1.1 應用范圍

有不(bu)同種(zhong)類的(de)應用(yong)需要考慮角(jiao)度響應。這(zhe)些應用(yong)大多使用(yong)(非常)發散(san)的(de)光束。在這(zhe)種(zhong)情況(kuang)下，我們在一幅圖像中有連續的(de)入(ru)射角(jiao)范圍(wei)。照相機的(de)靈敏度取決于激光束的(de)入(ru)射角(jiao)，這(zhe)是由(you)過濾器和傳感器造成的(de)。

1.2 角度線性原因

1.3過濾器

這(zhe)里，我們將(jiang)只考慮吸收濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)。如(ru)(ru)果(guo)光(guang)(guang)(guang)(guang)束沒有(you)垂直入射到濾(lv)(lv)(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)上(shang)，則通過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的(de)路徑(jing)較(jiao)長。較(jiao)長的(de)路徑(jing)導致較(jiao)強的(de)吸收，因(yin)此相(xiang)機(濾(lv)(lv)(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)和傳感器(qi)(qi)(qi))的(de)響(xiang)應較(jiao)低。與過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)相(xiang)關的(de)效果(guo)是各(ge)向同性的(de)。但是，如(ru)(ru)果(guo)濾(lv)(lv)(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)相(xiang)對(dui)于傳感器(qi)(qi)(qi)傾(qing)斜(取決(jue)于相(xiang)機型號)，則會在濾(lv)(lv)(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)傾(qing)斜的(de)方向上(shang)產生各(ge)向異性。

入(ru)射(she)角(jiao)αin的線性(xing)透射(she)可(ke)以(yi)用數學(xue)方(fang)法描述(shu)，如果透射(she)指(zhi)數為(wei)垂直光(guang)束T0和折射(she)率n已知。

因為對吸收性濾光片來說，T0與(yu)波長有很大的線(xian)性關系，與(yu)入射角(jiao)度有關的相(xiang)對透射率Trel也(ye)與(yu)波長密切相(xiang)關。

1.4 傳感器

角度響應取決(jue)于傳(chuan)感(gan)器技術(shu)、傳(chuan)感(gan)器類型、波長和微透鏡。通常它不是各(ge)向同性的。

圖1:KAI-16070對單色光(未知波長(chang))的角度(du)線性靈敏度(du)。參考(kao):KAI-16070的    數據表

圖(tu)2 CMX4000白光的角度線性(xing)靈敏度

如這些示(shi)例所(suo)示(shi)，對于不(bu)同(tong)(tong)類型的(de)傳感器(qi)(qi)(qi)，角度(du)響應(ying)可能(neng)*不(bu)同(tong)(tong)。因為(wei)這種效應(ying)還 取決于波(bo)長(chang)和(he)單個(ge)(ge)傳感器(qi)(qi)(qi)(每個(ge)(ge)傳感器(qi)(qi)(qi)表現(xian)出稍微不(bu)同(tong)(tong)的(de)行為(wei))，取決于波(bo)長(chang)的(de)校準是必要(yao)的(de)。兩個(ge)(ge)傳感器(qi)(qi)(qi)都顯示(shi)出各(ge)向(xiang)異性。為(wei)了考慮校準中的(de)各(ge)向(xiang)異性，需要(yao)比僅在x和(he)y方(fang)向(xiang)上更復雜的(de)測量。

2 涂層

通過一種特殊(shu)的涂層，我們可以消除(主要是(shi)抑(yi)制)傳感器本身的角度(du)(du)產生(sheng)(sheng)。剩余的影響角度(du)(du)的靈敏(min)度(du)(du)是(shi)由濾(lv)波器引起的。這產生(sheng)(sheng)了(le)以下

主要優點:

