鏡所成圖像的大小。
[0039] 對于隨后的推導(dǎo)，我們認(rèn)為照相機(jī)鏡頭等價于放置在相同距離處的針孔，其在測 量期間不改變。成像距離d被認(rèn)為是恒定的。
[0040] 假設(shè)屈光度為1/f?的透鏡插入至對象和針孔之間，將在與初始對象距離A處形成 虛擬圖像A'。在圖像平面中，大小的變化符合以下公式：
[0041]
[0042] 為了找到A'、A和f?之間的關(guān)系，我們構(gòu)造了通過未知透鏡f中心的、來自（〇，A) 的光線之間的交點(diǎn)的虛擬圖像，滿足：
[0043]
[0044] 通過點(diǎn)（L，A/2)的初始射線折射一個角度cp，tanq：)=(A/2)/f:
[0045]
[0046] 通過根據(jù)要測量的曲率半徑適當(dāng)?shù)剡x擇裝置的大小，可以準(zhǔn)確得到近似 tan(a+cp) =(tana+tan(p)/(l-tanatan(p) ~tana+tan(()〇 例如，對于 L= 267mm，A= 32. 5mm，使用最小的要測量的曲率半徑（在該情況下為1400mm),tanatanq)=0.0014?l，上述近似被很好地證實(shí)。注意，該近似不涉及任何旁軸近似 tana=a，因?yàn)檫@具有更多的限制。
[0047] 從等式⑶和（4)，可以得到交點(diǎn)：
[0048]
[0049]將等式（5)代入等式⑴和（2)，我們得到該系統(tǒng)的特別簡單的特征公式：
[0050]
[0051] 其中，R= 2f是未知曲率反射鏡的曲率半徑，n〇0是參考平面鏡所成的圖像大小 (例如，如果利用CCD照相機(jī)拍攝，則用像素表示），n是利用未知曲率反射鏡所得到的圖像 大小。在該最后的公式中，我們將圖2的展開系統(tǒng)替代為圖3的實(shí)際布局。
[0052] 以下描述根據(jù)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行曲率半徑測量的具體方法步驟。
[0053] 首先，獲取經(jīng)平面反射鏡所反射的環(huán)形光源的圖像作為參考圖像，具體來說，將平 面反射鏡放置在適配器109上，反射面朝下，用于反射來自環(huán)形光源104的光，調(diào)節(jié)照相機(jī) 106的設(shè)置，并利用照相機(jī)106和鏡頭105拍攝圖像，由此得到該環(huán)形光源的參考圖像A，該 參考圖像A是圓形的；第二，獲取經(jīng)曲面反射鏡所反射的環(huán)形光源的圖像，具體來說，將曲 面反射鏡放置在與其匹配的適配器109上，反射面朝下，保持照相機(jī)103的設(shè)置不變，利用 照相機(jī)103和鏡頭102拍攝圖像，由此得到圖像B，該圖像B可能是圓形或橢圓形的，本發(fā) 明只考慮這兩種形狀的圖像B;第三，對兩個圖像A和B進(jìn)行濾波處理以得到清晰的圖像， 濾波處理可以使用已知的任何圖像處理方法，用于基本上清除在高閾值之下的任何像素， 清空已知不相關(guān)的所有區(qū)域，諸如照相機(jī)自身的圖像，并最終移除任何孤立的高強(qiáng)度像素； 第四，獲得兩個圖像的大小，具體來說，兩個圖像大小通過已知的最小二乘擬合算法來得 至IJ，圖像A是圓形的，圖像大小用該圓形的直徑大小來表示，如果B是圓形，則圖像大小用該 圓形的直徑大小來表示，如果B是橢圓形，則圖像大小用該橢圓形的長軸和短軸來表示；最 后，利用以下公式來確定曲率半徑：
[0054]
[0055] 其中，R是曲面反射鏡的曲率半徑，L是環(huán)形光源與曲面反射鏡之間的距離，L大 于鏡頭焦距的2倍以使得環(huán)形光源在照相機(jī)上成像，n"是使用平面反射鏡所生成圖像的大 小，n是使用曲面反射鏡所生成的圖像的大小。具體來說，n"是參考圖像的直徑大??；在B 是圓形的情況下，n是圓形的直徑大小，在B是橢圓形的情況下，n是該橢圓形的長軸和短軸 的大小，由此分別計算在長軸和短軸上的曲率半徑。
[0056] 本發(fā)明的曲率半徑測量系統(tǒng)和方法能夠確定各種曲面反射鏡（特別是球面反射 鏡、雙錐形反射鏡、柱面反射鏡等）的曲率半徑，非常穩(wěn)健，并且不需要專門的訓(xùn)練或光學(xué) 器件的微小對準(zhǔn)。在該應(yīng)用中，將不需要光學(xué)器件的專門定位，因?yàn)榭梢酝瑫r擬合橢圓的短 軸、長軸、以及方向。其不需要極精密加工的組件，由于其相對于平面參考鏡測量，其可以容 易地以合理的成本得到高精確度。此外，其是非接觸技術(shù)，允許在光學(xué)器件的整個制造周期 中使用，而不會損壞器件表面。更一般地，曲面反射鏡所成的圖像可以是其他形狀，也可以 根據(jù)本發(fā)明的思想將所獲取圖像擬合至期望圖像來測量曲面鏡的曲率半徑，只要該曲面反 射鏡的表面可以用有限數(shù)量的參數(shù)來描述即可。
