CN113483993A

CN113483993A - 一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统及方法

Info

Publication number: CN113483993A
Application number: CN202110599364.6A
Authority: CN
Inventors: 乐孜纯; 程军; 董文
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2021-10-08

Abstract

一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，包括激光光源、待测镜片固定架、漫反射平面、工业相机和用于根据工业相机图像处理运算得到棱镜度的棱镜度数的智能测量组件，待测镜片固定架用于安置待测微棱镜阵列镜片，待测的微棱镜阵列镜片位于激光光源的出射方向，待测的微棱镜阵列镜片与激光光源的出射方向垂直，工业相机与待测微棱镜阵列镜片在同侧且高度相同，漫反射平面在工业相机和待测微棱镜阵列镜片的正下方，激光光源发出的光束、微棱镜阵列镜片、漫反射平面和工业相机形成光路，工业相机的输出与棱镜度智能测量组件连接。以及提供一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量方法。本发明测量精度高、测量效率高、稳定性好且系统尺寸小。

Description

一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统及方法

技术领域

本发明涉及一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量技术，以及实现智能测量系统的设计和棱镜度智能测量系统的构建，特别涉及一种可实时精确测量斜视矫正镜片棱镜度数的检测系统及方法。

背景技术

斜视在儿童中是一种比较常见的眼科疾病，斜视在世界范围内发病率很高。中国调查报告中显示，中国儿童斜视发病率在3％～5％之间，也就是说100个儿童中就有3～5人患有斜视。根据国外调查报告，国外儿童斜视发病率为4％～5％。斜视疾病不仅会影响儿童的眼部发育，严重的斜视甚至可能会对儿童全身骨骼的发育造成影响，造成无法逆转的伤害。

微棱镜阵列镜片是近年来发展起来的一种斜视矫正镜片，在眼视光学领域得到了广泛的应用，特别是用于儿童斜视矫正。该镜片是由一组菲涅尔微结构三棱镜整齐排列组成，用于实现对入射光线的折射控制。与传统的体状光学棱镜相比，基于微棱镜结构的斜视矫正镜片具有镜片薄、重量轻、矫正准确度高等优点。

棱镜度是衡量棱镜光学性能的重要指标，是指光线通过镜片上某一特定点后产生的位置偏离，棱镜度的单位为厘米每米(cm/m)。随着微棱镜阵列在眼视光领域的广泛应用，镜片棱镜度的精准检测成为了保证镜片质量的关键环节。据文献调研发现，微棱镜阵列镜片目前尚无标准测量方法和测量系统，更无可实时精确测量的棱镜度智能测量系统。与本发明最接近的已有技术是乐孜纯、毛强的发明专利(申请号:CN202010127359.0和CN202010127358.6)。已有的微棱镜阵列镜片的棱镜度检测系统存在精度和稳定性不高、测量效率低、操作繁琐、系统尺寸过大等问题。为了解决已有技术的不足，亟需进行技术方案和系统的优化和改进，包括缩小系统的体积和尺寸，提高测量的精度和稳定性，尽量减少测量过程中人为操作带来的误差，实现系统的智能化检测。

发明内容

为了克服已有技术的不足，解决棱镜度检测系统存在精度和稳定性不高、测量效率低、操作繁琐、系统尺寸过大等问题，本发明提供一种检测精度高、测量效率高、稳定性好且系统尺寸小的智能实时棱镜度测量系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，包括激光光源、待测镜片固定架、漫反射平面、工业相机和用于根据工业相机图像处理运算得到棱镜度数的棱镜度智能测量组件，所述待测镜片固定架用于安置待测微棱镜阵列镜片，待测的微棱镜阵列镜片位于所述激光光源的出射方向，待测的微棱镜阵列镜片与所述激光光源的出射方向垂直，所述工业相机与待测微棱镜镜片在同侧且高度相同，所述漫反射平面在所述工业相机和待测微棱镜镜片的正下方，所述激光光源发出的光束、微棱镜阵列镜片、漫反射平面和工业相机形成光路，所述工业相机的输出与所述棱镜度智能测量组件连接。

进一步，所述棱镜度智能测量组件包括图像处理模块、微控制器模块和显示模块，所述工业相机与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块与所述微控制器模块连接，所述微控制器模块与所述显示模块连接。

再进一步，所述显示模块可以使用但不限于液晶显示屏，用于显示检测到的数据和信息，包括棱镜度值和所述工业相机的工作状态参数。

所述微控制器模块用于对整个测量系统进行程序控制，通过编写程序实现测量系统对镜片棱镜度的智能测量。

在漫反射平面上放置相机标定板，所述相机标定板可以使用但不限于带有刻度的直尺，测量比例系数K。

一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

1)在漫反射平面上放置相机标定板，微控制器模块输出开机信号，工业相机开机并自动设置曝光时间和分辨率，微控制器模块输出拍照信号，所述工业相机拍照；所述工业相机将照片传入图像处理模块进行处理，所述图像处理模块将处理结果传入所述微控制器模块，所述微控制器模块根据相机标定板上的刻度计算得到比例系数K，即每像素对应的实际物理距离；

