[發(fā)明專利]一種用于光學(xué)成像相機(jī)整機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410476257.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN104198162B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余國彬;劉恩海;趙汝進(jìn);鐘杰;周向東;王進(jìn);周武林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 楊學(xué)明,顧煒

1.一種用于光學(xué)成像相機(jī)整機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的測(cè)試裝置，其特征在于，該測(cè)試裝置包括二維運(yùn)動(dòng)臺(tái)(11)、目標(biāo)模擬部件(12)、三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)和計(jì)算機(jī)部件(15)；其中，

二維運(yùn)動(dòng)臺(tái)(11)，具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的功能，用于支撐目標(biāo)模擬部件(12)，且二維運(yùn)動(dòng)臺(tái)(11)的旋轉(zhuǎn)軸和目標(biāo)模擬部件的光軸中心同軸，二維運(yùn)動(dòng)臺(tái)(11)的直線運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟繕?biāo)模擬部件的光軸方向；

目標(biāo)模擬部件(12)，為整機(jī)傳遞函數(shù)測(cè)試提供目標(biāo)源，該目標(biāo)模擬部件(12)包括均勻照明組件(121)、傳函測(cè)試板(122)和成像組件(123)；其中，

均勻照明組件(121)，為整機(jī)傳遞函數(shù)測(cè)試提供均勻照明和光譜譜段；

傳函測(cè)試板(122)，為整機(jī)傳遞函數(shù)測(cè)試提供與待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)匹配的線條圖案，線條圖案為占空比為1:1的明暗相間的多對(duì)矩形線條；

成像組件(123)，為整機(jī)傳遞函數(shù)測(cè)試提供與待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)匹配的工作距離；

三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)，用于支撐待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)，且三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)的旋轉(zhuǎn)軸和待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的光軸同軸；

計(jì)算機(jī)部件(15)，用于控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)、采集待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的成像并對(duì)圖像進(jìn)行處理、計(jì)算，該計(jì)算機(jī)部件(15)包括圖像采集模塊(151)、圖像處理模塊(152)、傳函計(jì)算模塊(153)和三維轉(zhuǎn)臺(tái)控制模塊(154)；其中，

圖像采集模塊(151)，用于采集待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的成像；

圖像處理模塊(152)，用于將采集圖像進(jìn)行處理，得到整機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)計(jì)算所需要的圖像；

傳函計(jì)算模塊(153)，用于計(jì)算整機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)值；

三維轉(zhuǎn)臺(tái)控制模塊(154)，用于控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。

2.一種用于光學(xué)成像相機(jī)整機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的測(cè)試方法，其特征在于，該測(cè)試方法包括以下步驟：

步驟1，保證相機(jī)工作距離：調(diào)整二維運(yùn)動(dòng)臺(tái)(11)的直線運(yùn)動(dòng)，保證目標(biāo)模擬部件(12)到待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的距離為待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的工作距離；

步驟2，保證像元方向和測(cè)試板線條方向一致：根據(jù)計(jì)算機(jī)組件采集到的圖像灰度計(jì)算統(tǒng)計(jì)情況，通過調(diào)整二維運(yùn)動(dòng)臺(tái)(11)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，讓目標(biāo)模擬部件(12)的傳函測(cè)試板(122)的線條圖像方向與待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的CCD或CMOS的像元方向一致，保證每一行或列的平均灰度值一致；

步驟3，中心視場傳遞函數(shù)測(cè)試：待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的中心視場傳遞函數(shù)測(cè)試包括以下步驟：

步驟31，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)以待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)像元分辨率的1/n的角度進(jìn)行調(diào)整，每調(diào)整一次，圖像采集模塊(151)采集m幅圖像，三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(15)共調(diào)整n次，圖像采集模塊共采集n次，在中心視場第一方向采集的圖像為：

第一次采集圖像為：T_中111、T_中112、T_中113……T_中11m；

第二次采集圖像為：T_中121、T_中122、T_中123……T_中12m；

第三次采集圖像為：T_中131、T_中132、T_中133……T_中13m；

第n次采集圖像為：T_中1n1、T_中1n2、T_中1n3……T_中1nm；

步驟32，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)旋轉(zhuǎn)90°，讓待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的另一個(gè)像元方向與傳函測(cè)試板(122)的線條方向一致；

步驟33，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)以待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)像元分辨率的1/n的角度進(jìn)行調(diào)整，每調(diào)整一次，圖像采集模塊(151)采集m幅圖像，三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(15)共調(diào)整n次，圖像采集模塊共采集n次,在中心視場第二方向采集的圖像為：

第一次采集圖像為：T_中211、T_中212、T_中213……T_中21m；

第二次采集圖像為：T_中221、T_中222、T_中223……T_中22m；

第三次采集圖像為：T_中231、T_中232、T_中233……T_中23m；

第n次采集圖像為：T_中2n1、T_中2n2、T_中2n3……T_中2nm；

步驟4，邊緣視場傳遞函數(shù)測(cè)試：待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的邊緣視場傳遞函數(shù)測(cè)試包括以下步驟：

