本发明专利技术公开一种基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，涉及光学器件检测领域，通过数字相机接收来自待检测阵列透镜的阵列焦斑数据，之后基于自定标算法对阵列焦斑质心数据分组并重新编码，排除边缘网格完成初步定标，再通过微调数字相机靶面水平角度或俯仰角度引入质心偏移量，控制偏移量在相机靶面变化小于单个透镜周期，最后结合定标编码网格计算质心偏移量，再通过基准对比完成阵列透镜一致性快速判断。本发明专利技术可以实现阵列透镜一致性的快速检测，无需引入外部调制器件，适用于未知焦距、阵列周期等参数的折射或衍射微透镜阵列的快速检测判断。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学器件检测领域，特别是一种基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法。
技术介绍
1、微透镜阵列由于其极高的衍射效率、高填充因子和宽波段而被广泛用于光学成像、波前检测、医疗诊断等领域。哈特曼波前传感器是一种利用波前分割采样阵列将入射光聚焦在匹配的阵列光电探测器上，以获取波前曲率信息的波前探测设备，微透镜阵列是实现波前分割和采样的核心部件，其阵列一致性和元件表面误差精度对拟合的曲率分布函数有直接影响。随着加工工艺和制造材料的不断发展，微透镜阵列在光学领域取得了显著的发展。
2、微透镜阵列的光学性能受到其表面形貌、加工质量、装调应力的影响，在制造的过程中需要高精度的加工技术与对应的设备，存在一定的制造成本。在使用的过程中也需要精确控制其对齐和组装的过程，以控制该器件处于工作状态。比如在经典的哈特曼波前传感器的应用中，在测量时一般通过微透镜阵列完成空域波前的分割取样，入射波前被分割为阵列子单元波前，每个子单元的波前由单个微透镜会聚后在焦平面处生成焦斑，对每个焦斑的质心相对微透镜阵列子单元中心位置的相对偏移量计算后就可得出入射波前的相位测量数据。如果阵列透镜自身存在加工或装调引入的误差，会使得计算的焦斑数据出现一致性破坏，即透镜阵列上的部分子单元无法正常工作，从而引入误差函数分布干扰设备的计算结果。对于合格的微透镜阵列其表面所有子单元理想状态均等价，即所有子单元对入射光波信号的变化响应应该是一致的。如果可以在组装阵列透镜设备的同时快速完成一致性检测，即可直接判断微透镜阵列是否合格，无需对所有子单元逐个筛查。</p>3、本专利技术提出了基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法。该方法可以实现阵列透镜一致性的快速检测，无需引入外部调制器件，适用于未知焦距、阵列周期等参数的微透镜阵列的快速检测判断。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术问题，本专利技术提供一种基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，该方法可以实现阵列透镜一致性的快速检测，无需引入外部调制器件，适用于未知焦距、阵列周期等参数的微透镜阵列的快速判断，可以在存在外界干扰的前提下完成测量，具有一定的鲁棒性。
2、本专利技术基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法包括以下s1～s4步骤；
3、s1.通过固定在平移台的数字相机接收来自待检测阵列透镜的阵列焦斑数据矩阵d，之后采用梯度计算和图形学操作获取计算子单元区域的连通域索引和和连通域质心定位坐标。具体步骤如下：
4、s1.1.采用梯度计算对阵列焦斑数据矩阵d处理的方式为在水平方向计算数据的绝对水平梯度矩阵gx，在竖直方向获取数据的绝对竖直梯度矩阵gy；
5、s1.2.取gx和gy的二值化区域的并集，二值化处理获得黑白筛孔图像；
6、s1.3.对黑白筛孔图像做孔洞填充和开运算，获得无噪点二值图像矩阵dg；
7、s1.4.对无噪点二值图像矩阵dg做连通域编号，并使用区域特征函数提取编号区域索引和对应的质心定位坐标，设共有n个编号子单元区域，对应的连通域索引为1,2,…,n，连通域n对应第n个透镜的子单元区域，连通域n的质心定位坐标sn表示为sn＝(xn,yn)，其中x表示此连通域的连通域质心位于矩阵dg第x列,y表示此连通域的连通域质心位于矩阵dg第y行；
8、s2.对连通域索引和连通域质心定位坐标执行矩阵扩充和分组编码，排除边缘网格后再完成分组编码得到定标序列矩阵，得到定标序列矩阵m，并使用定标序列矩阵处理阵列焦斑数据矩阵d获得基准焦斑质心。具体步骤如下：
9、s2.1.取连通域质心计算采样窗格坐标，记采样窗格预设长度为h像素，则第n个连通域的采样窗格坐标wn表示为wn＝[yn-h,yn+h-1,xn-h,xn+h-1]；
10、s2.2.执行矩阵扩充和分组编码，记第n个连通域的扩充矩阵为mn，则mn表示为mn＝[wn,sn]，之后按照连通域质心定位坐标sn中元素x升序获取扩充矩阵mn对应的质心列升序编码x’u，按照元素y升序获取扩充矩阵mn对应的质心行升序编码y’u，则第n个连通域的质心升序编码表示为un＝(x’u,y’u)，扩充矩阵进一步表示为mn＝[wn,sn,un]；
