本發(fā)明涉及光電成像系統(tǒng)成像質(zhì)量性能評價技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)測量方法及靶標(biāo)。

二、

背景技術(shù)：
：

光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)與星點檢驗、分辨率、幾何像差等像質(zhì)檢驗方法相比，可以全面反映成像系統(tǒng)的成像性能，是被廣泛采用的評價光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。根據(jù)MTF檢測時所采用的目標(biāo)靶標(biāo)可將MTF檢測分為點光源法、狹縫法、刀口法及柵條法等。除柵條法外，其他方法MTF均是通過光學(xué)系統(tǒng)點擴(kuò)散函數(shù)傅里葉變換求解。這些方法的前提條件是光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)模型滿足線性空間不變系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)與數(shù)字成像傳感器組合形成光電成像系統(tǒng)。數(shù)字成像系統(tǒng)圖像采集過程對圖像二維空間坐標(biāo)進(jìn)行采樣，最后輸出數(shù)字圖像。理論上，數(shù)字成像系統(tǒng)不是線性空間不變系統(tǒng)。只有當(dāng)數(shù)字成像傳感器的像元尺寸小于光學(xué)系統(tǒng)最小可分辨空間尺寸的二分之一以上時，可以用線性空間不變系統(tǒng)模型近似。

動態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)是成像系統(tǒng)觀測運動目標(biāo)、或自身載體搖擺振動時、或兩種運動同時存在時針對動態(tài)場景成像能力的評估參數(shù)。由于光電成像系統(tǒng)數(shù)字成像傳感器具有一定的時延特性，光電成像系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)與靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)存大差異。當(dāng)相對運動速度較大時，兩者之間存在較大差異。柵條法(如四桿靶法)的數(shù)據(jù)解算基于圖像中灰度的最大值與最小值，對系統(tǒng)模型沒有嚴(yán)格要求，常用于動態(tài)MFT的測量?，F(xiàn)有的柵條法每個靶標(biāo)只能表示一種頻率，若需進(jìn)行不同頻率測量時，需制作多個靶標(biāo)，通過不同靶標(biāo)切換，獲得不同頻率下MTF值。每次測量只能測量單個頻率單一方面(水平或垂直)的值。對于多頻率不同方向不同運動速度等組合條件下，光電成像系統(tǒng)動態(tài)MTF測量，現(xiàn)有的技術(shù)只能將條件分解，通過單個條件所測MTF數(shù)據(jù)的綜合分析，獲得組合條件下的MTF。

三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)目的是針對組合條件下動態(tài)MTF測量現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)造的缺陷或不足，提供一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)測量方法及靶標(biāo)，該方法可以通過單幅靶標(biāo)圖像解算出光電成像系統(tǒng)在多個頻率、多個運動線速度條件下的MTF值，通過圖像序列可以解算出光電成像系統(tǒng)在不同方向上的MTF值，通過有規(guī)律地控制靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)角速度，解算同一運動線速度下，光電成像系統(tǒng)對不同頻率靶標(biāo)的MTF值。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)測量用靶標(biāo)，其特征在于：所述的靶標(biāo)采用圓形靶面，靶標(biāo)的靶面上設(shè)置有若干個圓周線將靶面分成N層，沿圓周線方向每隔90°的位置設(shè)置有放射狀的柵條靶標(biāo)，柵條靶標(biāo)的頻率根據(jù)被檢光電成像系統(tǒng)檢測要求進(jìn)行設(shè)計，在柵條靶標(biāo)的有效區(qū)域內(nèi)，在給定半徑的圓周線上，柵條靶標(biāo)黑白相間且長度相等，離圓心最近的圓周線至圓心部分為非通光靶標(biāo)圖案區(qū)域；

放射狀的柵條靶標(biāo)同時滿足：在N層靶標(biāo)圖案中，滿足設(shè)計確定比例關(guān)系的半徑所確定的圓周線與柵條靶標(biāo)圖案的交線，形成一定頻率的靶標(biāo)曲線，且頻率比為1：3：5：…:2N-1。

