基本介紹
- 中文名：場曲
- 外文名：Curvature of field
- 又稱：像場彎曲
- 性質：聚焦形成弧型
介紹,檢測套用,介紹,系統套用,分析與處理,三維形態圖,斯特列爾比,逆濾波校正,散場曲利用,
介紹
因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場物鏡，這種物鏡已經矯正了場曲。
在一個平坦的影象平面上，影像的清晰度從中央向外發生變化，聚焦形成弧型， 就叫場曲。
原因是中心離鏡頭近，周邊離鏡頭遠。
一般拍照團體人像，安排成弧型，就是糾正這一缺點。
檢測套用
為了消除相機的場曲給成像帶來的空變模糊，提高圖像解析度和檢測精度，針對在工業檢測中廣泛使用的線 陣相機，提出了一種消除場曲影響的一維圖像復原方法。在分析了空變模糊矩陣結構的基礎上，通過估算部分區 域的點擴散函式，再由偏移和插值得到全像場範圍內的模糊矩陣。由模糊矩陣利用約束最小二乘法得到與觀測信 號無關的復原矩陣。檢測過程中，將採集到的圖像信號與復原矩陣相乘，獲得復原後的圖像。採用檢測棉流內異 性纖維的異纖檢測系統，用含有較細異纖的實際數據對方法進行驗證。結果表明，本方法在提高圖像邊緣處解析度的同時增強了異常點與背景的差異，異常比增加了10%以上，為進一步提高檢測精度創造了條件。
介紹
線陣相機已廣泛套用於紡織、印染、印刷、造紙、包裝等多個行業的工業檢測中，通過線陣CCD可將光信息轉變為一維視頻信號輸出，從而對連續運動的物體成像。與面陣相機相同，線陣相機採集得到的一維圖像會不可避免地受到鏡頭場曲的影響，使得圖形的中心處和邊緣處模糊程度不一致。這樣，當調節焦距使得像場中心 清晰時，像邊緣就會模糊；反正亦然。另外，在實際的工程套用中，由於安裝誤差很難保證光軸與預定的物面垂直，也會加重像邊緣處的模糊程度。工業檢測對圖像解析度具有較高要求，因此，消除場曲造成的成像模糊現 象，在工業檢測領域中具有重要的意義。
存在場曲現象的光學系統是典型的空變系統，系統的點擴散函式 （Point Spread Function，PSF）受到像面坐標和物面坐標的同時作用，像中心和像邊緣處的 PSF不一樣。如果採用常用的圖像復原方法，用中心處的 PSF對整幅圖像進行復原，那么邊緣處就不能達到滿意的復原效果。解決這個問題的一種常用方法是坐標變化法，即通過坐標變換將空變 PSF變換成為空不變PSF，從而利用空不變方法實現圖 像復原。這種方法由於需要知道 PSF的顯示形式，並要求其可變換，因此在套用上有 一 定的局限性。另 一 種 常用方法是對圖像分區域處理，在每個子區域內假定 PSF是空不變的，然而這種方法會在各個子區域邊緣產生較大的寄生紋波。另外，也可從硬體上進行改進，以克服場曲現象。
與分區域進行空不變復原不同，提出的方法首先通過測試獲得部分區域的 PSF，再由這些PSF合成退化矩陣。在獲得退化矩陣後，通過約束最小二乘方法對採集到的一維圖像進行復原。
系統套用
異纖檢測系統多採用線陣相機對棉流進行拍攝。由於受空間所限，一般選用廣角鏡頭以儘量減少相機距棉流的距離。設計的異纖檢測系統采 用 Basler L401kc線陣相機以及 Nikon Ni－kkor 20mm廣角鏡頭。由於廣角鏡頭的場曲問題比較嚴重，所採集到圖像的解析度從通道中央到兩邊逐漸降低，這將對毛髮等極細纖維的檢測結果產生較大的影響。如果採用常用的分段Wiener濾波的方法，雖然算法具有較高的計算效率。
首先需要對部分區域的 PSF進行測量，得到的測試圖是等間距的細線。將測試圖放入異纖檢測儀的棉道 內，通過成像系統採集測試圖的成像結果。為了減少噪聲的影響，可以將一段時間內連續採集的多線圖像疊加，從而獲得一個具有較高信噪比的成像結果。
分析與處理
衍射理論認為點源物發出的光經過光學系統發生夫琅禾費衍射形成的愛里斑是點源物的像，像差會影響衍射斑的能量分布，計算像點的光強分布可以分析像差。雖然用波像差函式計算了像差，但仍需要改進與發展。利用衍射理論探討怎樣進行無像散場曲的分析處理及利用。
三維形態圖
首先根據人眼、光電探測器等接受器的性能確定視場總場曲容限中無像散場曲容限 Δz i220，求無像散場曲波 像差函式的最大係數C220max，分別畫出視場內最大無像散場曲或像面對高斯面偏離的三維形態圖；然後利用波像差跟幾何像差的轉換關係，求出設計中存在的無像散場曲波像差函式係數 C220設，畫出設計視場內無像散場曲或像面對高斯面偏離的三維形態圖；通過比較接受器限制的和設計帶來的無像散場曲或像面對高斯面偏離的三維形態圖，判斷設計過程和設計結果的成像質量以及光學系統與接受器是否達到最佳匹配。這種曲線是一種直接而有效的形象化評價手段，在光學設計中從整個視場上對無像散場曲的平衡和校正有指導作用。
斯特列爾比
Strehl 於1894 年提出用有像差時點衍射斑的最大亮度與無像差時最大亮度之比作為判斷光學系統質量的指標 ，稱為斯特列爾比(RS )。對於僅有場曲系統，斯特列爾比可定義為存在和不存在無像散場曲時高斯面上點衍射斑的亮度之比。
因為視場內像點衍射斑的形態和結構有差異，考察典型位置的像點衍射斑，測算出斯特列爾比，可用於設計中評價和加工中檢測無像散場曲。將它用於星點檢驗法時，即可觀察衍射斑的形態結構，同時能定量測算，比星點法單靠觀察更客觀，也無需點列圖測量那么多點，比測量光學傳遞函式儀器裝置更簡單，配合常規測評方法效果會更好。
逆濾波校正
存在無像散場曲時像平面不能在中心和邊緣同時獲得清晰的圖像，是因為表示的無像散場曲成像系統的點擴散函式中包含的高斯型相位偏差因子 e-jkC 220 R2 ρ2iρ2 產生非均勻散焦，造成高斯面衍射斑非均勻模糊，即這個點擴散函式是空移變化的。對此提出了一種數字圖像修正場曲的方法，選取與無像散場曲系統的高斯型點擴散函式相一致的點擴散函式描述散焦降晰，先對圖像進行逆濾波使圖像反降質，再進行圖像恢復實現對無像散場曲的修正。
散場曲利用
無像散場曲不只是有害的，也能被利用。平面物形成一定的曲面像，那么一定的曲面場景也形成平面像，可通過討論的逆濾波校正等數字圖像的電子校正方法將它們修正回到自己原來的曲面位置上。這種利用無像散場曲進行空間曲面的測量技術，對工業和軍事等領域的測量有重要意義。還可以利用僅有場曲透鏡的衍射變換調控高斯光束。有廣泛用途的無像散場曲的利用技術值得研究。
