相關(guān)申請

本申請要求于2014年12月8日提交的美國臨時申請no.62/088,878以及于2015年1月29日提交的美國臨時申請no.62/109,098的優(yōu)先權(quán)，這兩個申請的主題通過引用并入本文。

本發(fā)明涉及光學(xué)器件，更具體而言涉及用于相機的緊湊調(diào)制傳遞函數(shù)評估系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

相機的調(diào)制傳遞函數(shù)(modulationtransferfunction,“mtf”)是相機將特定分辨率的對比度從成像對象傳遞到相機圖像的能力的測量。mtf是將分辨率和對比度結(jié)合到單個規(guī)范中的途徑。mtf是測量圖像清晰度以及在分辨率和對比度方面量化相機系統(tǒng)的整體成像性能的關(guān)鍵。因此，了解系統(tǒng)內(nèi)每個成像透鏡和相機傳感器的mtf可以使設(shè)計者在為特定分辨率優(yōu)化相機系統(tǒng)時做出適當(dāng)?shù)倪x擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的系統(tǒng)。圖像投影儀被配置為以表示期望對象的圖案提供光。透鏡被配置為將所提供的光引導(dǎo)到被測設(shè)備。圖像分析部件被配置為從在被測設(shè)備處捕獲的至少一個圖像以及圖像投影儀和透鏡的已知特性來計算被測設(shè)備的mtf。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的方法。圖案化的光(patternedlight)的準(zhǔn)直光束通過物鏡直接投射到被測設(shè)備的光圈(aperture)。捕獲圖案化的光的至少一個圖像，并且根據(jù)在被測設(shè)備處捕獲的至少一個圖像和物鏡的已知特性來計算被測設(shè)備的mtf。

根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，提供了一種用于評估用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的系統(tǒng)的系統(tǒng)。圖像源被配置為以表示期望圖像的圖案提供光。透鏡被配置為將所提供的光指引到被測設(shè)備，其中被測設(shè)備、圖像源和透鏡沿著公共光軸布置，以提供放大的虛像，以復(fù)制在超焦距處的圖像。圖像分析部件被配置為從被測設(shè)備處捕獲的至少一個圖像以及圖像源和透鏡的已知特性來計算被測設(shè)備的mtf。

根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，提供了一種用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的方法。相機、圖像源和透鏡沿著公共光軸布置。透鏡被選擇為提供放大的虛像，以復(fù)制在相機的超焦距處的圖像。圖案化的光的圖像通過物鏡直接顯示到被測設(shè)備的光圈。捕獲圖案化的光的至少一個圖像。然后根據(jù)在被測設(shè)備處捕獲的至少一個圖像和物鏡的已知特性計算被測設(shè)備的mtf。

附圖說明

圖1圖示了用于評估相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的示例；

圖2圖示了用于評估相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的另一個示例；

圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于評估相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的另一個示例；

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于評估相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)的又一個示例；

圖5圖示了可以用在評估相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)中的準(zhǔn)直目標(biāo)源的一個示例；

圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的一方面的測試系統(tǒng)的示意圖；

圖7描繪了沿著穿過被測設(shè)備的光圈的中心點的橫截面的圖6的測試系統(tǒng)；

圖8圖示了用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的方法800；以及

圖9圖示了用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的另一種方法900。

具體實施方式

確定相機的調(diào)制傳遞函數(shù)(“mtf”)的一種方法是將一組目標(biāo)放在相機的超焦距處。在這種方法的一個實現(xiàn)中，打印的目標(biāo)被安裝到壁。共有十一個目標(biāo)，一個用于軸上測量，另外十個用于離軸測量。被測設(shè)備(“dut”)和目標(biāo)由相機的超焦距分隔開，并且壁目標(biāo)由led燈面板照亮。來自目標(biāo)的反射光被dut捕獲，并且度量被測量并用來提供由模塊測量的可用傾斜邊緣的mtf得分。雖然這是進行相機測試的有效方法，但許多相機的超焦距是相當(dāng)大的，該方法可能需要非常大的測試占用面積。在智能車輛安全系統(tǒng)中使用的一個相機中，超焦距為五(5)m，并且該方法需要具有3.44mx2.74mx5m體積的工作空間。另外，目標(biāo)并不總是被等量的光照射。

