[发明专利]一种探测器像素内响应变化测量方法及系统

说明书

一种探测器像素内响应变化图像测量方法及系统，通过搭建测量系统，利用显微镜物镜将准直光束聚焦到图像探测器上，形成一个直径极小的艾里光斑，将光斑定位到待测像素的中心并调整位移平台以将探测器设置在显微镜物镜的焦平面上，通过在固定像素区域上进行扫描，并将每一帧的数据进行处理后，将测量的数据与图像的数学模型相匹配，得到待测像素内响应变化的模型输出。本发明可以重构探测器的输出模型，并且与实验测量提取到的像素内响应变化图像拟合良好，提取到的像素内响应变化图像包含着图像探测器通过点光源光学系统成像后得到像斑的整体形状信息，可以用作特定的标定滤波器，利用像素内响应变化为图像探测器进行定标，研究图像探测器的科学成像能力。

技术领域

本发明涉及一种探测器像素内响应变化测量方法及系统，属于光学图像探测器技术领域。

背景技术

科学级的光学图像探测器如CCD或CMOS APS等，作为主流光学图像转换成电子信号的设备，广泛地应用于天文学、生物学，紫外成像，电力线检测，夜视成像，低光安全等科学研究中。当前空间任务中，卫星、洲际战略导弹、宇航飞船等航空航天飞行器为了自身姿态确定和控制，以及特定任务的光轴指向或目标指向，绝大多数采用星敏感器等运用光学图像探测器的姿态敏感器。

研究图像探测器的科学成像能力，可以为提升星敏感器等光学姿态敏感器的测量精度提供新的思路和方法，从而有助于航空航天飞行器在完成空间任务使获得更高精度测量的表现。已有研究表明，由于航天器在轨运行中产生的指向抖动，会导致探测目标在图像探测器上形成的点扩展函数(PSF)图像在一个像素内轻微移动，导致在积分通量信号中产生额外的噪声源。通过研究图像探测器的科学成像能力，可以对这种噪声源进行抑和补偿。

为了科学应用，高性能成像系统可以通过将图像探测器的响应映射到单个像素内光学点的不同位置来校准。对此，就必须描述单个像素内灵敏度的变化，图像探测器的单个像素内的感光灵敏度变化称为像素内响应变化或像素内响应非均匀性。在空间任务中，利用像素内响应变化对图像探测器进行定标，有助于提升姿态敏感器的测量精度，也有助于目标在探测器焦平面上的跟踪。而在现有技术中，还没有能够对图像探测器的像素内响应变化进行稳定与快速测量的装置，也没有行之有效的相应建模方法。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术中的缺陷，提供一种光路简单，效率高，操作方便，能够应用于各种类型的图像探测器像素内响应变化的测量方法，适用于实际工程应用。

本发明的技术解决方案是：

一种探测器像素内响应变化测量方法，包括以下步骤：

(1)搭建探测器像素内响应变化测量系统；

探测器像素内响应变化测量系统包括：白炽灯光源、彩色滤光片、针孔掩模、平行光管、光学平台、显微镜物镜、图像探测器芯片、三轴位移平台、基座、暗室舱和直流电源；

光学平台上依次放置白炽灯光源、彩色滤光片、针孔掩模、平行光管、显微镜物镜和三轴位移平台，基座安装在三轴位移平台上，图像探测器芯片固定在基座上；显微镜物镜、图像探测器芯片、三轴位移平台和基座均位于暗室舱内部；直流电源用于给白炽灯光源供电。

白炽灯光源产生的光源通过彩色滤光片获得固定波长的光波同时滤掉紫外光和其他光学光，经过彩色滤光片的光线通过针孔掩模后进入平行光管，光线经过平行光管和显微镜物镜，照射在图像探测器芯片表面，并在单个像素及其相邻像素上形成扫描光斑，以测量其在选定像素位置上的待测像素的响应变化情况。

(2)对入射光场图像进行采集；

进一步的，所述步骤(2)对入射光场图像进行采集，具体为：

(2.1)打开光源，连接图像探测器与计算机；待光源预热十五分钟稳定后，图像探测器表面产生一个光斑；在测量中选用圆形显微镜物镜，得到的光斑轮廓为艾里斑衍射图像；