A New Method for Measuring the Focal Length of the Lens Based on Planar Array CCD
WEI Lina1，GONG Ailing2，YANG Yong1
(1.Faculty of Science, Zaozhuang Vocational College, Zaozhuang 277800，China；2.Faculty of Science, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093，China)
Abstract: This paper proposes a new method for measuring the focal length of the lens. The diffractive spectrums of image are captured by the planar array CCD, and an error analysis is also provided.
Key words: plane projection grating; planar array CCD; focal length of the lens; color image procession
随着光电检测技术与图像处理技术的快速发展，CCD在测量中的应用日趋广泛.采用CCD作为探测元件应用于光谱分析中，可以克服光谱分析仪的诸多缺点 ［1］ .对图像或物体的测量精度不仅与CCD的分辨率有关，还与所用CCD相机镜头的焦距值有关，镜头焦距测量值的准确度将直接影响到实时测量值的精度.
传统的测量凸透镜焦距的方法有平行光聚焦法［2］、自准直法［3］、显微镜读数法［4］，分光计测量［5］、二次成像法和平面镜辅助法［6-8］、线阵CCD测量法［4、9］.但是这些方法存在有以下缺点:不能实现对凸透镜焦距的精确测量；不能实现快速计算透镜的焦距值.
本文给出了一种基于面阵CCD实时测量镜头焦距的方法.该方法由面阵CCD采集汞灯光谱，然后用MATLAB软件对所采集的光谱进行分析，测量出谱线间的距离.根据光栅方程和凸透镜成像原理，在MATLAB软件环境下计算出镜头焦距.该方法可以克服传统测量方法的缺点，能够实现快速、准确计算出CCD的镜头焦距，并且实验设备简单.
1 测量原理
1.1 实验原理
面阵CCD测量镜头焦距的实验装置［10］如图1所示.实验装置包括低压汞灯、分光计、 平面透射光栅、待测镜头，彩色面阵CCD、彩色图像采集卡和计算机.为了保证实验的稳定性，实验装置安装在光学防震平台上.
低压汞灯发出光束经过分光计上的平行光管后变为一束平行光，平行光垂直入射到透射平面光栅上，经光栅发生衍射；衍射光经过成像透镜会聚在面阵CCD的感光面上.由于波长不同的光所对应的衍射角不同，因而各种波长的光经过光栅衍射后，按照不同的方向彼此分开，在CCD的感光面上形成光谱图像.面阵CCD将接受到的光信号转化成电信号经彩色图像采集卡传输到计算机上，在计算机屏幕上实时显示出衍射光谱图像.实验中保持采集图像的镜头焦距不变.计算机输出的±1级谱线和0级谱线的图像如图2所示.
1.2 镜头焦距实时测量原理
当平行光正入射时，根据多缝光栅的衍射原理，设光栅的总缝数为N，衍射角为θ，缝宽为a ，缝间
由光强公式可以看出，衍射图样的强度分布是周期性排列的.由于光振动的加强产生的一个明条纹，与多光束干涉因子sinN2δsinzδ22和单缝衍射因子sinαα2有关，要满足光程差等于波长的整数倍，因此，衍射光栅产生的衍射光谱的各级主极大的位置可以由相位差决定：
利用Matlab软件程序对图2中的光谱图像进行处理.处理步骤如下：
1） 先将图像变成灰度图像；
2） 取图像中的其中一行，将其二值化；
3） 利用Matlab程序进行谱线定位，将图像中0级谱线的横坐标标定，然后，依次计算出黄、绿、紫3条谱线的距离0级谱线的像素个数；
4） 根据彩色面阵CCD放大率及每个像素单元的大小，将像素个数转换成横坐标对应的坐标值;
5） 最后计算出图2中 +1、-1级的黄、绿、紫3条谱线到0级谱线的距离;
6） 将（1）~（6）式的计算公式赋予给计算机完成运算，计算出焦距的真实值.
7） 将计算的结果以界面的形式实时出来如图4、图5所示.
3 测量结果及分析
计算出图2中±1级黄、绿、紫3条谱线到0级谱线的距离L，计算结果如表1所示.
光栅法线与平行光的重合程度以及面阵CCD自身的噪声，使表1 中L值的测量存在了一定的误差，从而表2表3焦距的测量引入了误差.根据表2可以计算出透镜焦距测量值的相对误差为0.0612%，根据表3可以计算出焦距测量值的相对误差为0.1437%.传统的测量比如分光计测量误差是0.8%［5］，显微镜读数法误差为0.24%［4］，线阵CCD误差大于0.1%［4］.可见本方法可以实现焦距的精确测量.
本文程序运算可以实现多次测量取平均值，进一步快速地降低误差.由此可见，该方法在焦距的实时精确测量中是一种切实可行的方法.
4 结语
本文提出了一种快速，准确，测量镜头焦距的方法.用面阵CCD采集已知特征谱线的汞灯衍射光谱线，由Matlab软件程序对彩色图像进行处理，并实时计算出镜头的焦距.实际工作中，可用此方法来测量照相机及CCD镜头的焦距.
参考文献:
［1］田承雷. CCD光谱测量系统研究［J］.矿业科学技术，2004,32（2）:45-48.
［2］唐晓华,文国江. 测凸透镜焦距的三种方法［J］.物理教学探讨，2006（14）:33.
［3］李冬萍,魏建宇. 自准直法测薄凸透镜焦距的光学系统成像分析［J］.实验室研究与探索，2006（4）:447-449.
［4］赵育良,李开端. 利用线阵CCD自动测量航空相机镜头的焦距［J］.光学技术，2002（2）:67-68.
［5］张宇,吕晓旭.CCD辅助测量凸透镜焦距的一种新方法［J］.大学物理实验， 2006（2）:1-3.
［6］唐明杰,刘鹏. 利用分光计测凸透镜焦距［J］.教学仪器与实验，2005（6）:25.
［7］左安友,李兴鳌. 提高凹透镜焦距测量精度的实验研究［J］.武汉科技学院学报，2005(10):11-14. (责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
- 毕业论文定制
南粤论文中心提供本科/研究生/博士毕业论文，从提纲，开题到后期免费修改,免费指导答辩等 ，联系人：魏老师，电话：13450375436。 - 代写代发职称论文
南粤论文中心提供职称论文代写，报告总结，演讲致辞,心得体会,党团辅导等代写服务并推荐发表省级,国家级,核心杂志包发。联系QQ:631069747。
基于面阵CCD测量镜头焦距的一种方法
来源：网络(转载) 作者：危立娜 宫爱玲 杨永 发表于：2012-03-21 22:22 点击：次
【关健词】平面透射光栅;彩色面阵CCD;镜头焦距;彩色图像处理
提出一种实时测量镜头焦距的方法,用彩色面阵CCD实时采集光谱图像，然后利用MATLAB软件环境计算出镜头焦距值，并对结果进行误差分析.
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
版权声明：因本文均来自于网络，如果有版权方面侵犯,请及时联系本站删除.
