CN1420347A

CN1420347A - 扫描头光学解析能力测试方法

Info

Publication number: CN1420347A
Application number: CN 02138496
Authority: CN
Inventors: 余陆青
Original assignee: LIJIE COMPUTER CO Ltd (CHINA)
Current assignee: LIJIE COMPUTER CO Ltd (CHINA); Transpacific IP Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2003-05-28

Abstract

一种扫描头光学解析能力测试方法，设计一组能够衡量X方向和Y方向黑白解晰能力的光学测试图案，将这种测试板置于扫描头光路的物距位置上，通过软件从电荷耦合器分别采集对应横向和纵向黑白解晰能力的一系列相关数据，然后通过数学模型分别计算X方向中红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)三项解晰度值和Y方向中红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)三项解晰度值，最后通过这六项指标与已有规格(Spec)进行比较，来判断该光学系统对黑白的解晰能力。其中数学模型的光学含义是按每个方向每种颜色波分别求出：线条区域白黑色差与白黑区域线性转换后的参考白黑色差的比值。本发明测试精确，抗干扰能力强，测试结果确保还原生成影象的真实性和有效性，是一种先进、科学、实用的光学解晰能力测试方法。

Description

扫描头光学解析能力测试方法

技术领域

本发明涉及扫描仪中有关扫描头的光学测试技术，特别涉及扫描头黑白光学解晰能力MTF(Modulation Transfer Function)的一种测试方法。

背景技术

扫描头黑白光学解晰能力MTF(Modulation Transfer Function)是衡量扫描仪光学性能的重要指标之一。在生产扫描仪过程中，检测和调整镜头(Lens)相对电荷耦合器(CCD/B)的MTF(光学解晰度)值，并使其达到最佳状态是每个扫描仪生产厂商所追求的目标，其中扫描头光学测试技术是扫描头光学机构调整的基础，如何精确、有效的测量光学系统的性能历来是扫描头制造过程中的一个难点。目前现有技术中，关于扫描头对黑白解晰能力的测试技术有许多种。这些测试方法的基本思路是：在扫描头光路的物距位置上放置一个印有黑白几何图案的光学测试板，通过软件方式采集测试板上黑白几何图案在电荷耦合器上所对应的相关信号值，并通过相应的数学模型计算出与光学解析能力相关的指标，通过这种指标来衡量该光学系统的解析能力。但现有测试方法所存在的问题是：1、测试的精确不够，离散性较大，抗外来干扰的能力弱，因此测试结果不能真实、有效的反映产品的光学性能；2、有些测试技术操作十分复杂。

本发明的目的是采用特定设计的测试图案(Pattern)，运用相应的计算方法来提高测试的有效性，排除外来干扰，使扫描头黑白光学解晰能力测试更加精确可靠，为扫描头光学机构调整提供准确依据。

发明内容

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种扫描头光学解析能力测试方法，在扫描头光路的物距位置上放置一个印有黑白几何图案的光学测试板，通过软件方式采集测试板上黑白几何图案在电荷耦合器上所对应的相关信号值，并通过相应的数学模型计算出与光学解析能力相关的指标，通过这种指标来衡量该光学系统的解析能力。其测试板图案设计以及数学模型如下：

所述光学测试板以标准白色底为背景，其上印有标准黑色的几何图形和线条图案，几何图形由两个标准黑区域组成，并分别布置在两端位置上；线条图案由一组表示X方向的纵向平行X线和一组表示Y方向的横向平行Y线构成，并左右布置在中间位置上；各几何图形和线条图案沿扫描线长度方向相隔布置，以此构成左黑、左白、X线、中白、Y线、右白、右黑各图形或图案区域；

所述光学解析能力的测试和计算分X方向和Y方向进行，每个方向对应红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)又分为三项分别计算，其数学模型为：

X-MTF_c＝(a_(x，c)-b_(x，c))/(A_(x，c)-B_(x，c))

Y-MTF_c＝(a_(y，c)-b_(y，c))/(A_(y，c)-B_(y，c))

