專利名稱：線陣ccd相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學領域，涉及一種光學相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法，尤其涉及一種線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法。
背景技術：
線陣CCD是光學遙感中廣泛應用的一種傳感器，通過相機與目標的相對推掃獲得目標的圖像，是高分辨率光學遙感觀測的重要的技術方案。線陣探測器由于只在一個方向上采集光學信號，傳統的線陣CCD相機的整機系統調制傳遞函數(MTF)是采用帶有條紋板的平行光管進行測試，通過手動精密調節(jié)條紋板的方位使條紋垂直于線陣探測器，并保證條紋大小剛好壓在一個像元上，測得的只是線陣探測器方向MTF，無法測得推掃方向上的MTF，以此作為整機系統MTF，這對系統像質的評價是不全面的，特別是對存在一定像散的光學系統(子午方向和弧矢方向焦面有一定錯位的系統)，當線陣方向MTF最大時，推掃方向上MTF已下降較為嚴重。

發(fā)明內容
為了解決背景技術中在實驗室不能直接測量CCD相機的推掃方向調制傳遞函數的不足及需手動精調才能獲得線陣方向調制傳遞函數的不便等技術問題，本發(fā)明提供了一種可直接同時測得全系統MTF兩個方向的系統傳函數、適用范圍廣以及便于操作的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法。本發(fā)明的技術解決方案是本發(fā)明提供了一種線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置，其特殊之處在于所述線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置包括光源、目標板、平行光管以及高精度角速率轉臺；待測試相機設置在高精度角速率轉臺上；所述目標板、平行光管以及待測試相機依次設置在光源的出射光路上；所述目標板上設置有目標板橫條紋以及與目標板橫條紋相互垂直的目標板豎條紋。上述目標板橫條紋至少是5組；所述每組至少包括3對條紋；所述橫條紋組之間的間隔是 Ini = (p+i/n) X (1+Γ );其中所述P是任意整數；所述i是大于等于I小于等于η的整數；所述η是目標板橫條紋的組數；所述I是目標板上每條條紋的寬度；所述I,是目標板上條紋與條紋之間的間隔。上述目標板豎條紋至少是5組；所述每組至少包括3對條紋；所述橫條紋組之間的間隔是 Imj = (k+j/m) X (1+Γ )；所述k是任意整數；所述j是大于等于I小于等于m的整數；所述m是目標板豎條紋的組數；
所述I是目標板上每條條紋的寬度；所述I,是目標板上條紋與條紋之間的間隔。上述目標板上每條條紋的寬度I滿足/ = /////其中所述./；是平行光管的焦距；所述./是被測相機的焦距； 所述d是被測相機中的CXD像元尺寸。
上述目標板上每條條紋的寬度I與目標板上條紋與條紋之間的間隔Γ是相等的。一種線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試方法，其特殊之處在于所述測試方法包括以下步驟I)安置高精度角速率轉臺在一個隔震地基上，調節(jié)轉臺臺面水平，旋轉軸與大地
垂直；2)將被測相機安裝在高精度角速率轉臺上，待測試相機水平安裝，線陣CCD方向與轉臺旋轉軸平行，保證前節(jié)點及重心靠近轉臺旋轉軸；3)將平行光管水平安置，高度與待測試相機光軸高度一致，出口方向對準轉臺軸線.4)目標板安放在平行光管的焦面上，目標板的條紋方向與待測試相機探測器方向匹配，并應用光源照明；5)高精度角速率轉臺及待測試相機開機工作，設置高精度角速率轉臺角速度及相機行頻，記錄圖像；6)分別選取圖像中橫豎兩個方向最清晰的明暗條紋，分別讀取明條紋的平均值DNmh、5反ms及暗條紋的平均值歷iah、DNas，計算得到線陣方向MTFh和推掃方向MTFs ；
