[发明专利]电视成像系统调制传递函数测试装置及方法

权利要求书

1.一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)、 靶标组(2)、滤光片组(3)、平面反射镜(4)、离轴抛物面反射镜(5)和计算机处理系统(7)；

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；

所述积分球光源系统(1)的输出光强可调；

所述靶标组(2)由单狭缝靶标、多狭缝靶标和全黑靶标组成；根据需要选择靶标组(2) 中的靶标固定在积分球光源系统(1)的出口位置；靶标处于离轴抛物面反射镜(5)的焦点位 置；

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；

所述计算机处理系统(7)与积分球光源系统(1)以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。

2.根据权利要求1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)、卤钨灯(1-2)、精密直流程控电源(1-3)和电动可变光阑 (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/或电动可变光阑(1-4)调 整积分球光源系统(1)输出光强。

3.根据权利要求2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；靶标组(2)的靶标边缘有缺口，靶标边缘缺口与定位销配合； 带有狭缝的靶标上的狭缝方向垂直于待测电视成像系统(8)的CCD靶面扫描方向。

4.根据权利要求1或2或3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： 靶标组(2)中，单狭缝靶标的狭缝宽度选取为50μm、100μm或200μm，单狭缝靶标和多狭缝靶 标的狭缝开口直线性优于0.5％。

5.一种利用权利要求1所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：包括以下步骤：

步骤1：将靶标组(2)中的多狭缝靶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)，对多狭缝靶标进行图像采集，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I_{full_t}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；所述多狭缝靶标 上的狭缝个数为T；

步骤2：计算机处理系统(7)提取待测电视成像系统(8)对多狭缝靶标采集的图像，利用 该图像并按照以下步骤获得系统放大率β：

步骤2.1：采用二值化阈值T_BW对图像进行二值化处理，得到二值化图像I_BW；

步骤2.2：在二值化图像I_BW中选取一个矩形区域I_ROI，所述矩形区域I_ROI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；

步骤2.3：计算矩形区域I_ROI内每一行中灰度值为1的像素个数，形成数据序列{N_w}：

Nw=Σv=aAIROI(xv,yw)]]>

并依次计算系统放大率β：

β=(Σw=bBNw)×Δx/(B-b)T*L×f′f0]]>

其中，v，w均为整数，v＝a，a+1，a+2，…A；w＝b，b+1，b+1，…，B；(x_v,y_w)为矩形区域I_ROI中 像素(v,w)的坐标，(x_a,y_b)为矩形区域I_ROI中的像素起点(a,b)的坐标，(x_A,y_B)为矩形区域 I_ROI中的像素终点(A,B)的坐标；I_ROI(x_v,y_w)为矩形区域中(x_v,y_w)处的灰度值；Δx为待测电 视成像系统(8)的像素尺寸，L为多狭缝靶标的单个狭缝宽度；f'为待测电视成像系统(8)的 焦距，f₀为准直光学系统焦距；

步骤3：采用全黑靶标替换多狭缝靶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)，对全黑靶标进行图像采集；计算机处理系统(7)提取待测电视成像系统 (8)对全黑靶标采集的图像，得到背景灰度I_BK；

步骤4：采用单狭缝靶标替换全黑靶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)，对单狭缝靶标进行图像采集，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I_{full_t}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)对单狭缝靶标再次进行图像采集，计算机处理系统(7)对采集的若干帧图像进 行平均，得到平均灰度图像I_AV；

步骤5：通过以下步骤测量传递函数：

步骤5.1：在平均灰度图像I_AV中选取一个矩形区域I′_AV，所述矩形区域I′_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；

步骤5.2：对I′_AV中的每一行，均采用高斯函数对该行的灰度数据序列{L_i,j}进行最小二 乘法数据拟合，得到拟合后的灰度数据序列{LFIT_i,j}，其中L_i,j表示I′_AV中第j行的第i点的 灰度值，LFIT_i,j表示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{LFIT_i,j} 得到矩形区域I″_AV；

