【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种透镜焦距测量方法，尤其涉及一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法。
技术介绍
1、透镜作为光学器件的核心组成部分，在许多行业中，特别是在光学仪器制造、医疗成像、摄影和天文学等领域扮演着至关重要的角色，而透镜的焦距是衡量透镜光学特性的重要指标之一。焦距的精确度直接影响到透镜在成像、放大、聚焦等方面的性能。因此，开发一种高精度、稳定可靠的透镜焦距测量方法具有重要的科学研究和实际应用价值。
2、中国专利公开号cn216978325u公开了一种凸透镜焦距测量装置，包括：滑轨、支架、光源、反射板、凸透镜、光屏、激光测距传感器、电源、单片机、显示器。通过调节光屏和透镜之间的距离，使光源的光线汇聚在光屏上，然后利用安装在光屏上的激光测距仪测量光屏到透镜的距离，该距离即为待测透镜的焦距。该方法虽然操作快速且测量系统，但是透镜的球差会导致光束往往无法汇聚成一理想点，且汇聚的程度判断较为主观，容易带来误差，而且需要测量透镜到光屏距离。
3、中国专利公开号cn114061910a公开了一种一种凸凹透镜焦距测量的装置与方法，包括光学导轨、激光光源、短焦距凸透镜、待测透镜、连接体、毛玻璃以及像屏。通过移动毛玻璃，像屏散斑最大时毛玻璃前表面对应的位置分别是待测透镜的物和像的位置，然后测量该物距和像距，通过透镜成像公式计算出待测透镜焦距。该方法操作简单，测量设备需求少，但是散斑大小的判断较为主观，同时需要通过光学导轨上的刻度获取物距和像距，存在一定误差，测量范围受导轨长度限制。
4、中国专利公开号cn112
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的是提出一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，在保证测量精度的情况下，所需的光路结构简单，测量误差小，且无需测量元器件之间的距离，能测量凸透镜和凹透镜的焦距，还能减少透镜球差对测量精度的影响。
2、技术方案：本专利技术包括以下步骤：
3、s1、搭建涡旋光与球面波干涉的测量系统；
4、s2、采集涡旋光与球面波干涉的干涉图i1(x,y)、用于中心定位的干涉图像i2(x,y)、平行光光斑图i3(x,y)和汇聚光光斑图i4(x,y)；
5、s3、获取干涉图像i2(x,y)有效图像的中心坐标(x0,y0)，根据该中心坐标截取干涉图i1(x,y)中的有效图像区域ir(x,y)；
6、s4、获取ir(x,y)的最大光强点分布图i5(x,y)，将i5(x,y)转化到极坐标系下，得到极坐标系下的最大光强点分布图i6(θ,r)，对i6(θ,r)进行周期性恢复得到im(θ,r)，并对im(θ,r)中的点进行拟合，得到拟合结果a；
7、s5、对采集的平行光光斑图i3(x,y)和汇聚光光斑图i4(x,y)进行二值化操作，得到二值化后的图像i3'和i'4，并计算其光斑尺寸大小之比β；
8、s6、由拟合结果a和光斑尺寸大小之比β计算待测透镜焦距f＝βa。
9、所述s2中的采集步骤包括：
10、s21：放入待测透镜后，调整涡旋波片，移动涡旋光中心暗斑到球面波干涉环中心的距离，旋转线偏振片，使干涉条纹对比度提高，采集此时的涡旋光与球面波的干涉图i1(x,y)；
11、s22：调整涡旋波片，将涡旋光中心移开，产生球面波和平面波干涉时出现的干涉图像，采集该干涉图像i2(x,y)；
12、s23：遮挡待测透镜这一路的光线，采集此时的图像为平行光光斑图i3(x,y)，遮挡涡旋光一路的光路，获得汇聚光光斑图i4(x,y)。
13、所述中心坐标(x0,y0)利用圆心定位算法获取。
14、所述圆心定位算法具体为：对干涉图像i2(x,y)进行高斯滤波处理得到滤波后的牛顿环干涉图像i'2(x,y)，对i'2进行处理，得到有效图像的中心坐标(x0,y0)。
15、所述对i'2进行处理时采用hough变换算法，具体包括：
16、1)提取圆环(x-a)2+(y-b)2＝r2，其中(a,b)为有效图像的中心坐标(x0,y0)，r为提取圆环的半径，(x,y)为xoy坐标系下提取圆环上任意一点的坐标；
17、2)提取圆环上所有的点(xi,yi)(i＝1,2,3,…,n)，其任意一点经hough变换到参数空间坐标系后变成圆锥面，参数空间下的圆锥面表达式为：
18、(a-xi)2+(b-yi)2＝r2
19、其中，(xi,yi)为xoy坐标系中所提取的圆环上第i个点的坐标，a、b、r为参数空间坐标系中满足圆锥表达式的变量；通过寻找参数空间上的累积最大值，得到坐标(a,b,r)，其中(a,b)为有效图像的中心坐标(x0,y0)，r为提取圆环的半径。