特別地，相機常常結(jié)合到車輛平臺中，以向智能車輛安全系統(tǒng)提供附加信息，以輔助駕駛員。一個或多個相機可以安裝在車輛四處的各個位置，被放成向駕駛員和智能車輛安全系統(tǒng)提供對環(huán)境狀況的附加感知。例如，可以將駕駛員輔助相機放在車輛擋風(fēng)玻璃附近或車輛擋風(fēng)玻璃上，以確保汽車前方環(huán)境的最大視場。此外或替代地，可以放置相機以便觀察車輛的后部，用于在車輛反向移動時進行輔助，或者以便觀看頂部或側(cè)面，以幫助更大的情景感知。為了確保相機的正常運行并因此確保向車輛的智能安全系統(tǒng)提供有用的數(shù)據(jù)，可以執(zhí)行測試，以確保所安裝的相機適用于車輛平臺。因此，如指出的，車輛可以采用具有五(5)m超焦距或替代超焦距的相機，并且根據(jù)本文提供的原理和示例執(zhí)行用于確定相機的mtf的方法。

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于評估被測設(shè)備12的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)10的示例。系統(tǒng)10包括被配置為提供表示期望圖像的圖案的對象14。在一個實現(xiàn)中，對象14包括通過透明板的適當(dāng)?shù)南喔苫蚍窍喔晒庠?，透明板上具有不透明或半透明材料的圖案，以提供期望的圖案。例如，光源可以包括期望波長的激光器，以提供窄帶但已經(jīng)準(zhǔn)直的光源，或者具有更寬光譜的非相干光源?？商娲?，對象14可以表示提供有適當(dāng)輸入以顯示一個或多個目標(biāo)的顯示器(諸如lcd顯示器)。

透鏡16被配置為將表示所提供的圖案的光從圖像源朝被測設(shè)備12指引。根據(jù)本發(fā)明的一個示例實施例，透鏡16是雙合物鏡。應(yīng)當(dāng)認識到的是，系統(tǒng)10可以包括多個圖像源和透鏡(未示出)，以向被測設(shè)備12提供多個目標(biāo)。來自被測設(shè)備12的至少一個圖像被提供給圖像分析部件18。圖像分析部件18被配置為根據(jù)被測設(shè)備12處捕獲的至少一個圖像以及對象14和透鏡16的已知特性來計算被測設(shè)備12的mtf。

圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于評估被測設(shè)備32的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)30的另一個示例。系統(tǒng)30包括被配置為提供表示期望圖像的圖案的圖像源34。在一個實現(xiàn)中，圖像源34包括通過透明板的適當(dāng)?shù)南喔苫蚍窍喔晒庠?，在透明板上具有不透明或半透明材料的圖案，以提供期望的圖案。可替代地，圖像源34可以表示提供有用來顯示一個或多個目標(biāo)的適當(dāng)輸入的顯示器(諸如lcd顯示器)，諸如圖7中所示的示例目標(biāo)布置166。此外或可替代地，圖像源34可以是動態(tài)顯示，使得目標(biāo)布置可以按期望圖像和/或測試條件的要求實時地被修改。在所示示例中，中繼透鏡36與圖像源34之間的距離被減小到大約370mm，使得光學(xué)測試系統(tǒng)30提供類似于較大的全尺寸和全距離的5m測試系統(tǒng)的功能。

透鏡36被配置為將表示所提供的圖案的光從圖像源指引到被測設(shè)備32。另外，在圖像源34處創(chuàng)建虛像，從而模擬將目標(biāo)對象放在測試環(huán)境中5米處的效果。要指出的是，透鏡36可以是具有用來改進對象的圖像、修改對象的虛擬距離的不同光學(xué)特性或用于圖像捕獲和處理的其它考慮的多個透鏡。在圖2的示例中，中繼透鏡36可以是例如平凸透鏡。另外，元件的位置和布置可以通過采用如等式1中所示的高斯薄透鏡(gaussianthinlens)公式來計算：

在等式1中，f是薄透鏡(諸如透鏡36)的焦距，s2是虛像離透鏡36的中心的距離，而s1是到透鏡中心的對象距離。如果對象在透鏡的左側(cè)，那么s1為正。如果對象在透鏡36的右側(cè)，那么s1為負。如果對象在透鏡36的右側(cè)，那么s2為正，如果對象在透鏡36的左側(cè)，那么s2為負。如果f被替換為f＝400mm＝0.4m，并且s2＝-5m置入等式1，那么s1＝370.4mm。因而，圖像源34可以位于離中繼透鏡s1＝370.4mm的距離處。為了確保放大的垂直圖像，對象(這里是圖像源34上的虛像)應(yīng)當(dāng)放在計算出的焦點之前，諸如370.4mm<400mm。