步骤5.3：搜索矩形区域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 (x_{max_u}，y_u)，得到数据序列{X_{max_u},Y_u}：

X_{max_u}＝{x_{max_e}，x_{max_e+1}，x_{max_e+2}，......x_{max_E}}，

Y_u＝{y_e，y_e+1，y_e+2，......y_E}；

其中u＝e，e+1，e+2，…E，y_e为矩形区域I″_AV中起始行的行坐标，y_E为矩形区域I″_AV中终 止行的行坐标；

步骤5.4：对于矩形区域I″_AV中的第u行，u＝e，e+1，e+2，…E，以该行灰度最大值对应像 素(max_u,u)为中心，计算中心两侧N_u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：

δ(yu)={Σn=1Nuabs[(IAV′′(xmax_u+n,yu)-IAV′′(xmax_u-n,yu)]}/Nu]]>

其中N_u同时满足条件abs[IAV′′(xmax_u+Nu,yu)-IAV′′(xmax_u-Nu,yu)]<Ψ,IAV′′(xmax_u+Nu,yu)<Φ,]]>IAV′′(xmax_u-Nu,yu)<Φ,xmax_u+Nu≤xD]]>和xmax_u-Nu≥xd;]]>x_d为I″_AV中起始列的列坐标，x_D为I″_AV中 终止列的列坐标，Ψ为像素灰度差阈值，Φ为像素灰度最小阈值，Φ取值为背景灰度值I_BK；

得到数据序列Δ_y＝{δ(y_e)，δ(y_e+1)，δ(y_e+2)，......，δ(y_E)}；

步骤5.5：搜索数据序列Δ_y的所有极小值：得到所 有极小值行坐标组成的新的数据序列LN₁～LN_f是对应极小值 所在行在矩形区域I″_AV中的行号；f是极小值个数；在数据序列Ω中任选两个相邻数据LN_p和 LN_p+1，得到倾斜角α为：

α=arctan[Δx/(yLNp+1-yLNp)];]]>

步骤5.6：对矩形区域I″_AV中，处于第LN_p行和第LN_p+1行之间的像素的灰度数据进行合 并，形成数据序列{LS(q)}：

当α>0时，LS(q)为：

LS(q)=IAV′′(xd,yLNp)q=1IAV′′(xd+intq,yLNp+modq)q>1]]>

当α<0时，LS(q)为：

LS(q)=IAV′′(xD,yLNp)q=1IAV′′(xD-intq,yLNp+modq)q>1]]>

其中int()为取整函数，mod()为取余函数；q＝1， 2，…，RN×(D-d)，RN＝LN_p+1-LN_p；d为I″_AV中起始列的像素编号，D为I″_AV中终止列的像素编 号；

步骤5.7：采用以下步骤对数据序列{LS(q)}进行采样，得到数据序列{LSF(t)}：

步骤5.7.1：计算采样间隔INT1：

INT1=int(RN/S)RN>S1RN≤S]]>

式中int()为取整函数；S为采样率；

步骤5.7.2：根据采样间隔INT1计算MOD_q：MOD_q＝mod(q/INT1)，mod()为取余函数；

步骤5.7.3：在数据序列{LS(q)}搜索MOD_q为0的数据，组成数据序列{LSF(t)}，数据序列 {LSF(t)}中的数据个数为INT2；

步骤5.8：根据以下公式计算F₀的h倍空间频率F_h的调制传递函数MTF(F_h)：

MTF(Fh)=1D0Ch2+Sh2MTFS(Fh)]]>

其中：

Ch=Σk=0K-1LSF(k+1)cos(2πhkK)]]>

Sh=Σk=0K-1LSF(k+1)sin(2πhkK)]]>

D0=Δv·Σk=1KLSF(k)]]>

MTFS(Fh)=sin(2πFhβl)2πFhβl]]>

F0=1(D-d)Δx]]>

Fh=h(D-d)Δx]]>

Δv=D-dKΔx]]>

K＝INT2；l为单狭缝靶标的狭缝宽度。