1）剩余的(de)角度響應是(shi)各(ge)向同性的(de)，這(zhe)意味著它(ta)不再取(qu)決于入射角的(de)方位角。

2）剩下(xia)的角度響(xiang)應的校(xiao)正系數更(geng)小，因此(ci)更(geng)不(bu)容易出錯。

下面的圖表(biao)顯示了CinCam cmos Nano 1.001在940nm下的兩個(ge)角度(du)響(xiang)應測(ce)量值，前面有(you)CMV4000傳感(gan)器和OD8吸收濾光(guang)片(pian)。

第(di)一張圖表中(zhong)的攝像機(ji)采(cai)用默認設(she)置，沒(mei)有特(te)殊涂層。

圖3:CMV 4000傳感器在(zai)x(藍(lan)色(se))和y(橙色(se))方向的角度響應，前面有OD8吸收濾光(guang)片，在(zai)940nm處測量(liang)。上半(ban)部分(fen)顯示(shi)相(xiang)對角度響應，下半(ban)部分(fen)顯示(shi)測量(liang)點和最佳擬合曲線(xian)之間的相(xiang)對偏差(cha)。

第二張圖中的相機是用特殊(shu)涂層制作的。

圖4:CMV 4000傳感器(qi)在(zai)x(藍色(se))和(he)y(橙色(se))方向(xiang)的角度響應，該傳感器(qi)具有特殊(shu)涂層，前面(mian)有OD8吸收濾光(guang)片，在(zai)940納(na)米處測量。上半部分顯示(shi)相對角度響應，下半部分顯示(shi)測量點和(he)最佳擬合曲(qu)線之間的相對偏(pian)差。

這里，角(jiao)(jiao)度(du)響應(ying)是各向同性(xing)的(de)(de)、平滑的(de)(de)，對于大角(jiao)(jiao)度(du)，下(xia)降效應(ying)不太明顯(xian)。CinCam CMOS Nano Plus-X針(zhen)對傳感器和(he)外(wai)殼正面(mian)之間的(de)(de)極短距離進行了(le)優化。這使(shi)得(de)入射(she)角(jiao)(jiao)度(du)高(gao)達(da)65°時(shi)的(de)(de)角(jiao)(jiao)度(du)響應(ying)測量成為(wei)可能。

3 角度響應的擬合函數

擬合函數(shu)是(shi)Zernike2多項式，其中入(ru)射(she)角(jiao)的正(zheng)弦用(yong)于半徑。這(zhe)些多項式為(wei)入(ru)射(she)角(jiao)的任意方向提供了x和y方向的簡(jian)單(dan)插值。用(yong)這(zhe)種方法(fa)，我(wo)們可以(yi)用(yong)少量(liang)的系數(shu)描述高(gao)達±60度的測量(liang)結果。

4 均勻性

由于生產(chan)原因，涂(tu)層并不在任何地(di)方都具有*相同的厚度。這(zhe)導致照相機靈敏度的不均(jun)勻(yun)(yun)性增加(jia)。這(zhe)個缺點通過進一步的均(jun)勻(yun)(yun)性校準(zhun)來(lai)補(bu)償。

圖5:940納(na)米無涂層傳感器(紫色(se))和均勻(yun)性校準后(hou)(綠色(se))的相對靈(ling)敏度。

5 精度

整體精度取決(jue)于以(yi)下(xia)幾(ji)點(dian):

1）擬合精度。

2）角度響應的各向同性。

3）垂直光束位置(x，y)的精度。

4）頂(ding)點到傳感(gan)器的光學(xue)距離的精度(du)(z)。

5）最大角度下(xia)的(de)角度響應(ying)下(xia)降(jiang)。

通(tong)過特殊的(de)(de)涂層，我們(men)可(ke)以提高擬合精(jing)度(du)和角響應的(de)(de)各向同(tong)性。此外，大角度(du)靈敏度(du)的(de)(de)相對(dui)下降要弱得多。