2)在待测微棱镜镜片放置在待测镜片固定架上之前，开启所述激光光源，所述微控制器模块输出拍照信号，所述工业相机拍摄所述漫反射平面上的图像，所述图像处理模块对该图像进行处理；

3)待测微棱镜镜片放置在待测镜片固定架上，并位于所述激光光源下方，所述微控制器模块输出拍照信号，所述工业相机拍摄所述漫反射平面上的图像，利用所述图像处理模块对该图像进行处理。

4)所述微控制器模块分别记录未放置待测微棱镜镜片时经图像处理模块后输出的坐标S₀和放置待测微棱镜镜片时经图像处理模块后输出的坐标S₁；所述坐标S₀、S₁与待测微棱镜镜片的棱镜度PD(Δ)的关系由公式(1)决定，

其中，T为待测微棱镜镜片与所述漫反射平面的距离，|S_n+1-S_n|表示坐标S_n+1与S_n之间的欧氏距离，N表示待处理图像的个数。

进一步，所述图像处理模块包括以下工作过程：对所述原始数字图像进行色域转换处理，从RGB转HSV色彩空间；对所述转换色彩空间后的图像进行高斯滤波去除所述图像的噪声干扰；利用直方图均衡化对所述待处理图像进行增强处理；对所述待处理图像选取合适的H通道、S通道、V通道的阈值将图像二值化；对所述二值化后的待处理图像进行形态学运算；寻找所述待处理图像中的最大连通域并利用质心法计算其中心坐标；将该坐标输入所述微控制器保存。

所述步骤3)中，所述激光光源出射光线与待测镜片固定架及漫反射平面相垂直，将待测镜片安装在固定架上，确定待测镜片的中心正对所述激光光源出射光线。

本发明的有益效果主要表现在：本发明引入了视觉检测的方法，与光学检测相结合。能有效提高微棱镜镜片的检测精度和检测效率，极大地缩小了测量系统的体积和尺寸，主要面向微结构棱镜镜片的检测，相比于其他的镜片棱镜度检测方法，本发明专利更具针对性和优越性。

附图说明

图1是本发明一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统的结构示意图。其中，1为激光光源，2为待测镜片固定架，3为漫反射平面，4为工业相机，5为微控制器模块，6为显示模块。

图2是微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，包括激光光源1、待测镜片固定架2、漫反射平面3、工业相机4和棱镜度智能测量组件，所述待测镜片2固定架用于安置待测微棱镜阵列镜片，待测的微棱镜阵列镜片位于所述激光光源的出射方向，待测的微棱镜阵列镜片与所述激光光源1的出射方向垂直，所述工业相机4与待测微棱镜镜片在同侧且高度相同，所述漫反射平面3在所述工业相机和待测微棱镜镜片的正下方，所述激光光源1发出的光束、微棱镜阵列镜片、漫反射平面3和工业相机4形成光路，所述工业相机4的输出与所述棱镜度智能测量组件连接。

进一步，所述棱镜度智能测量组件包括图像处理模块5、微控制器模块6和显示模块7，所述工业相机4与所述图像处理模块5连接,所述图像处理模块5与微控制器模块6连接，所述微控制器模块6与所述显示模块7连接。

所述微控制器模块6用于对整个检测系统进行程序控制，通过编写程序实现测量系统对镜片棱镜度的智能测量。

所述激光光源1出射光线与待测镜片固定架2及漫反射平面3相垂直，将待测镜片安装在固定架上，确定待测镜片的中心正对所述激光光源出射光线。所述待测镜片固定架2与所述漫反射平面3的距离T为100mm。

所述的微控制器模块6可以采用但不限于STM32F103RC型号的单片机，用于程序的存储和运行。

所述的工业相机4和图像处理模块5可以采用但不限于OPENMV型号的机器视觉相机，用于拍照和图像处理。

在漫反射平面3上放置相机标定板，所述相机标定板可以使用但不限于带有刻度的直尺，测量比例系数K。

本发明提出一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，如图2所示的流程图，对工业相机进行标定计算比例系数K，在开启激光光源后，利用工业相机和图像处理模块分别计算放入待测微棱镜阵列镜片后的图像和未放入微棱镜阵列镜片的图像，图像处理模块将处理后的结果传入微控制器模块计算棱镜度，显示模块实时显示镜片棱镜度。该测量系统结构简单，具有很高的测量精度，可自动实时测量，并实现了小型化。

