[發明專利]遙感相機電子學響應非線性測試與判別方法及裝置

有效

• 申請號: 201510267615.5
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN104902266B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 蘭太吉;李俊霖;賀庚賢;寧飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H04N17/00
• 分類號: H04N17/00;H04N5/372;H04N5/374
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及遙感相機電子學測試領域，具體涉及一種遙感相機電子學響應非線性測試與判別方法及裝置。

背景技術

遙感相機是以CCD(CMOS)為核心成像器件的數字型相機，其信息傳遞過程如圖3所示。光信號到達成像靶面后經光電轉換成為電荷量(Q)，然后通過電荷存儲、轉移、測量形成電壓信號(V)，再經過相關雙采樣、AD轉換等過程最終轉換為視頻碼值信號(DN)。此過程包括光子-電子、電子-電壓、電壓-碼值三次轉換。理想情況下，三次轉換均為線性過程，但實際工作中均存在非線性因素。將電子-電壓轉換產生的非線性定義為V/Q非線性，電壓-碼值轉換產生的非線性定義為DN/V非線性。

以往，CCD(CMOS)輸出響應及處理電路的非線性對相機調制傳遞函數(MTF)的影響常被忽略，或近似為一個常數(0.95)。但隨著對地面像元分辨率、動態范圍、信噪比等指標要求的提高，為保證良好的MTF，上述環節的非線性已不能被忽略。David H.Seib和Norlry M.Blouke等人曾先后對表面溝道和埋藏溝道器件的載流子擴散引起的MTF下降做出了分析，但信號轉換合傳遞過程中產生的非線性對MTF的影響還未得到應有的重視，在已公開的文獻中未找到有關V/Q非線性和DN/V非線性測試及區分的方法及裝置。

軍械工程學院的董怡等提出用光電池作為基準器件，使CCD和光電池接收同樣的光照度，繪制CCD亮度響應與光電池輸出電流值的曲線，作為非線性響應曲線，這種方法僅能繪制視頻響應曲線，無法進一步對非線性類型做出區分，且使用的聚光鏡、平行光管、半反半透鏡光學系統難以保證為CCD和光電池提供均勻、等值的輻照度。現有采用光譜儀作為光源進行非線性測試等方法，都無法避免上述方法所面臨的問題。

發明內容

本發明解決現有測試方法對遙感相機電子學響應非線性認識不清、難以判別的問題，提出一種遙感相機電子學響應非線性測試與判別裝置及方法。

遙感相機電子學響應非線性測試與判別方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、電機驅動器控制電機調整光闌的孔徑，實現對積分球出光口的輸出光輻照度的調整；

步驟二、計算機通過標準照度計獲得當前光輻照度值，通過圖像采集卡及被測CCD獲得當前照度下的圖像，并將當前照度值及當前照度圖像存儲到計算機；

步驟三、逐步調整光闌孔徑，圖像采集卡采集從暗場到飽和狀態的不同光輻照度下的圖像，獲得相對應的不同光輻照度值與圖像序列；

步驟四、解析獲得不同照度下圖像的平均DN值，以光輻照度值為橫軸，平均DN值為縱軸，繪制視頻響應曲線；

步驟五、判斷步驟四繪制視頻響應曲線是否存在非線性，如果是，則進一步繪制PRNU噪聲曲線，執行步驟六；如果否，進入步驟七；

步驟六、判斷PRNU噪聲曲線是否為一條水平直線，如果是，則存在DN/V非線性，并進行修正后再繪制視頻響應曲線，返回步驟五；如果否，則存在V/Q非線性，或同時存在V/Q非線性和DN/V非線性，對V/Q非線性進行相應修正，再繪制視頻響應曲線，返回步驟五；

步驟七、記錄此前的判斷和修正過程，測試結束。

遙感相機電子學響應非線性測試與判別裝置，該裝置需在暗室環境下操作；包括積分球、多個光源、電機、電機驅動器、光闌、標準照度計、被測CCD、CCD驅動器、串口控制器、圖像采集卡和計算機；所述多個光源對稱設置在積分球周圍；所述電機驅動器設置在積分球上并通過串口控制器與計算機連接；串口控制器與標準照度計連接，所述光闌設置在積分球出光口處，所述電機驅動器驅動電機調整光闌孔徑的大小，所述標準照度計及被測CCD均設置在積分球出光口外并與積分球出光口的軸線對稱；所述圖像采集卡分別與CCD驅動器和計算機連接。

本發明的有益效果：本發明所述的測試方法在理論分析的基礎上，提出一種遙感相機電子學響應的V/Q非線性和DN/V非線性的區分方法，解決現有測試對非線性認識不清、難以判別的問題，并給出了具體的測試方法和實施方案。本發明能夠有效區分遙感相機電子學響應的V/Q非線性和DN/V非線性，為有針對性地改進設計和后期校正數據提供理論和方法支持。

附圖說明

圖1為本發明所述的遙感相機電子學響應非線性測試與判別裝置的框圖；

圖2為本發明所述的遙感相機電子學響應非線性測試與判別方法的流程框圖；

圖3為遙感相機成像信息傳遞過程框圖；

圖4為V/Q非線性曲線圖；

圖5為PRNU噪聲曲線圖；