遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及遙感相機(jī)電子學(xué)測試領(lǐng)域，具體設(shè)及一種遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性 測試與判別方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 遙感相機(jī)是WCCD(CM0巧為核屯、成像器件的數(shù)字型相機(jī)，其信息傳遞過程如圖3 所示。光信號到達(dá)成像祀面后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成為電荷量怕)，然后通過電荷存儲、轉(zhuǎn)移、測量形 成電壓信號（V)，再經(jīng)過相關(guān)雙采樣、AD轉(zhuǎn)換等過程最終轉(zhuǎn)換為視頻碼值信號值腳。此過 程包括光子-電子、電子-電壓、電壓-碼值=次轉(zhuǎn)換。理想情況下，=次轉(zhuǎn)換均為線性過 程，但實(shí)際工作中均存在非線性因素。將電子-電壓轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的非線性定義為V/Q非線性， 電壓-碼值轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的非線性定義為DN/V非線性。
[000引 W往，CCD(CM0巧輸出響應(yīng)及處理電路的非線性對相機(jī)調(diào)制傳遞函數(shù)（MT巧的影 響常被忽略，或近似為一個(gè)常數(shù)（0.95)。但隨著對地面像元分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比等 指標(biāo)要求的提高，為保證良好的MTF，上述環(huán)節(jié)的非線性已不能被忽略。David H. Seib和 Norlry M. Blouke等人曾先后對表面溝道和埋藏溝道器件的載流子擴(kuò)散引起的MTF下降做 出了分析，但信號轉(zhuǎn)換合傳遞過程中產(chǎn)生的非線性對MTF的影響還未得到應(yīng)有的重視，在 已公開的文獻(xiàn)中未找到有關(guān)V/Q非線性和DN/V非線性測試及區(qū)分的方法及裝置。
[0004] 軍械工程學(xué)院的董怡等提出用光電池作為基準(zhǔn)器件，使CCD和光電池接收同樣的 光照度，繪制CCD亮度響應(yīng)與光電池輸出電流值的曲線，作為非線性響應(yīng)曲線，該種方法僅 能繪制視頻響應(yīng)曲線，無法進(jìn)一步對非線性類型做出區(qū)分，且使用的聚光鏡、平行光管、半 反半透鏡光學(xué)系統(tǒng)難W保證為CCD和光電池提供均勻、等值的福照度?，F(xiàn)有采用光譜儀作 為光源進(jìn)行非線性測試等方法，都無法避免上述方法所面臨的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決現(xiàn)有測試方法對遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性認(rèn)識不清、難W判別的問 題，提出一種遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別裝置及方法。
[0006] 遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別方法，該方法由W下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] 步驟一、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)調(diào)整光闊的孔徑，實(shí)現(xiàn)對積分球出光口的輸出光福 照度的調(diào)整；
[0008] 步驟二、計(jì)算機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)獲得當(dāng)前光福照度值，通過圖像采集卡及被測CCD 獲得當(dāng)前照度下的圖像，并將當(dāng)前照度值及當(dāng)前照度圖像存儲到計(jì)算機(jī)；
[0009] 步驟=、逐步調(diào)整光闊孔徑，圖像采集卡采集從暗場到飽和狀態(tài)的不同光福照度 下的圖像，獲得相對應(yīng)的不同光福照度值與圖像序列；
[0010] 步驟四、解析獲得不同照度下圖像的平均DN值，W光福照度值為橫軸，平均DN值 為縱軸，繪制視頻響應(yīng)曲線；
[0011] 步驟五、判斷步驟四繪制視頻響應(yīng)曲線是否存在非線性，如果是，則進(jìn)一步繪制 PRNU噪聲曲線，執(zhí)行步驟六；如果否，進(jìn)入步驟走；
[0012] 步驟六、判斷PRNU噪聲曲線是否為一條水平直線，如果是，則存在DN/V非線性，并 進(jìn)行修正后再繪制視頻響應(yīng)曲線，返回步驟五；如果否，則存在V/Q非線性，或同時(shí)存在V/Q 非線性和DN/V非線性，對V/Q非線性進(jìn)行相應(yīng)修正，再繪制視頻響應(yīng)曲線，返回步驟五；
[0013] 步驟走、記錄此前的判斷和修正過程，測試結(jié)束。
[0014] 遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別裝置，該裝置需在暗室環(huán)境下操作；包括 積分球、多個(gè)光源、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光闊、標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)、被測CCD、CCD驅(qū)動(dòng)器、串口控制 器、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)；所述多個(gè)光源對稱設(shè)置在積分球周圍；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在 積分球上并通過串口控制器與計(jì)算機(jī)連接；串口控制器與標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)連接，所述光闊設(shè)置 在積分球出光口處，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)整光闊孔徑的大小，所述標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)及被 測CCD均設(shè)置在積分球出光口外并與積分球出光口的軸線對稱；所述圖像采集卡分別與 CCD驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)連接。