一種靶標(biāo)安裝的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括靶標(biāo)、中空套筒、軸承、帶輪和步進(jìn)電機(jī)，所述的靶標(biāo)設(shè)置于中空套筒上，中空套管與軸承的內(nèi)圈之間通過過盈配合連接，中孔套筒與帶輪之間通過螺釘連接機(jī)構(gòu)連接，帶輪與步進(jìn)電機(jī)之間通過電機(jī)主動輪和傳動帶連接，帶輪通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行勻速或勻加速運動。

所述的所述中空套筒和帶輪均為中空零件，中空區(qū)域為靶標(biāo)的通光孔區(qū)域。

所述軸承為徑向游隙小于0.01mm的軸承機(jī)構(gòu)，外圈固定于支座上。

所述靶標(biāo)、中空套筒通過帶輪帶動旋轉(zhuǎn)。

所述的一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)的測量方法包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)對象MTF測試要求，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)14旋轉(zhuǎn)勻速角速度，使靶標(biāo)1旋轉(zhuǎn)的角速度之比滿足靶標(biāo)曲線頻率比，并采集圖像序列；

步驟2、靶標(biāo)為N層靶標(biāo)，可在靶標(biāo)中確定頻率為f,3f,...,(2N-1)f的圓周線圖像灰度值數(shù)組：

根據(jù)靶標(biāo)半徑關(guān)系，靶標(biāo)為N層靶標(biāo)，在靶標(biāo)1最外側(cè)圓周線和與其相鄰圓周線之間確定要計算的MTF的頻率值f及其在靶標(biāo)上的徑向位置，同時在從外側(cè)圓周線數(shù)第二個圓周線和與其相鄰的靠近靶心的之間確定3倍f的徑向位置，在從外側(cè)圓周線數(shù)第三個圓周線和其相鄰的靠近靶心的之間確定5倍f的徑向位置，以此類推，以N個徑向位置到靶標(biāo)中心的距離為半徑，虛擬畫圓得到N個圓周線，應(yīng)用圖像處理的方法，獲得N個圓周所有點的圖像灰度值數(shù)組；

步驟3、將所有圖像序列所有靶標(biāo)圖像按第二步的步驟處理；

步驟4、將線速度相同，頻率比為1：3：5：…:2N-1的圖像灰度值數(shù)組組成一組；

步驟5，識別每一個圖像灰度值數(shù)組灰度值的最大值I_max(f)，I_max(3f)，I_max(5f),…,I_max[(2N-1)f]和最小值I_min(f)，I_min(3f)，I_min(5f),…,I_min[(2N-1)f]；

步驟6，計算像方調(diào)制度

步驟7，計算對比傳遞函數(shù)CTF(F)＝M_像(F)/M_物(F)，CTF(3F)＝M_像(3F)/M_物(3F)，CTF(F)＝M_像(5F)/M_物(5F),…,CTF(F)＝M_像[(2N-1)f]/M_物[(2N-1)f]；

步驟8，計算MTF，得到一個頻率和一個線速度的數(shù)據(jù)。

選定多個頻率在靶標(biāo)上的位置，重復(fù)步驟2至步驟8，即可得到同一線速度下，其它頻率處的MTF值。

根據(jù)角速度與線速度之間關(guān)系和不同頻率圖案在靶標(biāo)上的位置，等比例地設(shè)定步進(jìn)電機(jī)(轉(zhuǎn)速，重復(fù)步驟1至步驟8，可獲得同一頻率在不同線速度下的MTF值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果：