6 RayCi中的校(xiao)正要求

為了根據(ju)角度響(xiang)應校正圖(tu)像數據(ju)，必須滿足以下要求：

1）角度響(xiang)應校準數據必須(xu)可用于每個(ge)波長。該數據由最(zui)佳(jia)擬合(he)的Zernike多項式系數組成。

2）為了(le)生(sheng)成從每個像素(su)到相應(ying)入射角的映射，必須知道光束(shu)垂(chui)直的x和y傳(chuan)感器位置。

3）需要傳感器和激光(guang)焦點位(wei)置之(zhi)間(jian)的(de)光(guang)學距離。

4）CINOGY Technologies提供(gong)外殼和傳感器(qi)之間的(de)光(guang)學距離作(zuo)為額外的(de)校準數據(ju)。

5）外殼(ke)和焦點之間的距(ju)離(li)必(bi)須(xu)由用戶提(ti)供(gong)。

6）軟件版(ban)本必須(xu)是RayCi 2.5.7或更高版(ban)本。

昊(hao)量(liang)(liang)光(guang)(guang)(guang)電提供(gong)的德國Cinogy公司生產(chan)的大(da)口(kou)徑光(guang)(guang)(guang)束(shu)分(fen)析儀，相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)采(cai)用(yong)CMOS傳(chuan)感器，其中(zhong)大(da)口(kou)徑的CMOS相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)可(ke)達30mm，像(xiang)素(su)達到驚人(ren)的19Mpixel。是(shi)各種大(da)光(guang)(guang)(guang)斑(ban)(ban)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器、線形激(ji)光(guang)(guang)(guang)器光(guang)(guang)(guang)束(shu)、發散角較大(da)的遠場(chang)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)量(liang)(liang)的工具。此外CinCam大(da)口(kou)徑光(guang)(guang)(guang)束(shu)分(fen)析儀通用(yong)的C/F-Mount 接口(kou)設(she)計，使外加(jia)衰(shuai)減片(pian)、擴束(shu)鏡(jing)、紫(zi)外轉(zhuan)(zhuan)換裝置、紅外轉(zhuan)(zhuan)換裝置更(geng)為方便。超過24mm通光(guang)(guang)(guang)孔(kong)徑的大(da)口(kou)徑光(guang)(guang)(guang)束(shu)分(fen)析儀CinCam CMOS-3501和CinCam CMOS-3502更(geng)是(shi)標配功(gong)能(neng)齊全的RayCi-Standard/Pro分(fen)析軟(ruan)件，該軟(ruan)件可(ke)用(yong)于(yu)光(guang)(guang)(guang)束(shu)實時監測(ce) 、測(ce)量(liang)(liang)激(ji)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)斑(ban)(ban)尺寸 、質心位(wei)置、橢圓度、相(xiang)(xiang)(xiang)對功(gong)率測(ce)量(liang)(liang)（歸一化數(shu)據）、二(er)維(wei)(wei)/三維(wei)(wei)能(neng)量(liang)(liang)分(fen)布（光(guang)(guang)(guang)強分(fen)布） 、光(guang)(guang)(guang)束(shu)指向穩(wen)定(ding)性（質心抖(dou)動） 、功(gong)率穩(wen)定(ding)性 （繪制功(gong)率波動曲線）、發散角測(ce)量(liang)(liang)等(deng) ，支持測(ce)量(liang)(liang)數(shu)據導出(chu) ，測(ce)試(shi)報(bao)告(gao)PDF格式文檔導出(chu)等(deng)。

主要特點：

 1、芯片尺寸大，可(ke)達36mm

 2、精度高(gao)，單像元(yuan)尺寸(cun)可(ke)達4.6um

 3、支持(chi)C/C++, C#, Labview, Java語言(yan)等(deng)多種語言(yan)二次(ci)開發

主要技術指標：

RT option: 

CMOS/ccd-xxx-RT：響應波長(chang)范(fan)圍：320~1150nm

UV option:

CMOS/CCD-xxx-UV：響應波長(chang)范圍：150nm~1150nm

CMOS/CCD-xxx-OM：響應波長范圍(wei)：240nm~1150nm

IR option:

CMOS-xxx-IR：響(xiang)應波長范圍：400~1150nm + 1470nm~1605nm

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