Fidiv if丁·T1 冗 DNmii _ DNali所述 MTFll = — ·=-——
4 DNmh+DNah所述MTF =—~· —-￡^ms'^S^o
' 0.637 4 DNms+ DN,s本發(fā)明提供了一種線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法，被測線陣相機安放在高精密角速率轉臺上，對平行光管焦面上的條紋目標板推掃成像，分別讀取圖像橫豎兩個方向上最清晰的一組明暗條紋的DN值，計算即得到整機系統雙向調制傳遞函數。本發(fā)明解決了背景技術中推掃方向調制傳遞函數不能測量以及線陣方向需手動精調測量的技術問題，具有以下優(yōu)點I、采用本發(fā)明方法后，可以直接同時測得全系統MTF兩個方向的系統傳函；2、本發(fā)明適用于單線陣CCD相機系統、多線陣CCD相機、單線陣TDI-CCD相機系統、多線陣TDI-CCD相機、單線陣CMOS傳感器相機、多線陣CMOS傳感器相機以及以其他類型單線陣探測器的相機的整機系統MTF測試；3、本發(fā)明通過更換條紋板后，適用于不同焦距和不同像元大小的光學相機整機系統MTF測試；4、本測試方法實現簡單、方便，省時省力。


圖I是本發(fā)明所提供的測試裝置的結構示意圖；圖2是本發(fā)明所采用的目標板的結構的示意圖；圖3是本發(fā)明所采用的目標板上所設置的豎條紋的結構示意圖；圖4是本發(fā)明所采用的目標板上所設置的橫條紋的結構示意圖；其中I-光源；2-目標板；3-平行光管；4-被測試相機；5-高精度角速率/位置轉臺；
2.I-目標板豎條紋；2. 2-目標板橫條紋；2. I. I-第i組豎條紋組；2. I. 2-第i+Ι豎組豎條紋組；2. 2. I-第i組橫條紋組；2. 2. 2-第i+Ι組橫條紋組。
具體實施方式
本發(fā)明原理采用線陣CCD推掃成像的技術方案的線陣CCD相機單幀獲得的是目標一行或一列的圖像，對目標推掃拍攝多幀后才能得到目標二維圖像。設置一個同時具有橫條紋和豎條紋的條紋板置換傳統方法中的目標板，將線陣相機系統安置在轉臺上，通過轉臺的轉動使目標和相機形成相對運動，保持相機的行轉移周期(行頻的倒數)與目標運動速率匹配，通過讀取條紋像中的橫豎兩個方向明暗條紋的DN值，分別計算得到兩個方向的MTF。線陣CXD相機雙向調制傳遞函數測試裝置包括光源I、目標板2、平行光管3以及高精度角速率轉臺5 ;待測試相機4設置在高精度角速率轉臺5上；目標板2、平行光管3以及待測試相機4依次設置在光源I的出射光路上；目標板2上設置有目標板橫條紋2. 2以及與目標板橫條紋2. 2相互垂直的目標板豎條紋2. I。參見圖2、圖3以及圖4，目標板橫條紋2. 2至少是5組；每組至少包括3對條紋；例如，第i組橫條紋組2. 2. I以及第i+Ι組橫條紋組2. 2. 2。目標板豎條紋至少是5組；每組至少包括3對條紋；例如第i組豎條紋組2. I. I以及第i+Ι豎組豎條紋組2. I. 2。待測試相機4安裝在高精度角速率轉臺5上，高精度角速率轉臺5旋轉軸線與大地垂直，安裝面與大地平行，待測試相機4探測器線陣方向與高精度角速率轉臺5旋轉軸平行，前節(jié)點及重心盡可能靠近轉臺旋轉軸；目標板安裝在平行光管的焦面上，平行光管的軸線與相機光軸平行且在一個高度上，口徑是相機口徑2 5倍，焦距是相機焦距的5 10倍，目標板的豎條紋與探測器的線陣方向平行，橫條紋與探測器線陣方向垂直。轉臺速度角速度不確定度優(yōu)于O. 5%,轉臺速度ω與相機行頻hp,滿足hp = ClZ(^-W)；設平行光管的焦距乃，被測相機的焦距/ C⑶像元尺寸d，研制目標板，條紋板條紋寬度為
f/ = ^r-Cl
Jc橫條紋設置η (> 5)組，豎條紋設置m (> 5)組，每組設置k (> 3)對條紋，條紋間隔r = 1，橫條紋組之間間隔fe'=p+￡)x(/+m其中P為整數)，豎條紋組之間間隔
權利要求