本發(fā)明通過設(shè)計的滿足一定頻率比率且頻率連續(xù)變化的圓型靶標(biāo)，應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)動力源和旋轉(zhuǎn)運動方案控制機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)與頻率比率相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動，通過采集的不同旋轉(zhuǎn)角速度下圖像序列，可以解算出被檢系統(tǒng)在同一線速度下針對不同頻率目標(biāo)的MTF，繪制出同一線速度下MTF隨不同頻率變化的MTF曲線，也可以解算出被檢系統(tǒng)針對同一頻率目標(biāo)在不同線速度下的MTF曲線，同時通過對檢測原始數(shù)據(jù)分類，可以解算出被檢系統(tǒng)針對水平位置處的目標(biāo)、垂直位置處的目標(biāo)及360度圓周上其他位置處目標(biāo)的MTF。

本發(fā)明通過步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運動控制與靶標(biāo)上放射狀的柵條圖案的配合，可以檢測出被檢系統(tǒng)針對不同運動速度、不同空間頻率目標(biāo)、不同空間方位目標(biāo)的MTF，是一種被檢光電系統(tǒng)針對觀測動目標(biāo)在多變化參數(shù)條件下檢測MTF的有效方法。

四、附圖說明：

圖1為圓型靶標(biāo)放射狀的柵條圖案分布圖；

圖2為圓型靶標(biāo)安裝的旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)組成圖；

圖3為圓型靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)動力傳遞機(jī)構(gòu)組成圖；

圖4為被檢產(chǎn)品MTF測量時的系統(tǒng)組成圖。

五、具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)測量用靶標(biāo)，靶標(biāo)1采用圓形靶面，沿圓周線方向每隔90°的位置繪有放射狀的柵條靶標(biāo)。

以三層放射狀柵條靶標(biāo)圖案為例(參見圖1)，靶標(biāo)圖案特征描述如下：

圓形靶面用圓周線Ⅰ2、圓周線Ⅱ3、圓周線Ⅲ4、圓周線Ⅳ5分成了四個區(qū)域。沿圓形靶面的徑向，從圓周線Ⅰ2到圓周線Ⅱ3，柵條靶標(biāo)的頻率由5lp/mm連續(xù)變化到50lp/mm(根據(jù)被檢光電成像系統(tǒng)檢測要求進(jìn)行設(shè)計)，沿圓周方向，柵條靶標(biāo)黑白(黑表示不透光，白表示透光)相間，長度相等。

沿圓形靶面的徑向，從圓周線Ⅱ3到圓周線Ⅲ4，柵條靶標(biāo)的頻率由15lp/mm連續(xù)變化到150lp/mm。沿圓周方向，柵條靶標(biāo)黑白相間長度相等。

沿圓形靶面的徑向，從圓周線Ⅲ4到圓周線Ⅳ5，柵條靶標(biāo)的頻率由25lp/mm連續(xù)變化到250lp/mm。沿圓周方向，柵條靶標(biāo)黑白相間長度相等。

若在圓周線2與圓周線3之間取一點P，其到圓形靶面圓心的半徑為R，則以R、為半徑畫圓周，三個圓周與柵條靶標(biāo)圖案相交所形成的靶標(biāo)曲線頻率之比滿足1：3：5。

圓周線5內(nèi)部為非通光靶標(biāo)圖案區(qū)域。

本發(fā)明在實施過程中，根據(jù)MTF測量精度要求，放射狀柵條靶標(biāo)圖案可設(shè)計成2層、3層、4層等靶標(biāo)系統(tǒng)。

2層靶標(biāo)中通過確定半徑的比例關(guān)系所確定的圓周線與柵條靶標(biāo)圖案的交線，可形成靶標(biāo)曲線頻率比為1：3。

3層靶標(biāo)中通過確定半徑的比例關(guān)系所確定的圓周線與柵條靶標(biāo)圖案的交線，可形成靶標(biāo)曲線頻率比為1：3：5。

4層靶標(biāo)中通過確定半徑的比例關(guān)系所確定的圓周線與柵條靶標(biāo)圖案的交線，可形成靶標(biāo)曲線頻率比為1：3：5：7。

N層靶標(biāo)中通過確定半徑的比例關(guān)系所確定的圓周線與柵條靶標(biāo)圖案的交線，可形成靶標(biāo)曲線頻率比為1：3：5：…:2N-1。

