电视成像系统调制传递函数测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学计量与测量领域，具体为一种电视成像系统调制传递函数测试装 置及方法。
【背景技术】
[0002] 调制传递函数(MTF)是成像系统性能最基本的评价参数之一，反映了成像系统对 景物中各空间频率分量的响应特性，体现了成像系统对不同空间频率的目标对比度的传输 能力，因此MTF是评价成像系统成像性能的一项重要指标。
[0003] 可见光电视成像观瞄系统负责对目标进行捜索、跟踪和瞄准，其成像性能是决定 系统作用距离和跟踪精度的关键所在，因此必须对电视成像系统的成像性能进行准确测量 和评估。
[0004] 可见光电视成像观瞄系统通常是将光学系统和CCD成像器件固定在一起，由CCD将 光学系统所成的像转化为电信号，然后对电信号进行电子放大和处理，最终将视频图像信 号传输到显示器上，进行图像显示。由此可见，电视成像系统成像的性能不仅与光学系统成 像性能、CCD成像器件的性能有关，还与光学系统与CCD的匹配精度、电子电路的处理和转化 精度等有关。因此，对于电视成像系统的MTF评价方法既不同于普通光学透镜的像质评价， 也不同于CCD器件的性能评价方法。为了对电视成像系统的成像性能进行评价，就必须对电 视成像系统整机的MTF进行准确测量。
[000引电视成像系统MTF测试装置需要利用待测电视成像系统自身CCD器件采集并获得 祀标的图像，由计算机软件通过对CCD像面祀标的灰度分布进行分析计算得到待测电视成 像系统的MTF值。
[0006] 在实际中，由于电视成像系统MTF测试装置照明光源强度空间分布的不均匀、强度 不稳定、W及电视成像系统自身的特点，如接收器为离散型器件、具有不同灰度动态范围， 器件具有随机噪声等，会影响CCD器件像面图像的灰度分布W及线扩散函数的判读等，最终 影响MTF测量结果。
【发明内容】
[0007] 为了解决W上问题，本发明提供一种电视成像系统调制传递函数测试装置及方 法，可对不同视频格式、不同灰度等级、W及不同噪声水平的各类电视成像系统MTF测量仪 进行高准确度测量。
[0008] 本发明的技术方案为：
[0009] 所述一种电视成像系统调制传递函数测试装置，其特征在于:包括积分球光源系 统（1)、祀标组(2)、滤光片组(3)、平面反射镜(4)、离轴抛物面反射镜巧)和计算机处理系统 (7);
[0010 ]所述平面反射镜(4)和所述离轴抛物面反射镜(5)组成准直光学系统；
[0011]所述积分球光源系统（1)的输出光强可调；
[001引所述祀标组(2)由单狭缝祀标、多狭缝祀标和全黑祀标组成;根据需要选择祀标组 (2)中的祀标固定在积分球光源系统（1)的出口位置;祀标处于离轴抛物面反射镜(5)的焦 点位置；
[0013] 所述滤光片组（3)安装在积分球光源系统（1)的出口位置;将从积分球光源系统 (1)输出的光变为所需波长的光；
[0014] 所述计算机处理系统(7)与积分球光源系统（1)W及待测电视成像系统(8)连接， 待测的电视成像系统(8)接收准直光学系统输出的平行光;计算机处理系统(7)控制积分球 光源系统（1)调整输出光强，计算机处理系统(7)控制待测电视成像系统(8)进行图像采集， 计算机处理系统(7)对采集的图像进行处理。
[0015] 进一步的优选方案，所述一种电视成像系统调制传递函数测试装置，其特征在于： 所述积分球光源系统（1)由积分球（1-1)、面鹤灯（1-2)、精密直流程控电源（1-3)和电动可 变光阔（1-4)组成;计算机处理系统（7)控制精密直流程控电源（1-3)和/或电动可变光阔 (1-4)调整积分球光源系统（1)输出光强。
[0016] 进一步的优选方案，所述一种电视成像系统调制传递函数测试装置，其特征在于： 积分球（1-1)出口端面安装有定位销;祀标组(2)的祀标边缘有缺口，祀标边缘缺口与定位 销配合;带有狭缝的祀标上的狭缝方向垂直于待测电视成像系统(8)的CCD祀面扫描方向。
[0017] 进一步的优选方案，所述一种电视成像系统调制传递函数测试装置，其特征在于： 祀标组(2)中，单狭缝祀标的狭缝宽度选取为50μπι、100Μ?或200μπι，单狭缝祀标和多狭缝祀 标的狭缝开口直线性优于0.5%。
[0018] 所述一种利用上述装置进行电视成像系统调制传递函数测试的方法，其特征在 于:包括W下步骤：
