一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试方法

摘要

本发明涉及一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置及其测试方法，整机系统传递函数的测试装置包括二维运动平台、目标源模拟部件、三维精密转台和计算机部件，其关键在于该测试装置能够实现光学成像相机各种工作距离和各个视场的整机系统传递函数的测试；利用测试装置的整机系统传递函数的测试方法的关键在于二维运动台和三维精密转台的配合使用，易于消除传函测试板和待测光学成像相机之间的角度误差，而且通过三维精密转台的步进扫描，能够易于消除传函测试板的线条与待测光学成像相机之间的位置误差，使整机系统传递函数的测试值更接近于待测光学成像相机的真实值，更能科学、全面的评价待测光学成像相机的成像质量。

主权项

一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试方法，该方法所使用的测试装置包括二维运动台(11)、目标模拟部件(12)、三维精密转台(14)和计算机部件(15)；二维运动台(11)，具有旋转运动和直线运动的功能，用于支撑目标模拟部件(12)，且二维运动台(11)的旋转轴和目标模拟部件的光轴中心同轴，二维运动台(11)的直线运动方向为目标模拟部件的光轴方向；目标模拟部件(12)，为整机传递函数测试提供目标源，该目标模拟部件(12)包括均匀照明组件(121)、传函测试板(122)和成像组件(123)；其中，均匀照明组件(121)，为整机传递函数测试提供均匀照明和光谱谱段；传函测试板(122)，为整机传递函数测试提供与待测光学成像相机匹配的线条图案，线条图案为占空比为1:1的明暗相间的多对矩形线条；成像组件(123)，为整机传递函数测试提供与待测光学成像相机匹配的工作距离；三维精密转台(14)，用于支撑待测光学成像相机，且三维精密转台(14)的旋转轴和待测光学成像相机的光轴同轴；计算机部件(15)，用于控制三维精密转台的运动、采集待测光学成像相机的成像并对图像进行处理、计算，该计算机部件(15)包括图像采集模块(151)、图像处理模块(152)、传函计算模块(153)和三维转台控制模块(154)；其中，图像采集模块(151)，用于采集待测光学成像相机的成像；图像处理模块(152)，用于将采集图像进行处理，得到整机系统传递函数计算所需要的图像；传函计算模块(153)，用于计算整机系统传递函数值；三维转台控制模块(154)，用于控制三维精密转台的运动；其特征在于，测试方法包括以下步骤：步骤1，保证相机工作距离：调整二维运动台(11)的直线运动，保证目标模拟部件(12)到待测光学成像相机的距离为待测光学成像相机的工作距离；步骤2，保证像元方向和测试板线条方向一致：根据计算机组件采集到的图像灰度计算统计情况，通过调整二维运动台(11)的旋转运动和三维精密转台(14)的旋转运动，让目标模拟部件(12)的传函测试板(122)的线条图像方向与待测光学成像相机的CCD或CMOS的像元方向一致，保证每一行或列的平均灰度值一致；步骤3，中心视场传递函数测试：待测光学成像相机的中心视场传递函数测试包括以下步骤：步骤31，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的1/n的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(14)共调整n次，图像采集模块共采集n次，在中心视场第一方向采集的图像为：第一次采集图像为：T_中111、T_中112、T_中113……T_中11m；第二次采集图像为：T_中121、T_中122、T_中123……T_中12m；第三次采集图像为：T_中131、T_中132、T_中133……T_中13m；第n次采集图像为：T_中1n1、T_中1n2、T_中1n3……T_中1nm；步骤32，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)旋转90°，让待测光学成像相机的另一个像元方向与传函测试板(122)的线条方向一致；步骤33，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的1/n的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(14)共调整n次，图像采集模块共采集n次,在中心视场第二方向采集的图像为：第一次采集图像为：T_中211、T_中212、T_中213……T_中21m；第二次采集图像为：T_中221、T_中222、T_中223……T_中22m；第三次采集图像为：T_中231、T_中232、T_中233……T_中23m；第n次采集图像为：T_中2n1、T_中2n2、T_中2n3……T_中2nm；步骤4，边缘视场传递函数测试：待测光学成像相机的边缘视场传递函数测试包括以下步骤：步骤41，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)让传函测试板(122)的线条图像在待