本发明涉及光学成像质量评价领域，具体而言，涉及一种光学成像系统成像质量的确定方法和装置。
背景技术：
光学成像系统根据应用环境的不同，可以分为多个种类，其中，根据光学成像系统所搭载的系统与地面的距离可以分为近地面空间的光学成像系统、适用于卫星遥感的光学成像系统等。对于近地面空间的光学成像系统的选型，例如，在光电载荷等系统平台搭载光学成像系统(包括CCD等光学和电子模块)时，选型多凭借经验选取，或者是采用尽量高性能的光学成像系统。第一种选型方法是延续了经验，但在较复杂的近地空间判断光学成像系统的成像质量无法给出一个性能量化的考量；第二种方法则在追求高性能的镜头和优质的CCD时会存在成本溢出，光学成像系统可能不需要使用那么优质的镜头和CCD就已经可以在某种搭配下实现较好的光学图像性能，仅将高性能作为选型的参考会导致不必要的成本浪费。
因此，为了更好地实现对光学成像系统的选型，需要对光学成像系统的成像质量进行评价。现有技术中，对光学成像系统的成像质量已经存在一些方法，但是在较复杂的应用环境下，例如在近地面空间实现对地面的远距离拍摄时，目前的成像质量评价方法无法准确地估计光学成像系统对地面信息的成像能力，需要一种成像质量的评价方法更准确地评价光学成像系统的成像质量。
针对相关技术中评价光学成像系统的成像质量的方法准确率较低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种光学成像系统成像质量的确定方法和装置，以至少解决相关技术中评价光学成像系统的成像质量的方法准确率较低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光学成像系统成像质量的确定方法，该方法包括：确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率；结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响。
进一步地，光学成像系统包括用于将光信号转换为电信号的感光部件，结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响包括：获取感光部件对每种光的感光效率，其中，感光效率用于表示感光部件将对应波长的光信号转换为电信号的转换效率；基于获取的感光部件对每种光的感光效率计算在不同的空气厚度、不同的波长下感光部件的感光效率。
进一步地，光学成像系统还包括镜头，基于获取的感光部件对每种光的感光效率计算在不同的空气厚度、不同的波长下感光部件的感光效率包括：获取镜头的调制传递函数曲线；基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况。
进一步地，在基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况之后，该方法还包括：确定光学成像系统的应用环境对光学成像系统的成像质量的需求；判断在应用环境下光学成像系统的成像对比度是否满足需求；如果判断结果为否，则重新选择光学成像系统的镜头和/或感光部件，直至计算出的光学成像系统的成像对比度在应用环境下满足需求。
进一步地，基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况包括：通过仿真软件计算空气厚度、波长与光学成像系统的调制传递函数值的关系式并绘制关系式的三维图。
进一步地，光学成像系统为应用在近地空间的光学成像系统，在结合每种波长的光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对光学成像系统的成像质量的影响之后，该方法还包括：确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向与空气厚度的关系；确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向对光学成像系统的成像质量的影响。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种光学成像系统成像质量的确定装置，该装置包括：第一确定单元，用于确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率；第二确定单元，用于结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响。
进一步地，光学成像系统包括用于将光信号转换为电信号的感光部件，第二确定单元包括：获取模块，用于获取感光部件对每种光的感光效率，其中，感光效率用于表示感光部件将对应波长的光信号转换为电信号的转换效率；计算模块，用于基于获取的感光部件对每种光的感光效率计算在不同的空气厚度、不同的波长下感光部件的感光效率。
进一步地，光学成像系统还包括镜头，计算模块包括：获取子模块，用于获取镜头的调制传递函数曲线；计算子模块，用于基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况。
进一步地，该装置还包括：第三确定单元，用于在基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况之后，确定光学成像系统的应用环境对光学成像系统的成像质量的需求；判断单元，用于判断在应用环境下光学成像系统的成像对比度是否满足需求；执行单元，用于如果判断结果为否，则重新选择光学成像系统的镜头和/或感光部件，直至计算出的光学成像系统的成像对比度在应用环境下满足需求。
进一步地，计算子模块还用于通过仿真软件计算空气厚度、波长与光学成像系统的调制传递函数值的关系式并绘制关系式的三维图。
进一步地，光学成像系统为应用在近地空间的光学成像系统，该装置还包括：第四确定单元，用于在结合每种波长的光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对光学成像系统的成像质量的影响之后，确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向与空气厚度的关系；第五确定单元，用于确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向对光学成像系统的成像质量的影响。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行本发明的光学成像系统成像质量的确定方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行本发明的光学成像系统成像质量的确定方法。