在示例系統(tǒng)30中，虛像應(yīng)當(dāng)具有被確定為超焦距與透鏡和圖像源34之間的距離之比的橫向放大率。因此，橫向放大率可以以mt＝5/0.3704＝13.5計算，以便復(fù)制在5米的距離處的目標(biāo)圖像。因此，為了復(fù)制在5m處尺寸為164”×12”的對象，圖像源64上的虛擬圖像應(yīng)當(dāng)是大約12.15”×8.3”。在一個示例中，圖像源34是尺寸為24”的監(jiān)視器，其足以顯示具有適當(dāng)尺寸的目標(biāo)圖像。

根據(jù)本發(fā)明的一個示例實施例，透鏡36是雙合物鏡。應(yīng)當(dāng)認識到的是，系統(tǒng)30可以包括多個圖像源和透鏡(未示出)，以向被測設(shè)備32提供多個目標(biāo)。來自被測設(shè)備32的至少一個圖像被提供給圖像分析部件38。圖像分析部件38被配置為從在被測設(shè)備32處捕獲的至少一個圖像以及圖像源34和透鏡36的已知特性來計算被測設(shè)備32的mtf。而且，在mtf光學(xué)測試系統(tǒng)30與全尺寸和全距離5m測試系統(tǒng)的測試比較中，系統(tǒng)之間的圖像質(zhì)量清晰度比較表明，與全尺寸和全距離5m測試系統(tǒng)相比，光學(xué)測試系統(tǒng)30提供了圖像質(zhì)量的強相關(guān)性。

圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于評估相機32的調(diào)制傳遞函數(shù)的另一個示例系統(tǒng)30。在圖3的示例中，在光通路37中使用鏡35，以進一步減小中繼透鏡36和監(jiān)視器34之間的尺寸和空間。系統(tǒng)30包括被配置為以表示期望圖像的圖案提供光的圖像源34。在所示實施例中，圖像源34包括動態(tài)顯示器(諸如lcd監(jiān)視器)。透鏡36被配置為將從圖像源34提供的光朝著相機32指引，使得期望的圖像顯現(xiàn)為虛像34'。在所示實現(xiàn)中，透鏡36是平凸透鏡。由相機捕獲的圖像可以提供給圖像分析部件38，以計算mtf。在所示的實現(xiàn)中，鏡35傾斜大約34°，并且圖像源34如圖3中所示傾斜大約22°。為了確保來自圖像源34的光信號的中心光束是從監(jiān)視器的中心到透鏡36的中心軸測量的，圖像源34和鏡35的傾斜角度應(yīng)當(dāng)被設(shè)計為總角度：

34°+34°+22°＝90°。因此，傾斜角度符合既定的光學(xué)原理。

結(jié)果，測試組件的占用面積顯著降低。在圖2和3的示例中，可以在只有85mm×65mm×60mm的占用面積中執(zhí)行基本完全相同質(zhì)量的測試。應(yīng)當(dāng)理解的是，這種減小的占用面積可以顯著節(jié)省成本并增加系統(tǒng)的易用性。與標(biāo)準(zhǔn)布置相比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，圖2和3的系統(tǒng)以百分之九十五的置信水平為被測設(shè)備提供了在被認可的方法數(shù)據(jù)的百分之五內(nèi)的平均mtf值。

在另一種確定相機的mtf的方法中，一組目標(biāo)位于相機的超焦距處。被測設(shè)備和目標(biāo)被相機的超焦距分隔開，并且目標(biāo)在被照射的目標(biāo)上(諸如lcd監(jiān)視器上)提供。來自目標(biāo)的光被dut捕獲，

并且度量被測量并用來提供由模塊測量的可用傾斜邊緣(slantedge)的mtf得分。

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于評估相機52的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)50的另一個示例。系統(tǒng)50包括被配置為以表示期望圖像的圖案提供光的圖像投影儀54。在所示實現(xiàn)中，圖像投影儀54包括通過圖案化的板以投射期望圖案的光源。例如，光源可以包括期望波長的激光器，以提供窄帶但已經(jīng)準(zhǔn)直的光源，或者非相干光源，諸如發(fā)光二極管(led)、熒光燈泡或白熾燈燈泡，以提供更寬的光譜。透鏡56被配置為將從圖像源提供的光作為準(zhǔn)直光束朝著相機52指引。在所示實現(xiàn)中，透鏡56是雙合物鏡。由相機捕獲的圖像可以被提供給圖像分析部件58，以計算mtf。