式中：

X-MTF_c、Y-MTF_c分别表示X和Y方向上在某色波方面的解析能力值，其中下标x、y分别表示X方向和Y方向，下标c表示红、绿、蓝三色中一种；

a_(x，c)、a_(y，c)分别表示X方向和Y方向的X、Y线条区域中参考白在某色种方面的最大值；

b_(x，c)、b_(y，c)分别表示X方向和Y方向的X、Y线条区域中参考黑在某色种方面的最小值；

A_(x，c)、A_(y，c)分别表示参考白色线性转换到X方向和Y方向后在某色种方面的值；

B_(x，c)、B_(y，c)分别表示参考黑色线性转换到X方向和Y方向后在某色种方面的值；

A_(x，c)＝(V1-V2)×D1/D2+V2

A_(Y，c)＝(V1-V3)×D3/D4+V3

B_(x，c)＝(V5-V4)×D5/D6+V4

B_(Y，c)＝(V4-V5)×D7/D6+V5

式中：

V1、V2、V3、V4、V5分别表示中白、左白、右白、左黑、右黑区域在某色种方面的平均值；

D1表示左白中点到X线中点的距离；

D2表示左白中点到中白中点的距离；

D3表示右白中点到Y线中点的距离；

D4表示右白中点到中白中点的距离；

D5表示左黑中点到X线中点的距离；

D6表示左黑中点到右黑中点的距离；

D7表示右黑中点到Y线中点的距离。

上述技术方案的有关内容和变化解释如下：

1、上述方案中，所述“标准黑”和“标准白”分别是一种黑色和白色作为颜色标本，在白区所获的图像信号对应标准白，黑区的图像信号对应标准黑，以此作为标准黑、白颜色的基准。所述“几何图形”是指在一种几何形状内填充标准黑色，比如长方形、三角形、圆形、梯形、正方形以及相互之间的组合等。所述“线条图案”是指由标准黑色平行线组成的几何图案。

2、上述方案中，对于测试板来说最终目标是要沿扫描线长度方向建立从左往右排列的图形图案区域，该区域的排列规则包含：

(1)左黑、左白、X线、中白、Y线、右白、右黑；

(2)左黑、左白、Y线、中白、X线、右白、右黑。

3、上述方案中，所述X线是由一组纵向平行线构成，该纵向平行线要求相互平行而且等间距分布，但不一定要求纵向垂直，可以允许有一定夹角，它是衡量光学系统在横向(X方向)解晰能力的基准。所述Y线是由一组横向平行线构成，该横向平行线要求相互平行而且等间距分布，但要求横向水平成一定夹角，夹角一般在8度左右，因为只有这样扫描线与Y线才能相交，从而抓出黑白相间的图案。Y线是衡量光学系统在纵向(Y方向)解晰能力的基准。

4、关于X线、Y线的间距、平行度要求以及粗细的规定，可以根据解析精度要求来确定。一般讲，解析精度要求越高其线的间距越小、平行度要求越高、线宽也越小。

5、上述方案中，每个方向对应红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)是指电荷耦合器获得的信号可以分解出红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)三种色。

6、上述方案中，每个方向对应每种颜色的MTF理论值为1，而实际测试中均小于1，而判断MTF值是否合格的标准可以根据精度要求不同人为规定，一般情况下MTF值能够达到0.6就比较好了。

本发明工作原理是：设计一组能够较好衡量X方向和Y方向黑白解晰能力的光学测试图案，将这种测试板置于扫描头光路的物距位置上，通过软件从电荷耦合器分别采集对应横向和纵向黑白解晰能力的一系列相关数据，然后通过数学模型分别计算X方向中红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)三项解晰度值和Y方向中红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)三项解晰度值，最后通过这六项指标与已有规格(Spec)进行比较，来判断该光学系统对黑白的解晰能力。其中数学模型的光学含义是按每个方向每种颜色波分别求出：线条区域白黑色差与白黑区域线性转换后的参考白黑色差的比值。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明方法从X方向和Y方向分别对应的红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)三种色波出发对扫描仪光学系统黑白解晰能力进行测试，其测试方法精确，测试结果能真实的反映产品性能，确保还原生成影象的真实性。

2、本发明方法极大的避免了外来因素的干扰，比如测试板中黑、白色区域制作的均匀性问题，提高了测试的有效性。

3、本发明方法可以利用计算机和相应软件实行快速测试和判断，尤其适合于扫描头黑白解晰能力的自动化快速测试以及对光学机构的调整。

4、本发明方法构思新颖，数学模型科学合理，实用性强，是一种先进的扫描头光学解晰能力测试方法。

5、本发明方法运用线性转换原理，这样能够有效避开灯管(Lamp)亮度不均匀性对测试MTF的影响。

附图说明

附图1为本发明实施例光学测试板平面图。

以上附图中：1、测试板；2、左黑；3、左白；4、X线；5、中白；6、Y线；7、右白；8、右黑。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图1所示，一种扫描头光学解析能力测试方法，将扫描头相对一个光学测试板1进行定位，使一个印有黑白几何图案的光学测试板1处于扫描头光路的物距位置上，通过软件方式从电荷耦合器(CCD)上采集测试板1上黑白几何图案所对应的相关信号值，并通过相应的数学模型计算出与光学解析能力相关的指标，通过这种指标与已有的规格(Spec)进行比较来衡量该光学系统的解析能力。

本方案所述测试板图案设计以及计算公式如下：

一、测试板图案设计

光学测试板1以标准白色底为背景，其上采用标准黑色印刷两种类型图案，其中一种是几何图形，另一种是线条图案。几何图形为两块长方形标准黑色区域，这两块长方形标准黑色区域分别布置在测试板1两端位置上。线条图案由一组表示X方向的纵向平行X线和一组表示Y方向的横向平行Y线构成，这两种线条图案在两块标准黑色区域的中间位置上左右布置。上述两块几何图形和两块线条图案沿扫描线长度方向相隔布置，这样在测试板1的扫描区域内沿扫描线长度方向从左到右形成左黑2、左白3、X线4、中白5、Y线6、右白7、右黑8图形和线条区域。为了计算方便将各黑白区域在扫描线长度方向的投影距离制作成相等，X线4和Y线6整体允许有一定的斜度，但是每块线条区域中要求线条相互平行且宽度相等。