测光学成像相机的边缘视场成像，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的1/n的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(14)共调整n次，图像采集模块共采集n次，在边缘视场第一方向采集的图像为：第一次采集图像为：T_边111、T_边112、T_边113……T_边11m；第二次采集图像为：T_边121、T_边122、T_边123……T_边12m；第三次采集图像为：T_边131、T_边132、T_边133……T_边13m；第n次采集图像为：T_边1n1、T_边1n2、T_边1n3……T_边1nm；步骤42，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)旋转90°，让待测光学成像相机的另一个像元方向与传函测试板(122)的线条方向一致；步骤43，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的1/n的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(14)共调整n次，图像采集模块共采集n次,在边缘视场第二方向采集的图像为：第一次采集图像为：T_边211、T_边212、T_边213……T_边21m；第二次采集图像为：T_边221、T_边222、T_边223……T_边22m；第三次采集图像为：T_边231、T_边232、T_边233……T_边23m；第n次采集图像为：T_边2n1、T_边2n2、T_边2n3……T_边2nm；步骤5，采集背景图像：以中心视场和边缘视场的传递函数测试所用的曝光时间获取传函测试板(122)的背景图像m幅，采集的背景图像为：中心视场背景图像为：T_中1、T_中2、T_中3……T_中m；边缘视场背景图像为：T_边1、T_边2、T_边3……T_边m；步骤6，传函测试图像灰度值计算分析：分别统计并计算中心视场、边缘视场的每一方向n次测试图像中的第一幅中的相邻黑白线条的灰度均值，选取n幅中黑白灰度均值差别最大的一幅测试图像作为传递函数计算图像，传函计算图像为：中心视场第一方向：T_中1max1、T_中1max2、T_中1max3……T_中1maxm；中心视场第二方向：T_中2max1、T_中2max2、T_中2max3……T_中2maxm；边缘视场第一方向：T_边1max1、T_边1max2、T_边1max3……T_边1maxm；边缘视场第二方向：T_边2max1、T_边2max2、T_边2max3……T_边2maxm；步骤7，传递函数计算：待测光学成像相机整机系统传递函数计算包括以下步骤：步骤71，中心视场第一方向传递函数计算：其中，(1)式中1DN_max中为在中心视场第一方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为：其中(2)式中为T_中1maxm图像中白线线条灰度值；(1)式中1DN_min中为在中心视场第一方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为：其中(3)式中为T_中1maxm图像中黑线线条灰度值；(1)式中DN_B中为在中心视场传函测试板无黑白线条的背景图像灰度均值，其计算公式为：其中(4)式中为T_中m图像中背景图像灰度值；步骤72，中心视场第二方向传递函数计算：其中，(5)式中2DN_max中为在中心视场第二方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为：其中(6)式中为T_中2maxm图像中白线线条灰度值；(5)式中2DN_min中为在中心视场第二方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为：其中那个(7)式中为T_中2maxm图像中黑线线条灰度值；步骤73，边缘视场第一方向传递函数计算：其中，(8)式中，1DN_max边为在边缘视场第一方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为：其中(9)式中为T_边1maxm图像中白线线条灰度值；(8)式中1DN_min边为在边缘视场第一方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为：其中(10)式中为T_边1maxm图像中黑线线条灰度值；(8)式中DN_B边为在边缘视场传函测试板无黑白线条的背景图像灰度均值，其计算公式为：步骤74，边缘视场第二方向传递函数计算：其中，(12)式中2DN_max边为在边缘视场第二方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为：其中(13)式中为T_边2maxm图像中白线线条灰度值；(12)式中2DN_min边为在边缘视场第二方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为：其中(14)式中为T_边2maxm图像中黑线线条灰度值。