一種靶標(biāo)安裝的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(參見圖2和圖4)，所述靶標(biāo)1安裝在中空套筒6上，中空套筒6與軸承7的內(nèi)圈之間通過過盈配合聯(lián)接，中孔套筒6與帶輪8之間通過螺釘聯(lián)接機(jī)構(gòu)9聯(lián)接，所述的中空套筒7和帶輪8均為中空零件，中空區(qū)域為靶標(biāo)的通光孔區(qū)域10，所述軸承7為徑向游隙小于0.01mm的軸承機(jī)構(gòu)，其外圈固定于支座11上，靶標(biāo)1、中空套筒6可通過帶輪8帶動旋轉(zhuǎn)，帶輪8與步進(jìn)電機(jī)14之間通過電機(jī)主動輪13和傳動帶12聯(lián)接，帶輪8可通過步進(jìn)電機(jī)14進(jìn)行勻速或勻加速等運動。

參見圖4，靶標(biāo)及其旋轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)置于積分球15和平行光管16之間，積分球發(fā)出的光透過靶標(biāo)，穿過靶標(biāo)通光孔區(qū)域10射入平行光管，通過定制設(shè)計與研制裝調(diào)，靶標(biāo)平面位于平行光管焦平面上，并與焦平面高度重合。積分球的出光口徑大于靶標(biāo)平面，同時大于平行光管的有效靶面。被檢光電成像系統(tǒng)17安裝固定在振動搖擺臺18上，通過調(diào)整其口徑對準(zhǔn)平行光管16的物鏡通光口。當(dāng)圓型靶標(biāo)1在步進(jìn)電機(jī)14帶動下旋轉(zhuǎn)時，為被檢光電成像系統(tǒng)提供無窮遠(yuǎn)的旋轉(zhuǎn)運動目標(biāo)。

積分球15的出光口具有極高的光照均勻性，一般要求其出光口處光照均勻性不小于98％，確保不同區(qū)域靶標(biāo)物方調(diào)制度M_物具有極高的一致性。因光源照度不均勻所引起的系統(tǒng)誤差，應(yīng)用高精度的照度計對平行光管物鏡通光口處進(jìn)行測量校正。

應(yīng)用上述裝置，一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)的測量方法，可針對下述的兩種具體要求進(jìn)行測量：一個是同一線速度下，不同頻率的MTF測量需求；另一個是不同線速度下，同一頻率的MTF測量需求。

實施例1：同一線速度下，不同頻率的MTF測量時，一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)的測量方法，依次包括下述步驟：

步驟1：以靶標(biāo)上所能選取的最小頻率f為基準(zhǔn)，確定旋轉(zhuǎn)半徑r，計算出旋轉(zhuǎn)角速度ω，分別以ω，3ω，5ω，為角速度，設(shè)定步進(jìn)電機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)的角速度。完成測量過程，采集三組圖像數(shù)據(jù)序列。

步驟2、若靶標(biāo)為N層靶標(biāo)，可在靶標(biāo)中確定頻率為f,3f,...,(2N-1)f的圓周線圖像灰度值數(shù)組。

根據(jù)靶標(biāo)半徑關(guān)系，靶標(biāo)為3層靶標(biāo)，在靶標(biāo)1圓周線Ⅰ2和圓周線Ⅱ3之間確定要計算的MTF的頻率值f及其在靶標(biāo)上的徑向位置，同時在圓周線Ⅱ3和圓周線Ⅲ4之間確定3倍f的徑向位置，在圓周線Ⅲ4和圓周線Ⅳ5之間確定5倍f的徑向位置，以三個徑向位置到靶標(biāo)中心的距離為半徑，虛擬畫圓得到三個圓周線，應(yīng)用圖像處理的方法，獲得三個圓周所有點的圖像灰度值數(shù)組。