二、计算方法和计算公式

所述光学解析能力的测试和计算分X方向和Y方向进行，每个方向对应红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)又分为三项分别计算，其计算公式为：

1、X方向对应红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)的三项MTF值分别为：

X-MTF_r＝(a_(x，r)-b_(x，r))/(A_(x，r)-B_(x，r))

X-MTF_g＝(a_(x，g)-b_(x，g))/(A_(x，g)-B_(x，g))

X-MTF_b＝(a_(x，b)-b_(x，b))/(A_(x，b)-B_(x，b))

式中：

a_(x，r)、a_(x，g)、a_(x，b)分别表示X方向的X线条区域4中参考白在红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)方面的最大值；

b_(x，r)、b_(x，g)、b_(x，b)分别表示X方向的X线条区域4中参考黑在红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)方面的最小值；

(A_(x，r)-B_(x，r))＝{[(V1_r-V2_r)×D1/D2+V2_r]-[(V5_r-V4_r)×D5/D6+V4_r]}

其中：V1_r、V2_r、V4_r、V5_r分别表示中白、左白、左黑、右黑区域在红波(Red)方面的平均值；

D1表示左白中点到X线中点的距离；

D2表示左白中点到中白中点的距离；

D5表示左黑中点到X线中点的距离；

D6表示左黑中点到右黑中点的距离。

(A_(x，g)-B_(x，g))＝{[(V1_g-V2_g)×D1/D2+V2_g]-[(V5_g-V4_g)×D5/D6+V4_g]}

其中：V1_g、V2_g、V4_g、V5_g分别表示中白、左白、左黑、右黑区域在绿波(Green)方面的平均值。

(A_(x，b)-B_(x，b))＝{[(V1_b-V2_b)×D1/D2+V2_b]-[(V5_b-V4_b)×D5/D6+V4_b]}

其中：V1_b、V2_b、V4_b、V5_b分别表示中白、左白、左黑、右黑区域在蓝波(Blue)方面的平均值。

2、Y方向对应红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)的三项MTF值分别为：

Y-MTF_r＝(a_(y，r)-b_(y，r))/(A_(y，r)-B_(y，r))

Y-MTF_g＝(a_(y，g)-b_(y，g))/(A_(y，g)-B_(y，g))

Y-MTF_b＝(a_(y，b)-b_(y，b))/(A_(y，b)-B_(y，b))

式中：

a_(y，r)、a_(y，g)、a_(y，b)分别表示Y方向的Y线条区域6中参考白在红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)方面的最大值；

b_(y，r)、b_(y，g)、b_(y，b)分别表示Y方向的Y线条区域6中参考黑在红波(Red)、绿波(Green)和蓝波(Blue)方面的最小值；

(A_(y，r)-B_(y，r))＝{[(V1_r-V3_r)×D3/D4+V3_r]-[(V4_r-V5_r)×D7/D6+V5_r]}

其中：V1_r、V3_r、V4_r、V5_r分别表示中白、右白、左黑、右黑区域在红波(Red)方面的平均值；

D3表示右白中点到Y线中点的距离；

D4表示右白中点到中白中点的距离；

D6表示左黑中点到右黑中点的距离；

D7表示右黑中点到Y线中点的距离。

(A_(y，g)-B_(y，g))＝{[(V1_g-V3_g)×D3/D4+V3_g]-[(V4_g-V5_g)×D7/D6+V5_g]}

其中：V1_g、V3_g、V4_g、V5_g分别表示中白、右白、左黑、右黑区域在绿波(Green)方面的平均值。

(A_(y，b)-B_(y，b))＝{[(V1_b-V3_b)×D3/D4+V3_b]-[(V4_b-V5_b)×D7/D6+V5_b]}

其中：V1_b、V3_b、V4_b、V5_b分别表示中白、右白、左黑、右黑区域在蓝波(Blue)方面的平均值。

Claims

1、一种扫描头光学解析能力测试方法，在扫描头光路的物距位置上放置一个印有黑白几何图案的光学测试板，通过软件方式采集测试板上黑白几何图案在电荷耦合器上所对应的相关信号值，并通过相应的数学模型计算出与光学解析能力相关的指标，通过这种指标来衡量该光学系统的解析能力，其特征在于：

X-MTF_c＝(a_(x，c)-b_(x，c))/(A_(x，c)-B_(x，c))

Y-MTF_c＝(a_(y，c)-b_(y，c))/(A_(y，c)-B_(y，c))

式中：

A_(x，c)＝(V1-V2)×D1/D2+V2

A_(Y，c)＝(V1-V3)×D3/D4+V3

B_(x，c)＝(V5-V4)×D5/D6+V4

B_(Y，c)＝(V4-V5)×D7/D6+V5

式中：

D1表示左白中点到X线中点的距离；

D2表示左白中点到中白中点的距离；

D3表示右白中点到Y线中点的距离；

D4表示右白中点到中白中点的距离；

D5表示左黑中点到X线中点的距离；

D6表示左黑中点到右黑中点的距离；

D7表示右黑中点到Y线中点的距离。