[發明專利]一種探測器像素內響應變化測量方法及系統

在審

• 申請號: 202011181240.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112504631A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 袁利;張承鈺;王立;鄭然;武延鵬;王苗苗
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種探測器像素內響應變化圖像測量方法及系統，通過搭建測量系統，利用顯微鏡物鏡將準直光束聚焦到圖像探測器上，形成一個直徑極小的艾里光斑，將光斑定位到待測像素的中心并調整位移平臺以將探測器設置在顯微鏡物鏡的焦平面上，通過在固定像素區域上進行掃描，并將每一幀的數據進行處理后，將測量的數據與圖像的數學模型相匹配，得到待測像素內響應變化的模型輸出。本發明可以重構探測器的輸出模型，并且與實驗測量提取到的像素內響應變化圖像擬合良好，提取到的像素內響應變化圖像包含著圖像探測器通過點光源光學系統成像后得到像斑的整體形狀信息，可以用作特定的標定濾波器，利用像素內響應變化為圖像探測器進行定標，研究圖像探測器的科學成像能力。

技術領域

本發明涉及一種探測器像素內響應變化測量方法及系統，屬于光學圖像探測器技術領域。

背景技術

科學級的光學圖像探測器如CCD或CMOS APS等，作為主流光學圖像轉換成電子信號的設備，廣泛地應用于天文學、生物學，紫外成像，電力線檢測，夜視成像，低光安全等科學研究中。當前空間任務中，衛星、洲際戰略導彈、宇航飛船等航空航天飛行器為了自身姿態確定和控制，以及特定任務的光軸指向或目標指向，絕大多數采用星敏感器等運用光學圖像探測器的姿態敏感器。

研究圖像探測器的科學成像能力，可以為提升星敏感器等光學姿態敏感器的測量精度提供新的思路和方法，從而有助于航空航天飛行器在完成空間任務使獲得更高精度測量的表現。已有研究表明，由于航天器在軌運行中產生的指向抖動，會導致探測目標在圖像探測器上形成的點擴展函數(PSF)圖像在一個像素內輕微移動，導致在積分通量信號中產生額外的噪聲源。通過研究圖像探測器的科學成像能力，可以對這種噪聲源進行抑和補償。

為了科學應用，高性能成像系統可以通過將圖像探測器的響應映射到單個像素內光學點的不同位置來校準。對此，就必須描述單個像素內靈敏度的變化，圖像探測器的單個像素內的感光靈敏度變化稱為像素內響應變化或像素內響應非均勻性。在空間任務中，利用像素內響應變化對圖像探測器進行定標，有助于提升姿態敏感器的測量精度，也有助于目標在探測器焦平面上的跟蹤。而在現有技術中，還沒有能夠對圖像探測器的像素內響應變化進行穩定與快速測量的裝置，也沒有行之有效的相應建模方法。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術中的缺陷，提供一種光路簡單，效率高，操作方便，能夠應用于各種類型的圖像探測器像素內響應變化的測量方法，適用于實際工程應用。

本發明的技術解決方案是：

一種探測器像素內響應變化測量方法，包括以下步驟：

(1)搭建探測器像素內響應變化測量系統；

探測器像素內響應變化測量系統包括：白熾燈光源、彩色濾光片、針孔掩模、平行光管、光學平臺、顯微鏡物鏡、圖像探測器芯片、三軸位移平臺、基座、暗室艙和直流電源；

光學平臺上依次放置白熾燈光源、彩色濾光片、針孔掩模、平行光管、顯微鏡物鏡和三軸位移平臺，基座安裝在三軸位移平臺上，圖像探測器芯片固定在基座上；顯微鏡物鏡、圖像探測器芯片、三軸位移平臺和基座均位于暗室艙內部；直流電源用于給白熾燈光源供電。

白熾燈光源產生的光源通過彩色濾光片獲得固定波長的光波同時濾掉紫外光和其他光學光，經過彩色濾光片的光線通過針孔掩模后進入平行光管，光線經過平行光管和顯微鏡物鏡，照射在圖像探測器芯片表面，并在單個像素及其相鄰像素上形成掃描光斑，以測量其在選定像素位置上的待測像素的響應變化情況。

(2)對入射光場圖像進行采集；

進一步的，所述步驟(2)對入射光場圖像進行采集，具體為：

(2.1)打開光源，連接圖像探測器與計算機；待光源預熱十五分鐘穩定后，圖像探測器表面產生一個光斑；在測量中選用圓形顯微鏡物鏡，得到的光斑輪廓為艾里斑衍射圖像；