[发明专利]变频栅条靶标及其光电成像系统动态传递函数测量方法

说明书

本发明属于光电成像系统成像质量性能评价技术领域，具体涉及一种变频栅条靶标及其基于变频靶标的光电成像系统动态传递函数测量方法。本发明包括变频栅条靶标，靶标采用矩形栅条靶标图案，图案的整体分布为栅条的空间频率逐渐增大或逐渐减少。本发明通过对单个栅条靶标图案宽度进行有规律地逐级递增或递减设计，结合三杆靶法，应用栅条靶标图像傅里叶变换算法，解算出不同频率的MTF值。这种方法可以实现从一幅靶标采集图像中，解算出光电成像系统从低频到高频较宽频率范围的多点MTF值。

一、技术领域

本发明属于光电成像系统成像质量性能评价技术领域，具体涉及一种变频栅条靶标及其基于变频靶标的光电成像系统动态传递函数测量方法。

二、背景技术：

光学系统调制传递函数(MTF)与星点检验、分辨率、几何像差等像质检验方法相比，可以全面反映成像系统的成像性能，是被广泛采用的评价光学系统成像质量的标准方法之一。根据MTF检测时所采用的目标靶标不同，可将MTF检测分为点光源法、狭缝法、刀口法及栅条法等。除栅条法外，其他方法MTF均是通过光学系统点扩散函数傅里叶变换求解。这些方法的前提条件是光学系统的系统模型满足线性空间不变系统。光学系统与数字成像传感器组合形成光电成像系统。数字成像系统图像采集过程对图像二维空间坐标进行采样，最后输出数字图像。理论上，数字成像系统不是线性空间不变系统。只有当数字成像传感器的像元尺寸小于光学系统最小可分辨空间尺寸的二分之一以上时，可以用线性空间不变系统模型近似。

动态调制传递函数(MTF)是成像系统观测运动目标、或自身载体摇摆振动时、或两种运动同时存在时针对动态场景成像能力的评估参数之一。由于光电成像系统数字成像传感器具有一定的时延特性，也就是光电转换需要一定的时间。当目标运动时，光波波前相对于单个光电成像单元的稳定程度较静止目标时有明显下降。因此相同场景下运动目标相当于静目标，图像的对比度降低。从而引起光电成像系统的成像分辨率、光电成像系统的可探测和可识别能力下降。

栅条法(如三杆靶法)的数据解算基于图像中灰度的最大值与最小值，对系统模型没有严格要求，常用于动态MFT的测量。另外基于栅条法的旋转靶标法(如：专利201710004012.5)也是一种检测动态调制传递函数的有效方法。现有的栅条法每组条纹图只能表示一种频率，若需进行不同频率测量时，需制作多组栅条或多个靶标，通过对不同频率栅条图像进行分析，获得MTF曲线上点的值。每次测量所能测量MTF曲线上点个数受栅条组数的限制，对于大频率范围内MTF测量时，需要多个靶标，且需进行靶标切换。

三、发明内容

本发明针对大频率范围内动态MTF测量现有技术创造的缺陷或不足，提供一种变频栅条靶标及其基于变频靶标的光电成像系统动态传递函数测量方法，该方法通过对单个栅条靶标图案宽度进行有规律地逐级递增或递减设计，结合三杆靶法，应用栅条靶标图像傅里叶变换算法，解算出不同频率的MTF值。这种方法可以实现从一幅靶标采集图像中，解算出光电成像系统从低频到高频较宽频率范围的多点MTF值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种变频栅条靶标，其特征在于：包括变频栅条靶标，靶标采用矩形栅条靶标图案，图案的整体分布为栅条的空间频率逐渐增大或逐渐减少；

取任意相邻的四条栅条图案，中间两个栅条的宽度相等均为w(2w是所定区域三杆靶栅条的标准周期)，左边栅条的宽度为w-Δ，与左边栅条相邻的非栅条区域宽度为w，右边栅条的宽度为w+Δ，与右边栅条相邻的非栅条区域宽度为w+Δ，Δ为栅条周期宽度变化增量；

取任意相邻三条栅条图案，存在频率递减和频率递增两种情况，三杆靶频率递增图案的右边两个栅条的宽度相等均为w，栅条间的非栅条区域的宽度为w，左边栅条的宽度为w-Δ；三杆靶频率递减图案的左边两个栅条的宽度相等，均为w，左边两栅条间的非栅条区域的宽度为w，右边栅条的宽度为w+Δ，右边栅条与中间栅条间的非栅条区域宽度为w+Δ。

一种基于变频靶标的光电成像系统动态传递函数测量方法包括如下步骤：