在本发明实施例中，通过确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率，结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响，解决了相关技术中评价光学成像系统的成像质量的方法准确率较低的技术问题，进而实现了更准确地评价光学成像系统的成像质量的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的光学成像系统成像质量的确定方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的光学成像系统成像质量的确定方法的原理示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的空气厚度与光透过率的关系曲线示意图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的CCD感光量子效率曲线示意图；
图5是根据本发明实施例的一种可选的镜头的调制传递函数曲线示意图；
图6是根据本发明实施例的一种可选的光学成像系统成像质量的确定装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请提供了一种光学成像系统成像质量的确定方法的实施例。本发明提供的光学成像系统成像质量的确定方法可以应用于多种光学成像系统，例如，应用在近地空间的用于拍摄地面信息的光学成像系统。
图1是根据本发明实施例的一种可选的光学成像系统成像质量的确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率。
大气对光的传播具有发散作用，光在穿过空气之后光的强度会下降，可以用光透过率来表示光在穿过厚度不同的空气之后的强度变化。而如果光的波长不同，其在通过相同厚度的空气之后的强度下降的程度也不相同，因此，可以分别确定不同波长的光在穿过空气之后的光通过率，也即，确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率。
步骤S102，结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响。
在确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率之后，结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率的变化确定空气厚度对每种波长的光的成像质量的影响。该影响可以用一个指标参数来表示，具体的指标的公式可以依据对光学成像系统的成像质量的需求确定。例如，如果对光学成像系统的成像对比度有需求，则可以结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率计算在穿过厚度不同的空气上时光学成像系统的成像对比度，根据成像对比度的大小变化确定空气厚度对成像质量的影响。或者，也可以用其它的指标参数作为成像质量的评价指标参数，例如，调制传递函数(Modulation Transfer Function，简称MTF)、分辨率、清晰度等，本发明实施例对此不作限定，只要该评价指标参数能够表示光学成像系统成像质量的至少一个方面即可。
该实施例通过确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率，结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响，该实施例提供的成像质量的确定方法考虑到空气厚度对光学成像系统的成像质量的影响，解决了相关技术中评价光学成像系统的成像质量的方法准确率较低的技术问题，进而实现了更准确地评价光学成像系统的成像质量的技术效果。进一步地，该实施例提供的方法可以采用仿真的手段对成像质量进行量化的评价，能够指导对光学成像系统的选型，在使得光学成像系统在达到成像质量要求的前提下尽可能地减小光学成像系统中各成像部件的成本，避免因选型不当造成的成本损失。
上述实施例应用的光学成像系统可以包括用于将光信号转换为电信号的感光部件，作为上述实施例的一种优选实施方式，在结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响时，可以先获取感光部件对每种光的感光效率，其中，感光效率用于表示感光部件将对应波长的光信号转换为电信号的转换效率，再基于获取的感光部件对每种光的感光效率计算在不同的空气厚度、不同的波长下感光部件的感光效率。
进一步地，光学成像系统还可以包括镜头，在基于获取的感光部件对每种光的感光效率计算在不同的空气厚度、不同的波长下感光部件的感光效率时，可以获取镜头的调制传递函数曲线(MTF曲线)，进而基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况。
在基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况之后，还可以根据成像对比度的结果是否满足光学成像系统应用环境对成像质量的需求来判断是否需要重新对光学成像系统中的部件进行选型。具体地，判断过程的步骤可以包括：确定光学成像系统的应用环境对光学成像系统的成像质量的需求；判断在应用环境下光学成像系统的成像对比度是否满足需求；如果判断结果为否，则重新选择光学成像系统的镜头和/或感光部件，直至计算出的光学成像系统的成像对比度在应用环境下满足需求。
上述的计算过程可以是通过仿真软件计算的，在基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况时，可以是通过仿真软件计算空气厚度、波长与光学成像系统的调制传递函数值的关系式并绘制关系式的三维图。
可选地，该实施例提供的光学成像系统成像质量的确定方法所应用的光学成像系统可以是应用在近地空间的光学成像系统，例如，光学遥感系统，近地空间的光学成像系统是工作在近地空间的光学成像系统，可以搭载在近地空间飞行器等光电载荷平台上，近地空间的光学成像系统能够拍摄地面的信息，因此，在评价近地空间的光学成像系统的成像质量时需要考虑到光学成像系统穿过的空气厚度。在这种应用环境下，在结合每种波长的光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对光学成像系统的成像质量的影响之后，还可以确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向与空气厚度的关系，基于光学成像系统所在的高度及拍摄方向与空气厚度的关系确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向对光学成像系统的成像质量的影响。