圖5圖示了表示圖2的圖像源54和透鏡56的準(zhǔn)直目標(biāo)源110的一個示例，其可以用在根據(jù)本發(fā)明的用于評估相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的系統(tǒng)中。在所示的示例實施例中，準(zhǔn)直目標(biāo)源110包括放在殼體(未示出)內(nèi)的多個光學(xué)部件102、104、106、108和110。光學(xué)部件包括可以提供相干或非相干光的光源102。根據(jù)一個示例性實施例，光源102是具有從440至660nm的光譜的白色led發(fā)光二極管。二極管被封裝在直徑為五(5)mm的圓形透明環(huán)氧外殼中。非球面聚光透鏡104被用來使光源的輸出變得不太發(fā)散。在示例實施例中，透鏡的焦距為8mm，直徑為12.7mm。光源102被放在透鏡104的焦點處。

細粒度漫射器(finegritdiffuser)106位于聚光透鏡104的前方。以使照明源均勻。圖案化的標(biāo)線件(reticle)108被用來將期望的圖案應(yīng)用于光源。在示例實施例中，標(biāo)線件108由玻璃上的圖案化的金屬(諸如鉻)制成，以產(chǎn)生期望的目標(biāo)。但是，應(yīng)當(dāng)認識到的是，標(biāo)線件108可以包括用對特定波段透明的材料以及用完全或部分不透明的材料進行構(gòu)圖，以投影期望的顏色或灰度圖像。在所示的實現(xiàn)中，標(biāo)線件108可以具有12.7mm的總直徑，其中圖案化的目標(biāo)具有大約2.4mm的寬度。

通過標(biāo)線件的透射光被物鏡110瞄準(zhǔn)，其中標(biāo)線件108放在物鏡的后焦距處。根據(jù)示例實施例，使用三十(30)mm焦距的消色差雙合透鏡來瞄準(zhǔn)來自標(biāo)線件108的透射光。物鏡110可以具有跨可見光范圍(例如，對于從400nm到700nm的波長)有效的抗反射涂層。應(yīng)當(dāng)認識到的，雙合設(shè)計顯著地降低了色差。這是特別重要的，因為最小化透鏡引入的失真降低了在被測設(shè)備的mtf評估中考慮透鏡的復(fù)雜性。

在所示的示例中，目標(biāo)源100具有大約一百六十(160)mm的總長度和大約十三(13)mm的直徑。光源102與聚光透鏡104分開大約八(8)mm。聚光透鏡104與漫射器106分開大約三十(30)mm。漫射器106與標(biāo)線件108分開大約七十(70)mm，物鏡110與標(biāo)線件108分開大約二十七點五(27.5)mm。

應(yīng)當(dāng)認識到的是，測試系統(tǒng)可以包括多個目標(biāo)源，諸如圖5中描述的那些目標(biāo)源，以向被測設(shè)備提供多個目標(biāo)進行分析。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的一方面的測試系統(tǒng)150的示意圖。圖7描繪了沿著通過被測設(shè)備的光圈的中心點的橫截面的圖6的測試系統(tǒng)150。

在所示的示例中，系統(tǒng)150利用布置在被測設(shè)備164的視場內(nèi)的十一個準(zhǔn)直目標(biāo)源152-162，使得每個目標(biāo)源將準(zhǔn)直光束投射到被測設(shè)備的光圈中。被稱為“軸上”源的第一目標(biāo)源152被定位和定向成向被測設(shè)備的光圈的中心提供光，而多組“離軸”目標(biāo)源153-162被定位和定向成將光提供到光圈內(nèi)與光圈的中心空間分開的位置。在圖示的實現(xiàn)中，期望基本相等尺寸的目標(biāo)，因此多個目標(biāo)源被定位成使得目標(biāo)源152-162中的每一個與被測設(shè)備等距。在所示的實現(xiàn)中，這個距離為五十(50)mm，并且被測設(shè)備164具有大約五(5)m的超焦距。因而，可以將目標(biāo)源152-162與被測設(shè)備164之間的距離減小到小于2％。

應(yīng)當(dāng)認識到的是，根據(jù)期望的應(yīng)用，多個目標(biāo)源可以投射相同的圖案或不同的圖案。在對于與所示系統(tǒng)150兼容的被測設(shè)備的mtf的一次分析中，期望的目標(biāo)是完全相同的，但是一些目標(biāo)處于與其它目標(biāo)不同的朝向。為了簡化多個目標(biāo)源152-162的制造，每個目標(biāo)源可以是完全相同的，但是第一目標(biāo)源可以相對于第二目標(biāo)源沿著與其投射的準(zhǔn)直光束的方向一致的軸線旋轉(zhuǎn)，使得在被測設(shè)備處從第一目標(biāo)源接收的第一圖像相對于在被測設(shè)備處從第二目標(biāo)源接收的第二圖像旋轉(zhuǎn)。

