一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置及其测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置及其测试方法，整机系统传递函数的测试装置包括二维运动平台、目标源模拟部件、三维精密转台和计算机部件，其关键在于该测试装置能够实现光学成像相机各种工作距离和各个视场的整机系统传递函数的测试；利用测试装置的整机系统传递函数的测试方法的关键在于二维运动台和三维精密转台的配合使用，易于消除传函测试板和待测光学成像相机之间的角度误差，而且通过三维精密转台的步进扫描，能够易于消除传函测试板的线条与待测光学成像相机之间的位置误差，使整机系统传递函数的测试值更接近于待测光学成像相机的真实值，更能科学、全面的评价待测光学成像相机的成像质量。
【专利说明】一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于成像相机检测【技术领域】，涉及一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]目前国内大多数科研单位对光学成像相机成像质量的评价，还是以光学镜头的光学传递函数测试值作为主要参考，而很少涉及对整机系统传递函数的测试。这是因为光学镜头光学传递函数测试技术成熟，是目前公认的能够客观评价光学镜头成像质量的测试方法。而整机系统传递函数的测试对其研究相对较少，原因是影响整机系统传递函数的因素很多，其中主要包括:光学镜头光学传递函数、杂光、像面均匀性、探测器传函等。但是整机传递函数的测试更具有全面性，能够真实的测试出整机设备的成像质量，是今后对整机设备像质评价的发展趋势。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置及其测试方法。
[0004]为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0005]本发明提供了一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置，该测试装置包括二维运动台、目标模拟部件、三维精密转台和计算机部件；其中，
[0006]二维运动台，具有旋转运动和直线运动的功能，用于支撑目标模拟部件，且二维运动台的旋转轴和目标模拟部件的光轴中心同轴，二维运动台的直线运动方向为目标模拟部件的光轴方向；
[0007]目标模拟部件，为整机传递函数测试提供目标源，该目标模拟部件包括均匀照明组件、传函测试板和成像组件；其中，
[0008]均匀照明组件，为整机传递函数测试提供均匀照明和光谱谱段；
[0009]传函测试板，为整机传递函数测试提供与待测光学成像相机匹配的线条图案，线条图案为占空比为1:1的明暗相间的多对矩形线条；
[0010]成像组件，为整机传递函数测试提供与待测光学成像相机匹配的工作距离；
[0011]三维精密转台，用于支撑待测光学成像相机，且三维精密转台的旋转轴和待测光学成像相机的光轴同轴；
[0012]计算机部件，用于控制三维精密转台的运动、采集待测光学成像相机的成像并对图像进行处理、计算，该计算机部件包括图像采集模块、图像处理模块、传函计算模块和三维转台控制模块；其中，
[0013]图像采集模块，用于采集待测光学成像相机的成像；
[0014]图像处理模块，用于将采集图像进行处理，得到整机系统传递函数计算所需要的图像；
[0015]传函计算模块，用于计算整机系统传递函数值；
[0016]三维转台控制模块，用于控制三维精密转台的运动；
[0017]本发明提供一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试方法，该测试方法包括以下步骤:
[0018]步骤1，保证相机工作距离:调整二维运动台的直线运动，保证目标模拟部件到待测光学成像相机的距离为待测光学成像相机的工作距离；
[0019]步骤2，保证像元方向和测试板线条方向一致:根据计算机组件采集到的图像灰度计算统计情况，通过调整二维运动台的旋转运动和三维精密转台的旋转运动，让目标模拟部件的传函测试板的线条图像方向与待测光学成像相机的CCD或CMOS的像元方向一致，保证每一行或列的平均灰度值一致；
[0020]步骤3，中心视场传递函数测试:待测光学成像相机的中心视场传递函数测试包括以下步骤:
[0021]步骤31，计算机部件控制三维精密转台以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块采集m幅图像，三维精密转台共调整η次，图像采集模块共采集η次，在中心视场第一方向采集的图像为:
[0022]第一次采集图像为:Τ+ 111、Τ + 112、Τ + 113……T + llm;
[0023]第二次采集图像为:T 中 121、T 中 122、T 中 I23......T 中 12η]；
[0024]第三次采集图像为:Τ中m、T中132、Τ + 133……T + 13m;
[0025]第η次采集图像为:Τ 中 lnl、T 中 in2、T 中 in3......T 中 Inm ;
[0026]步骤32,计算机部件控制三维精密转台旋转90° ,让待测光学成像相机的另一个像元方向与传函测试板的线条方向一致；
[0027]步骤33，计算机部件控制三维精密转台以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块采集m幅图像，三维精密转台共调整η次，图像采集模块共采集η次，在中心视场第二方向采集的图像为:
[0028]第一次采集图像为中 211、T 中 212、T 中 213......T 中 21m ；
[0029]第二次釆集图像为中 221、T 中 222、T 中 223......T 中 22m ；
[0030]第三次釆集图像为:T 中 231、T 中 232、T 中 233......T 中 23m ；
[0031]第η次釆集图像为:Τ 中 2nl、T 中 2n2、T 中 2n3......T 中 2nm ;
[0032]步骤4，边缘视场传递函数测试:待测光学成像相机的边缘视场传递函数测试包括以下步骤:
[0033]步骤41，计算机部件控制三维精密转台让传函测试板的线条图像在待测光学成像相机的边缘视场成像，计算机部件控制三维精密转台以待测光学成像相机像元分辨率的I/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块采集m幅图像，三维精密转台共调整η次，图像采集模块共采集η次，在边缘视场第一方向采集的图像为:
[0034]第一次采集图像为=Iai^IaiWlail3……
[0035]第二次采集图像为=Iai2Plai22Jm23……Tm2m;
[0036]第三次采集图像为=Iai3Plai32Jm33……Tm3m;
[0037]第η次采集图像为:T边lnl、T边ln2、T边1η3……T边lnm;
[0038]步骤42，计算机部件控制三维精密转台旋转90°，让待测光学成像相机的另一个像元方向与传函测试板的线条方向一致；
[0039]步骤43，计算机部件控制三维精密转台以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块采集m幅图像，三维精密转台共调整η次，图像采集模块共采集η次，在边缘视场第二方向采集的图像为:
[0040]第一次采集图像为边 211、丁边212、丁边213......T 边 21m ；
[0041]第二次釆集图像为边 221、T 边 222、T 边 223......T 边 22m ；
[0042]第三次釆集图像为:Τ 边 231、T 边 232、T 边 233......T 边 23m ；
[0043]第η 次米集图像为 -Ta2nPTaz2l^Taz2n3......Taz2nm;
[0044]步骤5，采集背景图像:以中心视场和边缘视场的传递函数测试所用的曝光时间获取传函测试板的背景图像m幅，采集的背景图像为:
[0045]中心视场背景图像为:T中……T + m;
[0046]边缘视场背景图像为:T边丨、T边2、1"边3......T.;；
[0047]步骤6，传函测试图像灰度值计算分析:分别统计并计算中心视场、边缘视场的每一方向η次测试图像中的第一幅中的相邻黑白线条的灰度均值，选取η幅中黑白灰度均值差别最大的一幅测试图像作为传递函数计算图像，传函计算图像为:
[0048]中心视场第一方向:T 中 lmaxl、T 中]_max2、T 中]_max3T 中 Imaxm ?
[0049]中心视场第二方向:T 中 2maxl、T 中 2max2、T 中 2max3T 中 2maxm ?
[0050]边缘视场第一方向
'T 边 lmaxl、T 边 imax2、T 边]_max3T 边 Imaxm ?
[0051]边缘视场第二方向:T 边 2maxl、T 边 2max2、T 边 2max3T 边 2maxm ?