[0057] 最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種用于曲面反射鏡的曲率半徑測量系統(tǒng)，包括： 支架，用于放置曲面反射鏡或平面反射鏡； 環(huán)形光源，與曲面反射鏡或平面反射鏡的反射面相對放置；W及 圖像獲取單元，用于獲取環(huán)形光源經(jīng)由曲面反射鏡或平面反射鏡反射而獲得的圖像， 其中，環(huán)形光源與曲面反射鏡或平面反射鏡相隔適當(dāng)?shù)木嚯xW使得環(huán)形光源能夠經(jīng)由 曲率反射鏡或平面反射鏡在圖像獲取單元中成像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，其特征在于，圖像獲取單元包括照相機(jī) 和鏡頭。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，其特征在于，環(huán)形光源由沿圓周均勻布 置的LH)組成。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，其特征在于，照相機(jī)是CCD照相機(jī)，鏡頭 是定焦鏡頭。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，還包括圖像處理部分，圖像處理部分用 于對圖像獲取單元所獲得的圖像進(jìn)行計算處理，得到曲面反射鏡的曲率半徑。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，還包括中間平臺，其中支架包括上部平 臺和支柱，上部平臺與中間平臺之間相隔一定距離并用支柱支撐。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，其特征在于，上部平臺的中央有孔，孔的 內(nèi)部邊緣安裝有鏡片固定器，用于固定曲面反射鏡。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲率半徑測量系統(tǒng)，其特征在于，鏡頭安裝在照相機(jī)上并穿 過中間平臺的中央的孔而突出于中間平臺，照相機(jī)位于中間平臺下方，環(huán)形光源圍繞鏡頭 位于中間平臺上。9. 一種用于曲面反射鏡的曲率半徑測量方法，包括： 獲取經(jīng)平面反射鏡所反射的環(huán)形光源的圖像作為參考圖像； 獲取經(jīng)曲面反射鏡所反射的環(huán)形光源的圖像； 獲得兩個圖像的大??；W及 根據(jù)兩個圖像的大小來計算曲面反射鏡的曲率半徑。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的曲率半徑測量方法，還包括在獲得兩個圖像的大小之前對 兩個圖像進(jìn)行濾波處理W得到清晰的圖像。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的曲率半徑測量方法，其特征在于，利用W下公式來計算曲 率半徑：其中，R是曲面反射鏡的曲率半徑，L是環(huán)形光源與反射鏡之間的距離，n"是使用平面 反射鏡所生成圖像的大小，n是使用曲面反射鏡所生成的圖像的大小，其中L大于鏡頭焦距 的2倍W使得環(huán)形光源在照相機(jī)上成像。12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的曲率半徑測量方法，其特征在于，獲得兩個圖像的大小包括 利用最小二乘擬合算法。13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的曲率半徑測量方法，其特征在于，如果曲面反射鏡所生成的 圖像為圓形，則圖像的大小是圓形圖像的直徑大小；如果曲面反射鏡所生成的圖像為楠圓 形，則圖像的大小是楠圓形圖像的長軸和短軸的大小。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于曲面反射鏡的曲率半徑測量系統(tǒng)，包括：支架，用于放置曲面反射鏡或平面反射鏡；環(huán)形光源，與曲面反射鏡或平面反射鏡的反射面相對放置；以及圖像獲取單元，用于獲取環(huán)形光源經(jīng)由曲面反射鏡或平面反射鏡反射而獲得的圖像，其中，環(huán)形光源與曲面反射鏡或平面反射鏡相隔適當(dāng)?shù)木嚯x以使得環(huán)形光源能夠經(jīng)由曲率反射鏡或平面反射鏡在圖像獲取單元中成像。
【IPC分類】G01B11/255
【公開號】CN105203048
【申請?zhí)枴緾N201410252934
【發(fā)明人】大衛(wèi)·朱利安·諾埃爾·圖貝爾特
【申請人】溫州博納激光科技有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月9日