[0019] 步骤1:将祀标组(2)中的多狭缝祀标安装在积分球光源系统（1)出口位置，调节待 测电视成像系统(8)，对多狭缝祀标进行图像采集，计算机处理系统(7)计算成像所得图像 数据中最大灰度值与待测电视成像系统(8)中探测器饱和灰度值IfuiLt的比值，若比值不满 足设定要求，则调节积分球光源系统（1)的输出光强，直至比值满足设定要求;所述多狭缝 祀标上的狭缝个数为T;
[0020] 步骤2:计算机处理系统(7)提取待测电视成像系统(8)对多狭缝祀标采集的图像， 利用该图像并按照W下步骤获得系统放大率β:
[0021 ] 步骤2.1:采用二值化阔值Tbw对图像进行二值化处理，得到二值化图像Ibw;
[0022] 步骤2.2:在二值化图像18冲选取一个矩形区域11?)1，所述矩形区域11?)1高度方向上 的两条边均处在狭缝上，宽度方向上的两条边分别处于T个狭缝整体的两侧；
[0023] 步骤2.3:计算矩形区域Iroi内每一行中灰度值为1的像素个数，形成数据序列 {Nw}：
[0024]
[0025] 并依次计算系统放大率β:
[0026]
[0027] 其中，v，w均为整数，v = a，a+l，a+2, = ，b+l，b+l，···，B; (Xv,yw)为矩形区域 Iroi中像素(v，w)的坐标，（xa，yb)为矩形区域Iroi中的像素起点（a，b)的坐标，（XA，yB)为矩形 区域Iroi中的像素终点(A，B)的坐标;Iroi (xv，yw)为矩形区域中（xv，yw)处的灰度值；Δ X为待 测电视成像系统(8)的像素尺寸，L为多狭缝祀标的单个狭缝宽度;f'为待测电视成像系统 (8)的焦距，时为准直光学系统焦距；
[0028] 步骤3:采用全黑祀标替换多狭缝祀标安装在积分球光源系统（1)出口位置，调节 待测电视成像系统(8)，对全黑祀标进行图像采集;计算机处理系统(7)提取待测电视成像 系统(8)对全黑祀标采集的图像，得到背景灰度Ibk;
[0029] 步骤4:采用单狭缝祀标替换全黑祀标安装在积分球光源系统（1)出口位置，调节 待测电视成像系统(8)，对单狭缝祀标进行图像采集，计算机处理系统(7)计算成像所得图 像数据中最大灰度值与待测电视成像系统(8)中探测器饱和灰度值IfuiLt的比值，若比值不 满足设定要求，则调节积分球光源系统（1)的输出光强，直至比值满足设定要求;而后待测 电视成像系统(8)对单狭缝祀标再次进行图像采集，计算机处理系统(7)对采集的若干帖图 像进行平均，得到平均灰度图像lAV;
[0030] 步骤5:通过W下步骤测量传递函数：
[0031] 步骤5.1:在平均灰度图像lAv中选取一个矩形区域1/ AV，所述矩形区域1/ AV高度方 向上的两条边均处在狭缝上，宽度方向上的两条边分别处于狭缝两侧；
[0032] 步骤5.2:对I%v中的每一行，均采用高斯函数对该行的灰度数据序列化1,^进行最 小二乘法数据拟合，得到拟合后的灰度数据序列{LF 口 1,^，其中表示I%v中第j行的第i 点的灰度值，LFITi,读示I^Av中第j行的第i点的拟合灰度值；由拟合后的灰度数据序列 (LF 口 ij}得到矩形区域I"Av;
[0033] 步骤5.3:捜索矩形区域I"Av中每一行的灰度最大值，得到矩形区域I"Av中每一行 灰度最大值对应像素的坐标，其中矩形区域I"Av中第U行灰度最大值对应像素(max_u，u)的 坐标为(Xmax_u，yu)，得到数据序列{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为矩形区域I"AV中起始行的行坐标，yE为矩形区域I"AV 中终止行的行坐标；
[0037] 步骤5.4:对于矩形区域I"AV中的第U行，11 = e，e+1，e+2，…E，W该行灰度最大值对 应像素(max_u，u)为中屯、，计算中屯、两侧Nu个对称像素点的灰度值之差的绝对值，并得到绝 对值的均值：
[003引
[0039] 其中亂同时满足条件沁3[/^争諷',,心.>',,）-^枯。,一,"，乂,）]<半、^片纖,,+.^^^ ，凡）<Φ、. Xn?__u+W,, - X。和 - %; Xd为 I" AV 中起始列的列坐柄，XD 为 I" AV 中 终止列的列坐标，Ψ为像素灰度差阔值，Φ为像素灰度最小阔值，Φ取值为背景灰度值Ibk;
[0040] 得到数据序列 Ay={S(ye)，S(ye+i)，S(ye+2)，......，S(yE)};
[0041 ] 步骤5.5 :