下面结合一种具体的实施例对上述光学成像系统成像质量的确定方法的步骤进行详细的说明：
为了指导对近地空间飞行器上搭载的光学成像系统的选型，需要量化地预先得知光学成像系统在近地空间飞行器上获取地面信息的能力，该实施例通过仿真的方法对一套具体的光学成像系统的成像质量进行量化评价，如果符合成像质量的要求，则选型成功，如果不符合，则选型失败，重新确定一套光学成像系统进行成像质量评价，直至选型成功。
该实施例提供的光学成像系统成像质量的确定方法的过程如图2所示，首先确定大气衰减因子和CCD的量子效率对光学系统调制传递函数MTF的影响，然后确定图片清晰度分布的情况。
首先，确定大气衰减因子的曲线，获取某个预设波长下随空气厚度变化光透过率变化的趋势曲线如图3所示。
其次，选取一款CCD(感光部件)，确定该CCD的量子效率，量子效率也即量子转换效率，用于表示CCD将光信号转换为电信号的转换效率，该CCD的量子效率曲线示意图如图4所示。
最后，获取镜头的MTF曲线，图5为Nikon 18-200mm变焦镜头的MTF曲线的示意图，这种MTF曲线表示镜头的像点与像场中心距离与MTF值之间的关系曲线，图5中每一条曲线分别代表不同像面(弧矢面和子午面)上对不同空间频率(单位lp/mm)的MTF曲线。其中，假定该MTF曲线为实际测量的结果。
在确定上述的大气衰减因子的曲线、CCD的量子效率和镜头的MTF曲线之后，利用CCD对该预设波长的量子转换效率和随着空气厚度变化导致该预设波长的透过率变化的关系，做算法运算，以确定光学成像系统在该预设波长及特定空间频率、特定像面下高空中相机捕获画面的MTF整体分布状态。具体的，可以通过仿真软件(如Matlab)确定和绘制空气厚度(与地面的距离)、像点与像场中心距离及MTF值之间的三维图，该三维图能够反映在成像平面上不同位置的MTF值，并且涵盖了CCD量子效率对MTF值的影响，其中，空气厚度和像点与像场中心距离是自变量，MTF值是因变量，MTF值用于表示相对强度(或对比度，Relative Intensity)，其中，不同空间频率、不同像面及不同的预设波长下MTF分布的三维图是不同的。
该实施例提供的光学成像系统成像质量的确定方法是一种适用于评价近地空间飞行器用光学成像系统成像清晰度的方法，通过仿真的手段比较详细的描述和评价近地空间飞行器承载的光学成像系统的成像质量，能够非常直观的预先获得在空中光学成像系统成像质量的量化指标。倘若MTF曲线为光学成像系统在动态下的分布情况，则能够更加准确的描述在空中动态条件下光学成像系统成像的清晰度。其中，静态的空间传递调制函数和动态的空间传递调制函数存在较大差异，该实施例是适用于近地空间飞行器的光学成像系统，而这种工作环境下光学成像系统处于动态状态，动态条件下的空间传递调制函数的获得一直是一个较难获得的数据，它关系到静态状态下的光学系统的MTF分布，CCD的TDI时间，以及飞行器的运动速度，姿态以及晃动的角速度等多元因素，这样的多元和随机性导致了动态条件下的空间传递调制函数比较难描述，该实施例将动态空间调制传递函数封装成为镜头空间传递调制函数来进行整体的考量能够避免增加算法的复杂度。此外，光学成像系统在CCD上的成像状态也能够被绘制的图描述，相比传统对最小分辨单元的界定方法，这样的具象手段能够更加全面的反应光学系统状态，对选取CCD及相机镜头方面具有指导意义。
需要说明的是，在附图的流程图虽然示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行本发明实施例的光学成像系统成像质量的确定方法。
本申请提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行本发明实施例的光学成像系统成像质量的确定方法。
本申请还提供了一种光学成像系统成像质量的确定装置的实施例。
图6是根据本发明实施例的一种可选的光学成像系统成像质量的确定装置的示意图，如图6所示，该装置包括第一确定单元10和第二确定单元20。
第一确定单元用于确定多种波长不同的光中每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率。第二确定单元用于结合每种光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对每种光在光学成像系统中成像的成像质量的影响。
可选地，光学成像系统包括用于将光信号转换为电信号的感光部件，第二确定单元包括：获取模块，用于获取感光部件对每种光的感光效率，其中，感光效率用于表示感光部件将对应波长的光信号转换为电信号的转换效率；计算模块，用于基于获取的感光部件对每种光的感光效率计算在不同的空气厚度、不同的波长下感光部件的感光效率。
可选地，光学成像系统还包括镜头，计算模块包括：获取子模块，用于获取镜头的调制传递函数曲线；计算子模块，用于基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况。
可选地，该装置还包括：第三确定单元，用于在基于镜头的调制传递函数曲线计算在不同的空气厚度、不同的波长下光学成像系统的调制传递函数分布情况之后，确定光学成像系统的应用环境对光学成像系统的成像质量的需求；判断单元，用于判断在应用环境下光学成像系统的成像对比度是否满足需求；执行单元，用于如果判断结果为否，则重新选择光学成像系统的镜头和/或感光部件，直至计算出的光学成像系统的成像对比度在应用环境下满足需求。
可选地，计算子模块还用于通过仿真软件计算空气厚度、波长与光学成像系统的调制传递函数值的关系式并绘制关系式的三维图。
可选地，光学成像系统为应用在近地空间的光学成像系统，该装置还包括：第四确定单元，用于在结合每种波长的光穿过厚度不同的空气时的光透过率确定空气厚度对光学成像系统的成像质量的影响之后，确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向与空气厚度的关系；第五确定单元，用于确定光学成像系统所在的高度及与光学成像系统的拍摄方向对光学成像系统的成像质量的影响。
上述的装置可以包括处理器和存储器，上述单元均可以作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
上述本申请实施例的顺序不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。
其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。