求2所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，其特征在于:所述第三分光裝置采用分光棱鏡，所述遮光器件采用帶有C接口的遮光管。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的集成式多CCD采集讀數(shù)攝像機，其特征在于:所述攝像機鏡頭的出射光到達各個CCD圖像傳感器的光程相等。
【文檔編號】G01B5/02GK203984538SQ201420413015
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】程鴻, 張芬, 劉巖, 屈磊, 章權兵, 韋穗 申請人:安徽大學