1.一種線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置，其特征在于所述線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置包括光源、目標板、平行光管以及高精度角速率轉臺；待測試相機設置在高精度角速率轉臺上；所述目標板、平行光管以及待測試相機依次設置在光源的出射光路上；所述目標板上設置有目標板橫條紋以及與目標板橫條紋相互垂直的目標板豎條紋。
2.根據權利要求I所述的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置，其特征在于所述目標板橫條紋至少是5組；所述每組至少包括3對條紋；所述橫條紋組之間的間隔是Ini=(p+i/n) X (1+Γ );其中 所述P是任意整數； 所述i大于等于I小于等于η的整數； 所述η是目標板橫條紋的組數； 所述I是目標板上每條條紋的寬度； 所述Γ是目標板上條紋與條紋之間的間隔。
3.根據權利要求I所述的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置，其特征在于所述目標板豎條紋至少是5組；所述每組至少包括3對條紋；所述橫條紋組之間的間隔是Imj=(k+j/m) X (1+Γ )； 所述k是任意整數； 所述j大于等于I小于等于η的整數； 所述m是目標板豎條紋的組數； 所述I是目標板上每條條紋的寬度； 所述Γ是目標板上條紋與條紋之間的間隔。
4.根據權利要求2或3所述的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置，其特征在于所述目標板上每條條紋的寬度I滿足, =; 其中 所述A是平行光管的焦距； 所述/J是被測相機的焦距； 所述d是被測相機中的CXD像元尺寸。
5.根據權利要求4所述的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置，其特征在于所述目標板上每條條紋的寬度I與目標板上條紋與條紋之間的間隔Γ是相等的。
6.一種基于權利要求1-5任一權利要求所述的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置的測試方法，其特征在于所述測試方法包括以下步驟 O安置高精度角速率轉臺在一個隔震地基上，調節(jié)轉臺臺面水平，旋轉軸與大地垂直； 2)將被測相機安裝在高精度角速率轉臺上，待測試相機水平安裝，線陣CCD方向與轉臺旋轉軸平行，保證前節(jié)點及重心靠近轉臺旋轉軸； 3)將平行光管水平安置，高度與待測試相機光軸高度一致，出口方向對準轉臺軸線； 4)目標板安放在平行光管的焦面上，目標板的條紋方向與待測試相機探測器方向匹配，并應用光源照明；5)高精度角速率轉臺及待測試相機開機工作，設置高精度角速率轉臺角速度及相機行頻，記錄圖像； 6)分別選取圖像中橫豎兩個方向最清晰的明暗條紋，分別讀取明條紋的平均值DNmh >暗條紋的平均值δΕ*、ON，計算得到線陣方向MTFh和推掃方向MTFs; 所述
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法，線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置包括光源、目標板、平行光管以及高精度角速率轉臺；待測試相機設置在高精度角速率轉臺上；目標板、平行光管以及待測試相機依次設置在光源的出射光路上；目標板上設置有目標板橫條紋以及與目標板橫條紋相互垂直的目標板豎條紋。本發(fā)明提供了一種可直接同時測得全系統MTF兩個方向的系統傳函數、適用范圍廣以及便于操作的線陣CCD相機雙向調制傳遞函數測試裝置及方法。
文檔編號G01C25/00GK102914320SQ201210405460
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權日2012年10月22日
發(fā)明者薛彬, 楊建峰, 趙葆常, 解培月, 黃江川, 馬小龍, 喬衛(wèi)東, 李福 , 薛勛, 昌明 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所