成像光电系统光谱响应非均匀性测量方法

摘要

本发明公开了一种成像光电系统光谱响应非均匀性测量方法，属于光学计量测试领域。该方法利用可调谐激光光源、激光稳功率控制器结合积分球形成比较稳定的均匀的激光束，均匀的激光束经过准直透镜准直后由均匀性补偿器对准直的激光束进行均匀性修正，再由带有二维扫描机构的类针孔辐射计对修正后的均匀激光束进行均匀性测量，然后根据被测成像光电系统的像元数通过算法对激光束的均匀性数组进行匀滑处理，得到被测成像光电系统每个像元对应的修正系数，从而实现成像光电系统不同波长处的光谱响应非均匀性测量。该方法解决了目前成像光电系统光谱响应非均匀性的测量难题，具有测量准确度高，应用前景广的特点。

主权项

一种成像光电系统光谱响应非均匀性测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步：搭建成像光电系统光谱响应非均匀性测量系统将可调谐激光器、激光稳功率控制器、带有监视探测器的积分球、准直透镜、均匀性补偿器、安装在二维扫描机构上的类针孔辐射计依次放置在光学平台上，其中，积分球的出口处于准直透镜的物方焦面上，二维扫描机构受计算机控制，类针孔辐射计的输出送入所述计算机，可调谐激光器输出的激光由激光稳功率控制器的中心入射，由激光稳功率控制器输出的功率稳定的激光垂直入射在所述积分球入口中心，积分球上的监视探测器将探测信号反馈给激光稳功率控制器，由积分球出射的均匀激光由准直透镜形成准直激光束，准直激光束经均匀性补偿器补偿后照射到类针孔辐射计的输入端；第二步：计算机控制测量2.1将可调谐激光器调整到波长λ₁，计算机首先控制类针孔辐射计测量波长λ₁处的背景信号，然后控制二维扫描机构带动类针孔辐射计根据设置的扫描间隔对类针孔辐射计输入端的准直激光束截面进行二维扫描，计算机将类针孔辐射计输出的激光信号扣除背景信号得到波长为λ₁且对应二维扫描坐标为(x_p，y_q)的实测信号V(x_p，y_q，λ₁)，x_p表示行方向x的扫描坐标点且p＝0、1、2、…、P‑1，P为行方向扫描距离与扫描间距的比值，y_q表示列方向y的扫描坐标点且q＝0、1、2、…、Q‑1，Q为列方向扫描距离与扫描间距的比值，然后根据公式(1)计算激光波长为λ₁时准直激光束截面的均匀性U(x_p，y_q，λ₁)并保存该组数据：式中，V_最大(x_p，y_q，λ₁)表示类针孔辐射计在波长λ₁处所有实测信号值中的最大值；2.2计算机根据被测成像光电系统即CCD的像元数对所述均匀性U(x_p，y_q，λ₁)数组进行匀滑处理，具体操作步骤如下：2.2.1根据公式(2)求出在p＝0时q＝0和q＝1两个扫描点对应到CCD第一列两个像元点之间且含该两个像元点的n个像元的修正系数$C_{0,k,{\lambda }_1}=U(x_0,y_0,{\lambda }_1)+\frac{U(x_0,y_1,{\lambda }_1)-U(x_0,y_0,{\lambda }_1)}{n-1}\times k$(k＝0，1，…，n‑1且k＜J)    (2)式中，U(x₀，y₀，λ₁)为p＝0，q＝0扫描点的均匀性且(x₀，y₀)为该扫描点的坐标；U(x₀，y₁，λ₁)为p＝0，q＝1扫描点的均匀性且(x₀，y₁)为该扫描点的坐标，J为CCD的像元行数；2.2.2根据公式(3)求出在p＝1时q＝0和q＝1两个扫描点对应到CCD第m列两个像元点之间且含该两个像元点的n个像元的修正系数其中m为p＝0和p＝1两个扫描列对应到CCD两列之间同一行中的像元数：$C_{m-1,k1{\lambda }_1}=U(x_1,y_0,{\lambda }_1)+\frac{U(x_1,y_1,{\lambda }_1)-U(x_1,y_0,{\lambda }_1)}{n-1}\times k$(k＝0，1，…，n‑1且k＜J)  (3)式中，U(x₁，y₀，λ₁)为p＝1，q＝0扫描点的均匀性且(x₁y₀)为该扫描点的坐标；U(x₁，y₁，λ₁)为p＝1，q＝1扫描点的均匀性且(x₁，y₁)为该扫描点的坐标；2.2.3根据公式(4)求出p＝0和p＝1时q＝0和q＝1这四个相邻扫描点对应到CCD四个点所含区域中第一行至第n行所有像元的修正系数(l＝0，1，…，m‑1；k＝0，1，…，n‑1且l＜I)   (4)式中，I为CCD的像元列数；2.2.4按照2.2.1到2.2.3步骤中的公式逐行求出P×Q个扫描点中每四个相邻扫描点对应到CCD中m×n个像元的修正系数；至此，获得CCD中每个像元对应的修正系数i代表CCD像元的行坐标且i＝0、1、…、I，j代表CCD像元的列坐标且j＝0、1、…、J；2.3将被测成像光电系统安装在光学平台上并使其处于准直激光光路中，计算机控制二维扫描机构带动类针孔辐射计移出光路，用被测成像光电系统分别测量波长λ₁处的背景和激光并将两种测量值依次送入计算机，计算机将被测成像光电系统每个像元的激光信号值扣除背景信号值得到波长λ₁处每个像元的实测信号计算机根据公式(5)计算每个像元对应的修正值${V^{\prime }}_{i,j,{\lambda }_1}:$$V_{i,j,{\lambda }_1}^{\prime }=\frac{V_{i,j,{\lambda }_1}}{C_{i,j,{\lambda }_1}}---\left(5\right)$2.4计算机根据公式(6)计算被测成像光电系统在第一波长λ₁处光谱响应非均匀性NU(λ₁)：$\mathrm{NU}\left({\lambda }_1\right)=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{I}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{J}{\Sigma }}{({V^{\prime }}_{i,j,{\lambda }_1}-\overline{{V^{\prime }}_{{\lambda }_1}})}^2}{{\overline{V_{{\lambda }_1}^{\prime }}}^2(M-1)}}\times 100\%---\left(6\right)$式中，表示在波长λ₁处被测成像光电系统各像元修正值的平均值，M表示被测成像光电系统像元总数；2.5将可调谐激光器调整到波长λ_d且d＝2、3…、D，在每个波长点下重复第2.1步至第2.4步，最终保存非均匀性NU(λ_d)数据且d＝1、2、…、D。