[0052]步骤7，传递函数计算:待测光学成像相机整机系统传递函数计算包括以下步骤:
[0053]步骤71，中心视场第一方向传递函数计算:
[0054]
【权利要求】
1.一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试装置，其特征在于，该测试装置包括二维运动台(11)、目标模拟部件(12)、三维精密转台(14)和计算机部件(15);其中， 二维运动台(11)，具有旋转运动和直线运动的功能，用于支撑目标模拟部件(12)，且二维运动台(11)的旋转轴和目标模拟部件的光轴中心同轴，二维运动台(11)的直线运动方向为目标模拟部件的光轴方向； 目标模拟部件(12)，为整机传递函数测试提供目标源，该目标模拟部件(12)包括均匀照明组件(121)、传函测试板(122)和成像组件(123);其中， 均匀照明组件(121)，为整机传递函数测试提供均匀照明和光谱谱段； 传函测试板(122)，为整机传递函数测试提供与待测光学成像相机匹配的线条图案，线条图案为占空比为1:1的明暗相间的多对矩形线条； 成像组件(123)，为整机传递函数测试提供与待测光学成像相机匹配的工作距离；三维精密转台(14)，用于支撑待测光学成像相机，且三维精密转台(14)的旋转轴和待测光学成像相机的光轴同轴； 计算机部件(15)，用于控制三维精密转台的运动、采集待测光学成像相机的成像并对图像进行处理、计算，该计算机部件(15)包括图像采集模块(151)、图像处理模块(152)、传函计算模块(153)和三维转台控制模块(154);其中， 图像采集模块(151)，用于采集待测光学成像相机的成像； 图像处理模块(152)，用于将采集图像进行处理，得到整机系统传递函数计算所需要的图像； 传函计算模块(153)，用于计算整机系统传递函数值； 三维转台控制模块(154)，用于控制三维精密转台的运动。
2.一种用于光学成像相机整机系统传递函数的测试方法，其特征在于，该测试方法包括以下步骤: 步骤1，保证相机工作距离:调整二维运动台(11)的直线运动，保证目标模拟部件(12)到待测光学成像相机的距离为待测光学成像相机的工作距离； 步骤2，保证像元方向和测试板线条方向一致:根据计算机组件采集到的图像灰度计算统计情况，通过调整二维运动台(11)的旋转运动和三维精密转台(14)的旋转运动，让目标模拟部件(12)的传函测试板(122)的线条图像方向与待测光学成像相机的CCD或CMOS的像元方向一致，保证每一行或列的平均灰度值一致； 步骤3，中心视场传递函数测试:待测光学成像相机的中心视场传递函数测试包括以下步骤: 步骤31，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(15)共调整η次，图像采集模块共采集η次，在中心视场第一方向采集的图像为: 第一次采集图像为=T中m、T中112、T中113……T中llm ; 第二次米集图像为:τ中121、T * 122、T φ 123......τ中12m ; 第三次采集图像为:T中131、T中132、T中133……T中13m ; 第η次米集图像为:τ中lnl、T中ln2、T中ln3......丁中lnm ; 步骤32，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)旋转90°，让待测光学成像相机的另一个像元方向与传函测试板(122)的线条方向一致； 步骤33，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(15)共调整η次，图像采集模块共采集η次，在中心视场第二方向采集的图像为:
第一次采集图像为:Τ 中 211、T 中 212、T 中 213......T 中 21m ； 第二次釆集图像为:T
中 221、T 中 222、T 中 223......T 中 22η1 ； 第三次米集图像为:T + 231、T中232、Τφ 233......T*23m ; 第η次米集图像为:τ中2nl、T φ2η2> T中2η3......Tcfj2nm ; 步骤4，边缘视场传递函数测试:待测光学成像相机的边缘视场传递函数测试包括以下步骤: 步骤41，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)让传函测试板(122)的线条图像在待测光学成像相机的边缘视场成像，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(15)共调整η次，图像采集模块共采集η次，在边缘视场第一方向采集的图像为: 第一次采集图像为JmnJmi2Jmi3……Iailm; 第二次采集图像为:T边121、T边122、T边123……T边12m ; 第三次采集图像为Jm31Jm32Jm33……Iai3m; 第 η 