20、所述最大光强点分布图i5(x,y)通过对干涉图有效区域ir(x,y)进行滤波和极值搜索算法获取。
21、所述im(θ,r)的获取方法为：在极坐标系下，按极径r从小到大排列i6(θ,r)中全部最大光强点，得到i'6(θ,r)，在i'6中遍历所有的最大光强点，若前一个点(θi,ri)的θi大于后一个点(θi+1,ri+1)的θi+1，则将后一个点(θi+1,ri+1)变为(θi+1+2nπ,ri+1)存储在新的矩阵im(θ,r)的对应位置，其中的n为大小颠倒出现的次数，最终im(θ,r)存储的便是θ范围拓展之后的最大光强点数据。
22、所述s4中的拟合方法为：在极坐标系下对im(θ,r)中的数据点按如下公式进行拟合：
23、
24、式中，k为波矢2π/λ，f即为待测透镜焦距，l为待测透镜到ccd成像平面的距离，c为常数项，最终得到拟合结果f-l,令其为a，即a＝f-l。
25、所述s4中的周期性恢复为2π周期性恢复。
26、所述光斑尺寸大小之比β的具体计算方法为：
27、对平行光光斑图i3(x,y)和汇聚光光斑图i4(x,y)进行图像二值化处理，得到两幅光斑二值化后的图像i3'和i'4，再遍历图像矩阵中的每一行，统计每行的灰度值总和，通过每行灰度值总和曲线得到两幅光斑图中光斑的直径对应的像素数目，假设平行光光斑的直径对应像素数目为d2，汇聚光光斑直径对应像素为d1，计算得到光斑比例大小β＝d2/d1。
28、有益效果：本专利技术的测量方法所需的光路结构简单，测量流程易于操作，测量误差小，且无需测量元器件之间的距离，能同时测量凸透镜和凹透本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述S2中的采集步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述中心坐标(x0,y0)利用圆心定位算法获取。
4.根据权利要求3所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述圆心定位算法具体为：对干涉图像I2(x,y)进行高斯滤波处理得到滤波后的牛顿环干涉图像I′2(x,y)，对I′2进行处理，得到有效图像的中心坐标(x0,y0)。
5.根据权利要求4所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述对I′2进行处理时采用Hough变换算法，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述最大光强点分布图I5(x,y)通过对干涉图有效区域IR(x,y)进行滤波和极值搜索算法获取。
7.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述Im
8.根据权利要求7所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述S4中的拟合方法为：在极坐标系下对Im(θ,r)中的数据点按如下公式进行拟合：
9.根据权利要求8所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述S4中的周期性恢复为2π周期性恢复。
10.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述光斑尺寸大小之比β的具体计算方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述s2中的采集步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述中心坐标(x0,y0)利用圆心定位算法获取。
4.根据权利要求3所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述圆心定位算法具体为：对干涉图像i2(x,y)进行高斯滤波处理得到滤波后的牛顿环干涉图像i′2(x,y)，对i′2进行处理，得到有效图像的中心坐标(x0,y0)。
5.根据权利要求4所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述对i′2进行处理时采用hough变换算法，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的透镜焦距测量方法，其特征在于，所述最大光强点分布图i5(x,y)通过对干涉图有效区域ir(x,y)进行滤波和极值搜索算法获取。
7.根据...
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