所示的緊湊mtf測試組件150允許顯著降低mtf測試的必要占用面積，從而向被測設(shè)備提供虛像。在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，從處于超焦距的壁目標(biāo)到達被測設(shè)備的光表示幾乎平行的光束。在所提出的方法中，每個目標(biāo)源152-162產(chǎn)生準(zhǔn)直光束，從而消除了將被測設(shè)備164置于超焦距處的要求。因此，測試組件的占用面積顯著減小。在圖6和7的示例中，可以在只有85mm×65mm×60mm的占用面積中執(zhí)行基本完全相同質(zhì)量的測試。應(yīng)當(dāng)認識到的是，這種減小的占用面積可以提供顯著的成本節(jié)省并增加系統(tǒng)的易用性。與標(biāo)準(zhǔn)布置相比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)圖6和7的系統(tǒng)在百分之九十五的置信度水平下為被測設(shè)備提供在被認可的方法數(shù)據(jù)的百分之五內(nèi)的平均mtf值。

考慮到上面在圖1-7中描述的上述結(jié)構(gòu)和功能特征，參考圖8和9將更好地理解示例方法。雖然為了簡化解釋的目的，圖8和9的方法被示出并描述為串行執(zhí)行，但是應(yīng)當(dāng)理解和認識到的是，本發(fā)明不受所示次序的限制，因為，在其它示例中，一些動作可以以與本文所示并描述的次序不同的次序發(fā)生和/或并發(fā)地發(fā)生。

圖8圖示了用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的方法800。在802，相機、透鏡和顯示器沿著公共光軸布置，以提供復(fù)制在超焦距處的真實圖像的放大虛像。在804，通過透鏡在顯示器上直接向相機的光圈生成目標(biāo)圖案。應(yīng)當(dāng)認識到的是，根據(jù)本發(fā)明的一方面，顯示器可以與相機分開不到被測設(shè)備的超焦距的百分之二。在806，捕獲目標(biāo)圖案的至少一個圖像。在808，根據(jù)在相機處拍攝的至少一個圖像和透鏡的已知特性來計算被測相機的mtf。而且，可以在系統(tǒng)上采用測試。在810，光學(xué)檢查可以確定中繼透鏡光圈是否足以覆蓋s-cam系統(tǒng)的視場(fov)，并且鏡尺寸是否足以覆蓋s凸輪和透鏡的fov。此外，在812，具有詳細s-cam光學(xué)規(guī)范的射線跟蹤圖可以被用來驗證s-cam相機的入射光瞳，以確保兩者都大于fov。

圖9圖示了用于評估被測設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)的方法900。在902，圖案化的光的準(zhǔn)直光束通過物鏡直接投射到被測設(shè)備的光圈。應(yīng)當(dāng)認識到的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，光的準(zhǔn)直光束的源可以與被測設(shè)備分開不足被測設(shè)備的超焦距的百分之二。在一個示例中，圖案化的光的多個準(zhǔn)直的光束可以從多個目標(biāo)源直接提供到被測設(shè)備的光圈，每個目標(biāo)源包括光源、圖案化的標(biāo)線件和物鏡。在904，捕獲圖案化的光的至少一個圖像。在使用多個目標(biāo)源的實現(xiàn)中，所捕獲的至少一個圖像中的每一個表示圖案化的光的多個準(zhǔn)直光束。在906，被測設(shè)備的mtf是從在被測設(shè)備處拍攝的至少一個圖像和物鏡的已知特性計算的。

以上描述的是本發(fā)明的實例。當(dāng)然，為了描述本發(fā)明的目的，不可能描述部件或方法的每種可想到的組合，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到的是，本發(fā)明的許多進一步的組合和置換是可能的。雖然在所附權(quán)利要求中指出了下面所示和所述的本發(fā)明的某些新穎特征，但是本發(fā)明并不意在限于所指定的細節(jié)，因為相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的是，在不以任何方式背離本發(fā)明的精神的前提下，可以對所示出的本發(fā)明的形式和細節(jié)及其操作進行各種省略、修改、替代和改變。因而，本發(fā)明意在涵蓋落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有此類更改、修改和變化。除非明確地陳述為“關(guān)鍵”或“必不可少”，否則本發(fā)明的任何特征都不是關(guān)鍵或必不可少的。