[發明專利]一種科學級CMOS相機性能測試系統和方法

在審

• 申請號: 202011004388.4
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112055199A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 王堅;張藝浩;朱澤宇;蔣維捷;唐騏杰;曲文慶;張謙;賈明皓;張鴻飛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04N17/00
• 分類號: H04N17/00;H04N5/374
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明涉及一種科學級CMOS相機性能測試系統和方法，包括如下步驟：步驟1、用戶界面模塊接收用戶的輸入，并將用戶的輸入以請求的形式發送到流程控制模塊；步驟2、流程控制模塊解析用戶的請求，調用相應的測試腳本，通過調用均勻光源系統與待測相機的接口，控制待測相機與均勻光源系統，實現制冷、設置配置值、控制曝光強度與曝光時間，成像，并進行具體測試，包括FPN測試、暗電流測試、增益、噪聲、響應線性度與滿阱容量測試、壞點測試。本發明充分考慮到了科學級CMOS相機的特性，針對其性能指標設計了對應的測試流程，能夠為科學級CMOS相機的測試提供一套完整的測試方案。在測試方案設計無誤的前提下，測試流程能夠自動執行，極為有效地降低了研發人員的工作量。

技術領域

本發明涉及科學級CMOS相機性能測試以及控制系統領域，具體是指一套能夠完成科學級CMOS相機自動測試的測試系統。系統整體采用軟硬件協同設計的方法來進行架構，并為科學級CMOS相機的不同性能參數測試設計了四套完整的流程，能夠協助研發人員對相機的各項性能指標進行系統的判斷，且通過測試系統實現了測試流程的自動化，能夠極大降低研發人員的工作量。

背景技術

科學級CMOS相機在空間觀測、生物學和高能物理學等科研領域中有著極其廣泛的應用。在開發科學級CMOS相機時，研發人員需對相機進行測試，獲得相機的各項性能指標，據此對相機性能進行量化判斷，判斷相機是否能夠滿足實際應用場景中的需求。由于相機的性能指標測量過程較為繁瑣，且各項指標之間具有不同程度的關聯性，因此，雖然目前許多學者對科學級CMOS相機的各項性能指標的測試方法與優化方案進行了研究，但是尚沒有一套能夠對相機性能指標進行完整測試的系統和方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明設計了一種科學級CMOS相機性能測試系統和方法，采用了控制變量的方法，設計了對應的測試流程來對科學級CMOS相機的各項性能指標進行測試，并通過控制系統實現了測試流程的自動化。

本發明的測試方法設計了一套能夠自動控制設備的腳本，并在此基礎上向上封裝，能夠通過用戶界面模塊來對測試進行配置，控制測試流程的進行，極大地減輕了相機研發人員的工作量，并能夠方便測試人員進行測試。

測試流程主要包括FPN(Fixed Pattern Noise，即固定模式噪聲)測試、暗電流測試、增益、噪聲、響應線性度、滿阱容量測試以及壞點測試。這些指標會對圖像的成圖質量造成較大影響。低的FPN、低的暗電流、少的壞點數量、穩定的增益、低的噪聲、好的響應線性度、符合標準的滿阱容量對于高精度微光科學成像至關重要。

本發明設計了一套能夠體現科學級CMOS相機性能的性能指標，并針對這些指標設計了相應的測試流程，實現了測試流程自動化。本發明將基于科學級CMOS成像系統的各個功能、性能相關指標綜合成一些通用且可配置的測試流程，對FPN、壞點數量、增益、噪聲等特性指標進行了全面的測試，實現了自動化設備控制與自動化數據處理。

測試系統主要由四部分組成：

1.用戶界面模塊，提供一個可視化的操作界面給用戶，用戶僅進行簡單的操作，即可控制相機或查詢相關數據以及測試操控；

2.流程控制模塊，用于測試配置值設置，相機制冷溫度控制，測試光源控制，相機拍攝控制，數據處理，生成測試報告以及全自動性能測試；

3.測試流程模塊，用于FPN測試流程、暗電流測試流程、增益、噪聲、響應線性度與滿阱容量測試流程、壞點測試；

4.設備控制模塊，包括均勻光源系統控制與相機控制，均勻光源系統可調節相機拍照時的曝光強度與曝光時間，同時能夠獲得光源系統的光照強度，相機控制基于相機SDK完成對相機的各種控制，包括調節相機的目標制冷溫度、拍照增益等參數。

所述測試流程模塊能夠進行性能測試，包括FPN測試，暗電流測試，增益測試，噪聲測試，響應線性度測試，滿阱容量測試，以及壞點測試。