專利名稱：透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)與圖像采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像采集和識別領(lǐng)域，特別涉及一種透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)與圖像采集裝置。
背景技術(shù)：
在圖像識別和處理領(lǐng)域，圖像邊緣的提取是重要的問題，因為圖像邊緣不清晰則不能從圖像上將各物體分辨出來。例如，石油地質(zhì)實驗室的微觀驅(qū)替刻蝕模型，實驗中有飽和水、飽和油、在飽和油的情況下泵入水將油驅(qū)出等多種狀態(tài)，這些動態(tài)過程的圖像采集目前通常是用圖2所示的裝置或顯微鏡與攝像頭相配合來完成。圖2所示的裝置由數(shù)字成像設(shè)備5、載物臺7、散光板10和發(fā)光面11組成，光源通過散光板形成向各個方向亮度相等的面光源，對于模型上的任何一點都是一個明場與暗場的疊加，如圖2中的C點，AB之間的部分為明場照明，AB以外的部分是暗場照明。由于明場使介質(zhì)的分界面暗于周邊的介質(zhì)(如附圖3所示)，而暗場使分界面亮于周邊介質(zhì)，因此模型中介質(zhì)的分界面和介質(zhì)的對比度很低，致使介質(zhì)分界面的輪廓成像不清晰，難于從圖像上獲得油被驅(qū)出后水占據(jù)孔隙通道的情況(見

圖1(c))。顯微鏡與攝像頭相配合采集圖像是將模型放置在顯微鏡下，攝像頭通過顯微鏡進行圖像采集，雖然顯微鏡具有足夠的放大倍數(shù)，介質(zhì)分界面的輪廓成像清晰，但存在的問題是視場較小，且光照均勻的范圍就更，小因而不適用于大尺寸模型的圖像采集。例如，圖 1 (a)為顯微鏡下微觀驅(qū)替刻蝕模型的局部圖像，可以較為清晰地看到水將部分油驅(qū)出后模型中孔隙通道的邊緣，圖1 (b)是2cmX 1. 5cm的微觀驅(qū)替刻蝕模型在顯微鏡下成像的整體圖像，呈現(xiàn)四角黑圈現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)與圖像采集裝置，以解決在大視場下對被觀測模型實現(xiàn)輪廓清晰、照度均勻性好的成像問題。本發(fā)明所述透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)，包括光源，依次位于光源產(chǎn)生的光路上的第一光闌、輔助透鏡、聚光鏡和第二光闌；第一光闌設(shè)置在光源處，用于調(diào)節(jié)有效光源的大?。惠o助透鏡用于使光源產(chǎn)生一個虛像，增大光源到聚光鏡的距離，聚光鏡用于將光源成像在成像系統(tǒng)鏡頭的入瞳處；第二光闌與聚光鏡相貼安裝，用于在成像系統(tǒng)的視野范圍內(nèi)控制有效觀察范圍的大小，避免雜散光對像面對比度的影響。上述光學(xué)系統(tǒng)中的聚光鏡為透鏡，其焦距f由下式確定Lhlfflin-^h2-1] 1^f ^ Lhlmax-^h2-1] 1式中，Il2為聚光鏡至成像系統(tǒng)鏡頭的距離(即像距)，根據(jù)具體的視場和成像系統(tǒng)確定，hlmin是光源到聚光鏡的距離的最小值(即物距的最小值)，hlmax是光源到聚光鏡的距離的最大值(即物距的最大值)，hlmin和hlmax分別由下述公式確定
權(quán)利要求
1.一種透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源 (16)，依次位于光源產(chǎn)生的光路上的第一光闌(15)、輔助透鏡(14)、聚光鏡(13)和第二光闌(12)；第一光闌(15)設(shè)置在光源(16)處，用于調(diào)節(jié)有效光源的大?。惠o助透鏡(14)用于使光源產(chǎn)生一個虛像，增大光源到聚光鏡的距離，聚光鏡(13)用于將光源成像在成像系統(tǒng)鏡頭的入瞳處；第二光闌(12)與聚光鏡相貼安裝，用于在成像系統(tǒng)的視野范圍內(nèi)控制有效觀察范圍的大小，避免雜散光對像面對比度的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于聚光鏡 (13)為透鏡，其焦距f由下式確定
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于光源(16)為LED陣列和散光板組成的漫射光源。
4.一種圖像采集裝置，由光學(xué)系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和載物臺(7)組成，成像系統(tǒng)位于載物臺 (7)的上方，光學(xué)系統(tǒng)位于載物臺(7)的下方，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源(16)，依次位于光源產(chǎn)生的光路上的第一光闌(15)、輔助透鏡(14)、聚光鏡(1 和第二光闌(12)； 第一光闌(15)設(shè)置在光源(16)處，用于調(diào)節(jié)有效光源的大??；輔助透鏡(14)用于使光源產(chǎn)生一個虛像，增大光源到聚光鏡的距離，聚光鏡(1 用于將光源成像在成像系統(tǒng)鏡頭的入瞳處；第二光闌(12)與聚光鏡相貼安裝，用于在成像系統(tǒng)的視野范圍內(nèi)控制有效觀察范圍的大小，避免雜散光對像面對比度的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像采集裝置，其特征在于載物臺(7)與光學(xué)系統(tǒng)中的第二光闌(12)相貼安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的圖像采集裝置，其特征在于光學(xué)系統(tǒng)中的聚光鏡(13)為透鏡，其焦距f由下式確定
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的圖像采集裝置，其特征在于光學(xué)系統(tǒng)中的光源(16)為 LED陣列和散光板組成的漫射光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像采集裝置，其特征在于光學(xué)系統(tǒng)中的光源(16)為LED陣列和散光板組成的漫射光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的圖像采集裝置，其特征在于成像系統(tǒng)為數(shù)字成像設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像采集裝置，其特征在于成像系統(tǒng)為數(shù)字成像設(shè)備。
全文摘要
一種透射光源下提升圖像對比度的光學(xué)系統(tǒng)，包括光源，依次位于光源產(chǎn)生的光路上的第一光闌、輔助透鏡、聚光鏡和第二光闌；第一光闌設(shè)置在光源處，用于調(diào)節(jié)有效光源的大小；輔助透鏡用于使光源產(chǎn)生一個虛像，增大光源到聚光鏡的距離，聚光鏡用于將光源成像在成像系統(tǒng)鏡頭的入瞳處；第二光闌與聚光鏡相貼安裝，用于在成像系統(tǒng)的視野范圍內(nèi)控制有效觀察范圍的大小，避免雜散光對像面對比度的影響。一種圖像采集裝置，由光學(xué)系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和載物臺組成，成像系統(tǒng)位于載物臺的上方，光學(xué)系統(tǒng)位于載物臺的下方；所述光學(xué)系統(tǒng)為上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號G06K9/20GK102226851SQ20111013957
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者吳小平, 吳煒, 周廣增, 楊曉敏, 滕奇志 申請人:四川大學(xué)