次米集图像为:Tainl、Tain2、Tain3......Tainm ； 步骤42，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)旋转90°，让待测光学成像相机的另一个像元方向与传函测试板(122)的线条方向一致； 步骤43，计算机部件(15)控制三维精密转台(14)以待测光学成像相机像元分辨率的l/η的角度进行调整，每调整一次，图像采集模块(151)采集m幅图像，三维精密转台(15)共调整η次，图像采集模块共采集η次，在边缘视场第二方向采集的图像为: 第一次采集图像为:Ta211、T边212、Ia213……Ia21m; 第二次米集图像为:T边221、T边222、T边223......Τ边22m ； 第三次采集图像为:Ta231>Ta 232 >Ta 233……Ia23m; 第η次米集图像为:Τ边2nl、Ta2n2、T边2n3......1^2nm ； 步骤5，采集背景图像:以中心视场和边缘视场的传递函数测试所用的曝光时间获取传函测试板(122)的背景图像m幅，采集的背景图像为: 中心视场背景图像为:T + 1、T*2、T + 3……T + m; 边缘视场背景图像为=T边r Ua23……Tam； 步骤6，传函测试图像灰度值计算分析:分别统计并计算中心视场、边缘视场的每一方向η次测试图像中的第一幅中的相邻黑白线条的灰度均值，选取η幅中黑白灰度均值差别最大的一幅测试图像作为传递函数计算图像，传函计算图像为: 中心视场第一方向:Τ 中 Imaxl、T 中 lmax2、T 中 lmax3T 中 Imaxm ? 中心视场第二方向:τ 中 2maxl、T 中 2max2、T 中 2max3T 中 2maxm ? 边缘视场第一方向:τ
边 Imaxl、T 边！max2、T 边]_max3T 边 Imaxm ; 边缘视场第二方向:τ 边 2maxl、T 边 2max2、T 边 2max3^ 边 2maxm ;步骤7，传递函数计算:待测光学成像相机整机系统传递函数计算包括以下步骤: 步骤71，中心视场第一方向传递函数计算:
其中，⑴式中1DN_+为在中心视场第一方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为:
其中⑵式*DNT+lmaxm自为T + lmaxm图像中白线线条灰度值； (I)式中IDNmint为在中心视场第一方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为:
其中⑶式中DNT+lmaxm胃为Ttlmaxm图像中黑线线条灰度值； (I)式中DNb+为在中心视场传函测试板无黑白线条的背景图像灰度均值，其计算公式为:
其中⑷式*DNT+mS Ttm图像中背景图像灰度值； 步骤72，中心视场第二方向传递函数计算:
其中，(5)式中2DN_+为在中心视场第二方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为:
其中(6)式*DNT+2maxm 6为Tt2maxm图像中白线线条灰度值； (5)式中2DNmin +为在中心视场第二方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为:
其中那个⑵式中DNT+2maxm黑:为Tt2maxm图像中黑线线条灰度值； 步骤73，边缘视场第一方向传递函数计算:
其中，⑶式中，IDNmaxa为在边缘视场第一方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为:
其中(9)式*DNt—aimaxm 6为Taimaxm图像中白线线条灰度值； (8)式中IDNmina为在边缘视场第一方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为:
其中(10)式中DN1^imaxm s为T + 2_m图像中黑线线条灰度值； (8)式中DNBaS在边缘视场传函测试板无黑白线条的背景图像灰度均值，其计算公式为:
步骤74，边缘视场第二方向传递函数计算:
其中，(12)式中2DNmaxa为在边缘视场第二方向传函测试板黑白线条中的白线图像灰度均值，其计算公式为:
其中(13)式中DNTt2maxm白为Tt2maxm图像中白线线条灰度值； (12)式中2DNmin为在边缘视场第二方向传函测试板黑白线条中的黑线图像灰度均值，其计算公式为:
其中(14)式中DNT>2maxm黑为Tt2niaxni图像中黑线线条灰度值。
【文档编号】G01M11/02GK104198162SQ201410476257
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】余国彬, 刘恩海, 赵汝进, 钟杰, 周向东, 王进, 周武林 申请人:中国科学院光电技术研究所