一种图像传感器倾斜校正的精确调节方法

本发明涉及光路调节领域，尤其涉及一种图像传感器倾斜校正的精确调节方法。

背景技术：

1、精密光学系统在航空航天、高端装备制造等高精尖领域得到越来越广泛的应用，而高精度光路调节在光学系统中变得越来越重要，尤其是在高分辨率成像和精密测量领域。光路调节的精度直接影响到光学系统的成像质量和测量精度，因此，光路调节技术的研究成为光学工程的重要课题。

2、图像传感器是光学系统的重要组成部分，图像传感器像面法线相对于主光轴的倾斜会导致图像失真和成像质量下降。比如，图像传感器倾斜会导致光强分布不均匀，从而引起图像的亮度不一致；图像传感器倾斜会导致焦平面位置发生变化，从而影响成像质量；图像传感器倾斜还可能会引入额外的像差，如彗差和像散等，这些像差会进一步降低图像的清晰度，影响成像效果。

3、现有技术中图像传感器的倾斜校正主要是通过预先标定光学系统主光轴与图像传感器的交点相对于图像传感器中心位置的偏移距离，以及光学系统相对于图像传感器中心轴线的移动行程，拟合两者之间的关系得到光学系统主光轴相对于图像传感器像面法线的倾斜角度再校正。此方法需要预先标定数据，增加了图像传感器倾斜校正的复杂性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，为了能减小图像传感器倾斜对于接收光路信息的影响，本发明提出一种图像传感器倾斜校正的精确调节方法，该方法结合机械调节和图像处理的精确调节方法，实现了图像传感器倾斜的精确校正，有效解决了因图像传感器像面法线相对于主光轴倾斜导致的图像失真和成像质量下降的问题，适用于各种高精度成像系统。

2、具体技术方案如下：

3、一种图像传感器倾斜校正的精确调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1：图像传感器布置在可见光光路的末端，在所述图像传感器前放置会聚透镜；使用调节装置对图像传感器进行初步角度调节，使图像传感器的像面处于与主光轴初步垂直的位置，并使光斑落在图像传感器的像面中央；

5、s2：旋转图像传感器，并获取此时图像传感器像面上的光斑；

6、s3：采用图像轮廓检测算法识别光斑轮廓，并计算光斑的周长l1，并将其作为基准，记录此时调节装置显示的角度值为θ1；

7、s4：反方向旋转图像传感器，并获取此时图像传感器像面上的光斑；

8、s5：采用图像轮廓检测算法识别光斑轮廓，并计算光斑的周长l2；

9、s6：比较l1和l2，若不相等，则继续微旋图像传感器，直至l2和l1相等，记录此时调节装置显示的角度值为θ2；

10、s7：旋转图像传感器到两角度值θ1和θ2的中间位置，所述中间位置对应的角度值θ0的计算表达式如下：

11、

12、s8：移除会聚透镜，完成图像传感器的倾斜校正。

13、进一步地，所述调节装置包括旋转台和位移台，所述位移台布置在旋转台上，所述图像传感器布置在位移台上；所述旋转台用于控制图像传感器的旋转角度，所述位移台用于控制图像传感器在平面内的位移。

14、进一步地，所述的图像传感器选用ccd或cmos。

15、进一步地，所述s3和s5中的图像轮廓检测算法选用霍夫变换检测算法，具体检测过程如下：

16、(1)对输入图像进行预处理，将图像转换为灰度图像，并使用边缘检测算法提取图像中的边缘，使用滤波器去除图像中的噪声；

17、(2)根据特定形状定义参数空间；

18、(3)初始化累加器阵列，用于统计参数空间中的计数情况，对于步骤(1)得到的图像中的每一个边缘点，将其在参数空间中的对应值，即对应图形的特征值，计数到累加器阵列中；

19、(4)在累加器阵列中寻找高计数的峰值，对应于图像中的形状特征。

20、一种点衍射干涉仪，其图像传感器的倾斜角度根据所述的图像传感器倾斜校正的精确调节方法进行调节，所述点衍射干涉仪包括：沿光轴依次布置的光源、扩束准直镜组、显微物镜、针孔板，以及图像传感器和待测反射镜；

21、所述光源用于产生相干光源；所述扩束准直镜组用于将光源产生的光扩束准直；所述显微物镜用于将扩束准直后的光会聚到针孔板上；

22、所述针孔板上亚微米级的针孔用于使会聚后的光束衍射出球面波，并分为参考波和检测波；所述参考波直接到达图像传感器；所述检测波到达待测反射镜，经过反射后到达针孔板，经针孔板金属表面反射后到达图像传感器；所述参考波和检测波在图像传感器处形成干涉图。

23、本发明的有益效果是：

24、(1)本发明首先通过调节装置将图像传感器像面调节至与主光轴近似垂直的位置，使得调节范围能够快速锁定，大大节省了图像传感器倾斜校正的调节时间；其次，通过在图像传感器已有位置上分别做正反旋转得到相应光斑，并通过图像轮廓检测算法标记光斑轮廓，根据两光斑轮廓的周长相等精确得到两角度值，从而得到图像传感器与主光轴垂直时的角度值，避免了调节的盲目性。

25、(2)本发明通过在图像传感器之前放置会聚透镜，使得光束经过会聚透镜到达图像传感器的光斑变小，从而增大调节装置的角度调节范围，提高了倾斜校正的精度。

技术特征：

1.一种图像传感器倾斜校正的精确调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的图像传感器倾斜校正的精确调节方法，其特征在于，所述调节装置包括旋转台和位移台，所述位移台布置在旋转台上，所述图像传感器布置在位移台上；所述旋转台用于控制图像传感器的旋转角度，所述位移台用于控制图像传感器在平面内的位移。

3.根据权利要求1所述的图像传感器倾斜校正的精确调节方法，其特征在于，所述的图像传感器选用ccd或cmos。

4.根据权利要求1所述的图像传感器倾斜校正的精确调节方法，其特征在于，所述s3和s5中的图像轮廓检测算法选用霍夫变换检测算法，具体检测过程如下：

5.一种点衍射干涉仪，其图像传感器的倾斜角度根据权利要求1-4任意一项所述的图像传感器倾斜校正的精确调节方法进行调节，其特征在于，所述点衍射干涉仪包括：沿光轴依次布置的光源、扩束准直镜组、显微物镜、针孔板，以及图像传感器和待测反射镜；

技术总结
本发明公开了一种图像传感器倾斜校正的精确调节方法，包括：图像传感器布置在可见光光路的末端，在图像传感器之前放置会聚透镜；图像传感器在调节装置作用下使其像面与主光轴初步垂直，且光斑落在像面中央；旋转图像传感器，获取此时像面上的光斑，采用图像轮廓检测算法识别光斑轮廓，并计算其光斑的周长L<subgt;1</subgt;，记录此时的角度值θ<subgt;1</subgt;；反方向旋转图像传感器，获取此时像面上的光斑，采用同样的方法得到光斑的周长L<subgt;2</subgt;；微旋图像传感器至L<subgt;2</subgt;＝L<subgt;1</subgt;，记录此时的角度值θ<subgt;2</subgt;；旋转图像传感器到两角度值θ<subgt;1</subgt;和θ<subgt;2</subgt;的中间位置θ<subgt;0</subgt;；移除会聚透镜，完成图像传感器的倾斜校正。本发明的倾斜校正调节操作简便、精度高、耗时短、可复现性强。

技术研发人员：白剑,陈祺杰,张天,王依,梁宜勇
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5