11、s2.3.排除边缘网格，取升序编码un中序列x’u最小值和最大值对应扩充矩阵子向量和序列y’u最小值和最大值对应扩充矩阵子向量并置空，之后再执行步骤s2.2，重新获得第n个连通域的质心再升序编码u’n＝(xn’u’,yn’u’)，处理后的第n个连通域的扩充矩阵表示为mn＝[wn,sn,u’n]；
12、s2.4.执行分组编码，取质心定位坐标sn，记分组间隔为h/2，沿质心再升序编码u’n的xn’u’序列判断sn对应的列分组cn，再沿质心升序编码u’n的yn’u’序列判断sn对应的行分组rn，记第n个连通域的扩充矩阵对应的分组坐标gn表示为gn＝(cn,rn)，则第n个连通域的扩充矩阵表示为mn＝[wn,sn,u’n,gn]；
13、s2.5.按照定标序列矩阵索引阵列焦斑数据矩阵的对应子单元，获得参考质心。
14、其中，根据上述步骤s2.1～s2.4计算编码排序获得的定标序列矩阵m有如下形式：
15、
16、阵列焦斑数据矩阵d为数字相机接收来自待检测阵列透镜的原始信息，利用公式(1)中定标序列矩阵的采样窗格坐标选定计算单元，再通过一阶质心计算公式获取计算单元内的质心。对于第n个连通域采样窗格内的基准焦斑质心(pxn,pyn)，其计算公式有如下形式：
17、
18、其中，pxi,j表示第n个连通域采样窗格内的第i行j列像素的列坐标，pyi,j表示第n个连通域采样窗格内的第i行j列像素的行坐标，di,j表示第n个连通域采样窗格内的第i行j列像素的像素值，pxn表示第n个连通域采样窗格内焦斑数据的质心横坐标，pyn表示第n个连通域采样窗格内焦斑数据的质心纵坐标；
19、s3.通过微调数字相机靶面水平角度或俯仰角度以便引入质心偏移，控制偏移量在相机靶面坐标方向小于单个透镜周期。具体步骤如下：
20、s3.1.旋转数字相机所在平移台上的水平倾角，控制阵列焦斑图像相对相机靶面偏移不超过h/2；
21、s3.2.旋转数字相机所在平移台上的俯仰倾角，控制阵列焦斑图像相对相机靶面偏移不超过h/2；
22、s3.3.如数字相机所在平移台无水平/俯仰倾角调节，则步骤s3.1、s3.2需等效替代为调节水平/垂直方向平移量，且需控制阵列焦斑图像相对相机靶面在水平/垂直方向平移量不超过h/2；
23、s4.记录调节相机偏移量后的阵列焦斑，对该组记录数据完成步骤s1～s2内处理过程得到偏移后的采样窗格内有效数据的一阶质心，记调节后第n个连通域采样窗格内的偏移焦斑质心(px’n,py’n)，对应的质心偏移量(δxn,δyn)表示为：
24、
25、相应的，质心偏移本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤S1中计算子单元区域的连通域索引和和连通域质心定位坐标，具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤S3.具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：重复S1～S2过程从偏移后的阵列焦斑得到的第n个采样窗格内的质心记为偏移质心(px’n,py’n)，则此时第n个采样窗格内质心偏移量(δxn,δyn)表示为：
6.根据权利要求1所述基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，步骤S1中的绝对水平梯度矩阵Gx和绝对竖直梯度矩阵Gy为采用水平和垂直梯度算法处理阵列焦斑数据矩阵D后取绝对值。
7.根据权利要求1所述基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，步骤S1中Gx和Gy的二值化区域采用二值化阈值处理完成，处理后所得无噪点二值图像矩阵DG的每个子二值化区域中均为圆环结构。
8.根据权利要求1所述基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，步骤S4中，基准质心偏移向量来自与待测透镜规格相近的商用高精度阵列透镜经过本方法步骤S1～S4处理后所得质心偏移向量。
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【技术特征摘要】
1.一种基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤s1中计算子单元区域的连通域索引和和连通域质心定位坐标，具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤s3.具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于自定标算法的阵列透镜一致性快速检测方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括：重复s1～s2过程从偏移后的阵列焦斑得到的第n个采样窗格内的质心记为偏移质心(px’n,py’n...
【专利技术属性】
技术研发人员：李优，张军勇，张艳丽，张秀平，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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