電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及光學計量與測量領域，具體為一種電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝 置及方法。
【背景技術】
[0002] 調制傳遞函數(shù)(MTF)是成像系統(tǒng)性能最基本的評價參數(shù)之一，反映了成像系統(tǒng)對 景物中各空間頻率分量的響應特性，體現(xiàn)了成像系統(tǒng)對不同空間頻率的目標對比度的傳輸 能力，因此MTF是評價成像系統(tǒng)成像性能的一項重要指標。
[0003] 可見光電視成像觀瞄系統(tǒng)負責對目標進行捜索、跟蹤和瞄準，其成像性能是決定 系統(tǒng)作用距離和跟蹤精度的關鍵所在，因此必須對電視成像系統(tǒng)的成像性能進行準確測量 和評估。
[0004] 可見光電視成像觀瞄系統(tǒng)通常是將光學系統(tǒng)和CCD成像器件固定在一起，由CCD將 光學系統(tǒng)所成的像轉化為電信號，然后對電信號進行電子放大和處理，最終將視頻圖像信 號傳輸?shù)斤@示器上，進行圖像顯示。由此可見，電視成像系統(tǒng)成像的性能不僅與光學系統(tǒng)成 像性能、CCD成像器件的性能有關，還與光學系統(tǒng)與CCD的匹配精度、電子電路的處理和轉化 精度等有關。因此，對于電視成像系統(tǒng)的MTF評價方法既不同于普通光學透鏡的像質評價， 也不同于CCD器件的性能評價方法。為了對電視成像系統(tǒng)的成像性能進行評價，就必須對電 視成像系統(tǒng)整機的MTF進行準確測量。
[000引電視成像系統(tǒng)MTF測試裝置需要利用待測電視成像系統(tǒng)自身CCD器件采集并獲得 祀標的圖像，由計算機軟件通過對CCD像面祀標的灰度分布進行分析計算得到待測電視成 像系統(tǒng)的MTF值。
[0006] 在實際中，由于電視成像系統(tǒng)MTF測試裝置照明光源強度空間分布的不均勻、強度 不穩(wěn)定、W及電視成像系統(tǒng)自身的特點，如接收器為離散型器件、具有不同灰度動態(tài)范圍， 器件具有隨機噪聲等，會影響CCD器件像面圖像的灰度分布W及線擴散函數(shù)的判讀等，最終 影響MTF測量結果。
【發(fā)明內容】
[0007] 為了解決W上問題，本發(fā)明提供一種電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝置及方 法，可對不同視頻格式、不同灰度等級、W及不同噪聲水平的各類電視成像系統(tǒng)MTF測量儀 進行高準確度測量。
[0008] 本發(fā)明的技術方案為：
[0009] 所述一種電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝置，其特征在于:包括積分球光源系 統(tǒng)（1)、祀標組(2)、濾光片組(3)、平面反射鏡(4)、離軸拋物面反射鏡巧)和計算機處理系統(tǒng) (7);
[0010 ]所述平面反射鏡(4)和所述離軸拋物面反射鏡(5)組成準直光學系統(tǒng)；
[0011]所述積分球光源系統(tǒng)（1)的輸出光強可調；
[001引所述祀標組(2)由單狹縫祀標、多狹縫祀標和全黑祀標組成;根據(jù)需要選擇祀標組 (2)中的祀標固定在積分球光源系統(tǒng)（1)的出口位置;祀標處于離軸拋物面反射鏡(5)的焦 點位置；
[0013] 所述濾光片組（3)安裝在積分球光源系統(tǒng)（1)的出口位置;將從積分球光源系統(tǒng) (1)輸出的光變?yōu)樗璨ㄩL的光；
[0014] 所述計算機處理系統(tǒng)(7)與積分球光源系統(tǒng)（1)W及待測電視成像系統(tǒng)(8)連接， 待測的電視成像系統(tǒng)(8)接收準直光學系統(tǒng)輸出的平行光;計算機處理系統(tǒng)(7)控制積分球 光源系統(tǒng)（1)調整輸出光強，計算機處理系統(tǒng)(7)控制待測電視成像系統(tǒng)(8)進行圖像采集， 計算機處理系統(tǒng)(7)對采集的圖像進行處理。
[0015] 進一步的優(yōu)選方案，所述一種電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝置，其特征在于： 所述積分球光源系統(tǒng)（1)由積分球（1-1)、面鶴燈（1-2)、精密直流程控電源（1-3)和電動可 變光闊（1-4)組成;計算機處理系統(tǒng)（7)控制精密直流程控電源（1-3)和/或電動可變光闊 (1-4)調整積分球光源系統(tǒng)（1)輸出光強。
[0016] 進一步的優(yōu)選方案，所述一種電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝置，其特征在于： 積分球（1-1)出口端面安裝有定位銷;祀標組(2)的祀標邊緣有缺口，祀標邊緣缺口與定位 銷配合;帶有狹縫的祀標上的狹縫方向垂直于待測電視成像系統(tǒng)(8)的CCD祀面掃描方向。
[0017] 進一步的優(yōu)選方案，所述一種電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試裝置，其特征在于： 祀標組(2)中，單狹縫祀標的狹縫寬度選取為50μπι、100Μ?或200μπι，單狹縫祀標和多狹縫祀 標的狹縫開口直線性優(yōu)于0.5%。