步驟41，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)讓傳函測(cè)試板(122)的線條圖像在待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的邊緣視場成像，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)以待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)像元分辨率的1/n的角度進(jìn)行調(diào)整，每調(diào)整一次，圖像采集模塊(151)采集m幅圖像，三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(15)共調(diào)整n次，圖像采集模塊共采集n次，在邊緣視場第一方向采集的圖像為：

第一次采集圖像為：T_邊111、T_邊112、T_邊113……T_邊11m；

第二次采集圖像為：T_邊121、T_邊122、T_邊123……T_邊12m；

第三次采集圖像為：T_邊131、T_邊132、T_邊133……T_邊13m；

第n次采集圖像為：T_邊1n1、T_邊1n2、T_邊1n3……T_邊1nm；

步驟42，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)旋轉(zhuǎn)90°，讓待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)的另一個(gè)像元方向與傳函測(cè)試板(122)的線條方向一致；

步驟43，計(jì)算機(jī)部件(15)控制三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(14)以待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)像元分辨率的1/n的角度進(jìn)行調(diào)整，每調(diào)整一次，圖像采集模塊(151)采集m幅圖像，三維精密轉(zhuǎn)臺(tái)(15)共調(diào)整n次，圖像采集模塊共采集n次,在邊緣視場第二方向采集的圖像為：

第一次采集圖像為：T_邊211、T_邊212、T_邊213……T_邊21m；

第二次采集圖像為：T_邊221、T_邊222、T_邊223……T_邊22m；

第三次采集圖像為：T_邊231、T_邊232、T_邊233……T_邊23m；

第n次采集圖像為：T_邊2n1、T_邊2n2、T_邊2n3……T_邊2nm；

步驟5，采集背景圖像：以中心視場和邊緣視場的傳遞函數(shù)測(cè)試所用的曝光時(shí)間獲取傳函測(cè)試板(122)的背景圖像m幅，采集的背景圖像為：

中心視場背景圖像為：T_中1、T_中2、T_中3……T_中m；

邊緣視場背景圖像為：T_邊1、T_邊2、T_邊3……T_邊m；

步驟6，傳函測(cè)試圖像灰度值計(jì)算分析：分別統(tǒng)計(jì)并計(jì)算中心視場、邊緣視場的每一方向n次測(cè)試圖像中的第一幅中的相鄰黑白線條的灰度均值，選取n幅中黑白灰度均值差別最大的一幅測(cè)試圖像作為傳遞函數(shù)計(jì)算圖像，傳函計(jì)算圖像為：

中心視場第一方向：T_中1max1、T_中1max2、T_中1max3……T_中1maxm；

中心視場第二方向：T_中2max1、T_中2max2、T_中2max3……T_中2maxm；

邊緣視場第一方向：T_邊1max1、T_邊1max2、T_邊1max3……T_邊1maxm；

邊緣視場第二方向：T_邊2max1、T_邊2max2、T_邊2max3……T_邊2maxm；

步驟7，傳遞函數(shù)計(jì)算：待測(cè)光學(xué)成像相機(jī)整機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)計(jì)算包括以下步驟：

步驟71，中心視場第一方向傳遞函數(shù)計(jì)算：

其中，(1)式中1DN_max中為在中心視場第一方向傳函測(cè)試板黑白線條中的白線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(2)式中為T_中1maxm圖像中白線線條灰度值；

(1)式中1DN_min中為在中心視場第一方向傳函測(cè)試板黑白線條中的黑線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(3)式中為T_中1maxm圖像中黑線線條灰度值；

(1)式中DN_B中為在中心視場傳函測(cè)試板無黑白線條的背景圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(4)式中為T_中m圖像中背景圖像灰度值；

步驟72，中心視場第二方向傳遞函數(shù)計(jì)算：

其中，(5)式中2DN_max中為在中心視場第二方向傳函測(cè)試板黑白線條中的白線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(6)式中為T_中2maxm圖像中白線線條灰度值；

(5)式中2DN_min中為在中心視場第二方向傳函測(cè)試板黑白線條中的黑線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中那個(gè)(7)式中為T_中2maxm圖像中黑線線條灰度值；

步驟73，邊緣視場第一方向傳遞函數(shù)計(jì)算：

其中，(8)式中，1DN_max邊為在邊緣視場第一方向傳函測(cè)試板黑白線條中的白線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(9)式中為T_邊1maxm圖像中白線線條灰度值；

(8)式中1DN_min邊為在邊緣視場第一方向傳函測(cè)試板黑白線條中的黑線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(10)式中為T_中2maxm圖像中黑線線條灰度值；

(8)式中DN_B邊為在邊緣視場傳函測(cè)試板無黑白線條的背景圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

步驟74，邊緣視場第二方向傳遞函數(shù)計(jì)算：

其中，(12)式中2DN_max邊為在邊緣視場第二方向傳函測(cè)試板黑白線條中的白線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(13)式中為T_中2maxm圖像中白線線條灰度值；

(12)式中2DN_min為在邊緣視場第二方向傳函測(cè)試板黑白線條中的黑線圖像灰度均值，其計(jì)算公式為：

其中(14)式中為T_中2maxm圖像中黑線線條灰度值。