1)在所述漫反射平面3上放置相机标定板，所述微控制器模块6输出开机信号，所述工业相机4开机并自动设置曝光时间和分辨率，所述微控制器模块6输出拍照信号，所述工业相机4进行拍摄。所述工业相机4将原始图像传入所述图像处理模块5，所述图像处理模块5将处理结果传入所述微控制器模块6，根据相机标定板上的刻度计算得到比例系数K，即每像素对应的实际物理距离。

2)在待测微棱镜镜片放置在待测镜片固定架上之前，开启所述激光光源1，所述微控制器模块6输出拍照信号，所述工业相机4拍摄所述漫反射平面3上的图像，所述图像处理模块5对该图像进行处理。

所述图像处理模块5包括以下工作过程：对所述原始数字图像进行色域转换处理，从RGB转HSV色彩空间；对所述转换色彩空间后的图像进行高斯滤波去除所述图像的噪声干扰；利用直方图均衡化对所述待处理图像进行增强处理；对所述待处理图像选取合适的H通道、S通道、V通道的阈值将图像二值化；对所述二值化后的待处理图像进行形态学运算；寻找所述待处理图像中的最大连通域并利用质心法计算其中心坐标；将该坐标输入所述微控制器模块6保存；

3)待测微棱镜镜片放置在待测镜片固定架2上，并位于所述激光光源1下方，所述微控制器模块6输出拍照信号，所述工业相机4拍摄所述漫反射平面3上的图像，所述微控制器模块6利用上述图像处理模块5对该图像进行处理。

4)所述微控制器模块6用于对整个检测系统进行程序控制，通过编写程序实现检测系统对镜片棱镜度的智能测量。所述微控制器分别记录上述未放置待测微棱镜镜片时经图像处理模块5后输出的坐标S₀，放置待测微棱镜镜片时经图像处理模块5后输出的坐标S₁；所述坐标S₀、S₁与待测微棱镜镜片的棱镜度PD(Δ)的关系由公式(1)决定，

其中，T为待测微棱镜镜片与所述漫反射平面3的距离，|S_n+1-S_n|表示坐标S_n+1与S_n之间的欧氏距离，N表示待处理图像的个数。

所述步骤3)中，所述激光光源出射光线与待测镜片固定架及漫反射平面相垂直，将待测镜片安装在固定架上，确定待测镜片的中心正对所述激光光源的出射光线。

所述显示模块7用于显示检测到的数据和信息，包括棱镜度值和所述工业相机工作状态参数，所述显示模块7与所述微控制器模块6连接。所述微控制器模块6根据公式(1)计算得到PD值，所述显示模块7显示结果数据。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims

1.一种微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，其特征在于，所述棱镜度智能测量系统包括激光光源、待测镜片固定架、漫反射平面、工业相机和用于根据工业相机图像处理运算得到棱镜度数的棱镜度智能测量组件，所述待测镜片固定架用于安置待测微棱镜阵列镜片，待测的微棱镜阵列镜片位于所述激光光源的出射方向，待测的微棱镜阵列镜片与所述激光光源的出射方向垂直，所述工业相机与待测微棱镜阵列镜片在同侧且高度相同，所述漫反射平面在所述工业相机和待测微棱镜阵列镜片的正下方，所述激光光源发出的光束、微棱镜阵列镜片、漫反射平面和工业相机形成光路，所述工业相机的输出与所述棱镜度智能测量组件连接。

2.如权利要求1所述的微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，其特征在于，所述棱镜度智能测量组件包括图像处理模块、微控制器模块和显示模块，所述工业相机与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块与所述微控制器模块连接，所述微控制器模块与所述显示模块连接。

3.如权利要求2所述的微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，其特征在于，所述显示模块采用液晶显示屏，用于显示检测到的数据和信息，包括棱镜度值和所述工业相机的工作状态参数。

4.如权利要求2所述的微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，其特征在于，所述微控制器模块用于对整个测量系统进行程序控制，通过编写程序实现测量系统对镜片棱镜度的智能测量。

5.如权利要求2所述的微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统，其特征在于，在漫反射平面上放置相机标定板，所述相机标定板为带有刻度的直尺，测量比例系数K。

6.一种如权利要求1所述的微棱镜阵列镜片的棱镜度智能测量系统实现的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述图像处理模块包括以下工作过程：对所述原始数字图像进行色域转换处理，从RGB转HSV色彩空间；对所述转换色彩空间后的图像进行高斯滤波去除所述图像的噪声干扰；利用直方图均衡化对所述待处理图像进行增强处理；对所述待处理图像选取合适的H通道、S通道、V通道的阈值将图像二值化；对所述二值化后的待处理图像进行形态学运算；寻找所述待处理图像中的最大连通域并利用质心法计算其中心坐标；将该坐标输入所述微控制器保存。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述激光光源出射光线与待测镜片固定架及漫反射平面相垂直，将待测镜片安装在固定架上，确定待测镜片的中心正对所述激光光源出射光线。