[0018] 所述一種利用上述裝置進行電視成像系統(tǒng)調制傳遞函數(shù)測試的方法，其特征在 于:包括W下步驟：
[0019] 步驟1:將祀標組(2)中的多狹縫祀標安裝在積分球光源系統(tǒng)（1)出口位置，調節(jié)待 測電視成像系統(tǒng)(8)，對多狹縫祀標進行圖像采集，計算機處理系統(tǒng)(7)計算成像所得圖像 數(shù)據(jù)中最大灰度值與待測電視成像系統(tǒng)(8)中探測器飽和灰度值IfuiLt的比值，若比值不滿 足設定要求，則調節(jié)積分球光源系統(tǒng)（1)的輸出光強，直至比值滿足設定要求;所述多狹縫 祀標上的狹縫個數(shù)為T;
[0020] 步驟2:計算機處理系統(tǒng)(7)提取待測電視成像系統(tǒng)(8)對多狹縫祀標采集的圖像， 利用該圖像并按照W下步驟獲得系統(tǒng)放大率β:
[0021 ] 步驟2.1:采用二值化闊值Tbw對圖像進行二值化處理，得到二值化圖像Ibw;
[0022] 步驟2.2:在二值化圖像18沖選取一個矩形區(qū)域11?)1，所述矩形區(qū)域11?)1高度方向上 的兩條邊均處在狹縫上，寬度方向上的兩條邊分別處于T個狹縫整體的兩側；
[0023] 步驟2.3:計算矩形區(qū)域Iroi內每一行中灰度值為1的像素個數(shù)，形成數(shù)據(jù)序列 {Nw}：
[0024]
[0025] 并依次計算系統(tǒng)放大率β:
[0026]
[0027] 其中，v，w均為整數(shù)，v = a，a+l，a+2, = ，b+l，b+l，···，B; (Xv,yw)為矩形區(qū)域 Iroi中像素(v，w)的坐標，（xa，yb)為矩形區(qū)域Iroi中的像素起點（a，b)的坐標，（XA，yB)為矩形 區(qū)域Iroi中的像素終點(A，B)的坐標;Iroi (xv，yw)為矩形區(qū)域中（xv，yw)處的灰度值；Δ X為待 測電視成像系統(tǒng)(8)的像素尺寸，L為多狹縫祀標的單個狹縫寬度;f'為待測電視成像系統(tǒng) (8)的焦距，時為準直光學系統(tǒng)焦距；
[0028] 步驟3:采用全黑祀標替換多狹縫祀標安裝在積分球光源系統(tǒng)（1)出口位置，調節(jié) 待測電視成像系統(tǒng)(8)，對全黑祀標進行圖像采集;計算機處理系統(tǒng)(7)提取待測電視成像 系統(tǒng)(8)對全黑祀標采集的圖像，得到背景灰度Ibk;
[0029] 步驟4:采用單狹縫祀標替換全黑祀標安裝在積分球光源系統(tǒng)（1)出口位置，調節(jié) 待測電視成像系統(tǒng)(8)，對單狹縫祀標進行圖像采集，計算機處理系統(tǒng)(7)計算成像所得圖 像數(shù)據(jù)中最大灰度值與待測電視成像系統(tǒng)(8)中探測器飽和灰度值IfuiLt的比值，若比值不 滿足設定要求，則調節(jié)積分球光源系統(tǒng)（1)的輸出光強，直至比值滿足設定要求;而后待測 電視成像系統(tǒng)(8)對單狹縫祀標再次進行圖像采集，計算機處理系統(tǒng)(7)對采集的若干帖圖 像進行平均，得到平均灰度圖像lAV;
[0030] 步驟5:通過W下步驟測量傳遞函數(shù)：
[0031] 步驟5.1:在平均灰度圖像lAv中選取一個矩形區(qū)域1/ AV，所述矩形區(qū)域1/ AV高度方 向上的兩條邊均處在狹縫上，寬度方向上的兩條邊分別處于狹縫兩側；
[0032] 步驟5.2:對I%v中的每一行，均采用高斯函數(shù)對該行的灰度數(shù)據(jù)序列化1,^進行最 小二乘法數(shù)據(jù)擬合，得到擬合后的灰度數(shù)據(jù)序列{LF 口 1,^，其中表示I%v中第j行的第i 點的灰度值，LFITi,讀示I^Av中第j行的第i點的擬合灰度值；由擬合后的灰度數(shù)據(jù)序列 (LF 口 ij}得到矩形區(qū)域I"Av;
[0033] 步驟5.3:捜索矩形區(qū)域I"Av中每一行的灰度最大值，得到矩形區(qū)域I"Av中每一行 灰度最大值對應像素的坐標，其中矩形區(qū)域I"Av中第U行灰度最大值對應像素(max_u，u)的 坐標為(Xmax_u，yu)，得到數(shù)據(jù)序列{Xmax_u，Yu}:
[0034] Xmax u _ { Xmax_e , Xmax_e+1 , Xmax_e+2 ,......Xmax_E} j
[003引 Yu= {ye，ye+i，ye+2,......ye}；
[0036] 其中u = e，e+l，e+2, ···EiYe為矩形區(qū)域I"AV中起始行的行坐標，yE為矩形區(qū)域I"AV 中終止行的行坐標；
[0037] 步驟5.4:對于矩形區(qū)域I"AV中的第U行，11 = e，e+1，e+2，…E，W該行灰度最大值對 應像素(max_u，u)為中屯、，計算中屯、兩側Nu個對稱像素點的灰度值之差的絕對值，并得到絕 對值的均值：
[003引
[0039] 其中亂同時滿足條件沁3[/^爭諷',,心.>',,）-^枯。,一,"，乂,）]<半、^片纖,,+.^^^ ，凡）<Φ、. Xn?__u+W,, - X。和 - %; Xd為 I" AV 中起始列的列坐柄，XD 為 I" AV 中 終止列的列坐標，Ψ為像素灰度差闊值，Φ為像素灰度最小闊值，Φ取值為背景灰度值Ibk;
[0040] 得到數(shù)據(jù)序列 Ay={S(ye)，S(ye+i)，S(ye+2)，......，S(yE)};
[0041 ] 步驟5.5 :