步驟3、將所有圖像序列所有靶標(biāo)圖像按第二步的步驟處理。

步驟4、將線速度相同，頻率比為1：3：5：…：(2N-1)的圖像灰度值數(shù)組組成一組。

步驟5，識別每一個圖像灰度值數(shù)組灰度值的最大值I_max(f)，I_max(3f)，I_max(5f),…,I_max[(2N-1)f]和最小值I_min(f)，I_min(3f)，I_min(5f),…,I_min[(2N-1)f]。

步驟6，計算像方調(diào)制度

步驟7，計算對比傳遞函數(shù)CTF(f)＝M_像(f)/M_物(f)，CTF(3f)＝M_像(3f)/M_物(3f)，CTF(5f)＝M_像(5f)/M_物(5f),…,CTF[(2N-1)f]＝M_像[(2N-1)f]/M_物[(2N-1)f]。

步驟8，計算MTF，

，得到一個頻率和一個線速度的數(shù)據(jù)；

選定多個頻率在靶標(biāo)上的位置，重復(fù)步驟2至步驟8，即可得到同一線速度下，其它頻率處的MTF值，最終求解某一線速度下被檢系統(tǒng)的MTF曲線。

實施例2：

同一頻率，不同線速度下MTF測量時，一種光電成像系統(tǒng)動態(tài)傳遞函數(shù)的測量方法，依次包括下述步驟：

步驟1、根據(jù)對象MTF測試要求，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)14旋轉(zhuǎn)勻速角速度，使靶標(biāo)1旋轉(zhuǎn)的角速度之比滿足靶標(biāo)曲線頻率比，并采集圖像序列。

步驟2、若靶標(biāo)為N層靶標(biāo)，可在靶標(biāo)中確定頻率為f,3f,...,(2N-1)f的圓周線圖像灰度值數(shù)組。

根據(jù)靶標(biāo)半徑關(guān)系，靶標(biāo)為3層靶標(biāo)，在靶標(biāo)1圓周線Ⅰ2和圓周線Ⅱ3之間確定要計算的MTF的頻率值f及其在靶標(biāo)上的徑向位置，同時在圓周線Ⅱ3和圓周線Ⅲ4之間確定3倍f的徑向位置，在圓周線Ⅲ4和圓周線Ⅳ5之間確定5倍f的徑向位置，以三個徑向位置到靶標(biāo)中心的距離為半徑，虛擬畫圓得到三個圓周線，應(yīng)用圖像處理的方法，獲得三個圓周所有點的圖像灰度值數(shù)組。

步驟3、將所有圖像序列所有靶標(biāo)圖像按第二步的步驟處理。

步驟4、將線速度相同，頻率比為1：3：5：…：(2N-1)的圖像灰度值數(shù)組組成一組。

步驟5，識別每一個圖像灰度值數(shù)組灰度值的最大值I_max(f)，I_max(3f)，I_max(5f),…,I_max[(2N-1)f]和最小值I_min(f)，I_min(3f)，I_min(5f),…,I_min[(2N-1)f]。

步驟6，計算像方調(diào)制度

步驟7，計算對比傳遞函數(shù)CTF(f)＝M_像(f)/M_物(f)，CTF(3f)＝M_像(3f)/M_物(3f)，CTF(5f)＝M_像(5f)/M_物(5f),…,CTF[(2N-1)f]＝M_像[(2N-1)f]/M_物[(2N-1)f]。

步驟8，計算MTF，

，得到一個頻率和一個線速度的數(shù)據(jù)；

根據(jù)角速度與線速度之間關(guān)系和不同頻率圖案在靶標(biāo)上的位置，等比例地設(shè)定步進(jìn)電機(jī)14轉(zhuǎn)速，重復(fù)步驟1至步驟8，可獲得同一頻率在不同線速度下的MTF值。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。