[0015] 本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明所述的測試方法在理論分析的基礎(chǔ)上，提出一種遙感 相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)的V/Q非線性和DN/V非線性的區(qū)分方法，解決現(xiàn)有測試對非線性認(rèn)識不 清、難W判別的問題，并給出了具體的測試方法和實(shí)施方案。本發(fā)明能夠有效區(qū)分遙感相機(jī) 電子學(xué)響應(yīng)的V/Q非線性和DN/V非線性，為有針對性地改進(jìn)設(shè)計(jì)和后期校正數(shù)據(jù)提供理論 和方法支持。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明所述的遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別裝置的框圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明所述的遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別方法的流程框圖；
[0018] 圖3為遙感相機(jī)成像信息傳遞過程框圖；
[0019] 圖4為V/Q非線性曲線圖；
[0020] 圖5為PRNU噪聲曲線圖；
[0021] 圖6為本發(fā)明所述的遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別方法中采用CMOS相 機(jī)進(jìn)行測試的視頻響應(yīng)曲線示意圖。
[0022] 圖7為本發(fā)明所述的遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與判別方法中CMOS相機(jī)的 PRNU噪聲曲線示意圖。
[0023] 圖中：1、積分球，2、光源，3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，4、電機(jī)，5、光闊，6、標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)，7、被測 CCD，8、CCD驅(qū)動(dòng)器，9、串口控制器，10、圖像采集卡，11、計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]
【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測試與 判別裝置，包括積分球1、多個(gè)光源2、電機(jī)4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3、光闊5、標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)6、被測 CCD7、CCD驅(qū)動(dòng)器8、串口控制器9、圖像采集卡10和計(jì)算機(jī)11 ;所述的多個(gè)光源2對稱設(shè) 置在積分球1周圍；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3設(shè)置在積分球1上，通過串口控制器9與計(jì)算機(jī)11連接； 電機(jī)4設(shè)置在積分球1出光口處，受電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3控制；光闊5設(shè)置于積分球1出光口處， 在電機(jī)4帶動(dòng)下調(diào)整大?。粯?biāo)準(zhǔn)照度計(jì)6及被測CCD7均設(shè)置在積分球出光口外與光闊5對 應(yīng)處，兩者到光闊5的距離相等；被測CCD7安裝在CCD驅(qū)動(dòng)器8上；串口控制器9分別與電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器3、標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)6和計(jì)算機(jī)11連接，圖像采集卡10分別與CCD驅(qū)動(dòng)器8和計(jì)算機(jī) 11連接。
[0025] 本實(shí)施方式中所述的積分球1用于將光源2的光照轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘墓飧Ｕ斩龋?所述的光源2用于向積分球1提供光照；電機(jī)4用于控制光闊5從而調(diào)整光闊孔徑的大??； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)4運(yùn)動(dòng)；光闊5通過改變孔徑大小來調(diào)整積分球1輸出光福照 度的大小；標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)6用于提供被測CCD7所處位置的福照度值；CCD驅(qū)動(dòng)器8用于驅(qū)動(dòng) 被測CCD7在特定模式下工作；標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)6和被測CCD7到光闊的距離相等；所述的串口 控制器9用于將計(jì)算機(jī)11和相關(guān)設(shè)備通過串口連接起來；圖像采集卡10用于將被測CCD7 的圖像數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)11中；所述的計(jì)算機(jī)11用于系統(tǒng)控制，圖像采集，數(shù)據(jù)處理、存儲 及顯示。
【具體實(shí)施方式】 [0026] 二、結(jié)合圖2至圖5說明本實(shí)施方式，遙感相機(jī)電子學(xué)響應(yīng)非線性測 試與判別方法，本實(shí)施方式中從遙感相機(jī)電信號轉(zhuǎn)換和傳遞的角度入手，提出了基于視頻 響應(yīng)曲線和響應(yīng)非均勻性（PRNU)噪聲曲線相結(jié)合的方法，區(qū)分V/Q非線性和DN/V非線性 的概念并給出了判別方法，為有針對性地改進(jìn)設(shè)計(jì)和后期校正數(shù)據(jù)提供理論和方法支持。
[0027] 理想條件下遙感相機(jī)信號轉(zhuǎn)換和傳遞模型
[0028] 光子-電子轉(zhuǎn)換依據(jù)光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，不考慮電荷擴(kuò)散、熱噪聲等因素，理想模型如 式（1)所示。其中Qpix為像元存儲電荷量，R為像元響應(yīng)度（在固定波長下為常數(shù)），E為 幅照度，T為積分時(shí)間。
[0029]Qpix=RXEXT (1)
[0030] 電子-電壓轉(zhuǎn)換W測量電容為媒介，在電荷測量環(huán)節(jié)完成。理想情況下電容C為 常數(shù)，該過程模型如式（2)。其中Vcw為的參考電壓，Vtc為信號輸出電壓，Vpix為對應(yīng)像元 有效輸出電壓。
[0031] (2)
[003引電壓-碼值過程在放大和AD轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。理想情況下，放大電路和AD轉(zhuǎn)換均 為線性，設(shè)信號放大過程增益為Ga，AD轉(zhuǎn)換系數(shù)為Gw，并設(shè)G=GaXGad，該過程數(shù)學(xué)模型如 式做。
[0033]DN円X=GAXGadXVpix=GXV肥做
[0034] 綜上，理想條件下，傳輸型相機(jī)輸入福照度E到輸出碼值DNpix的數(shù)學(xué)模型如式（4) 所示，即為線性傳遞過程。但實(shí)際由于半導(dǎo)體工藝、電路設(shè)計(jì)等因素影響，電子-電壓和電 壓-碼值轉(zhuǎn)換過程均會(huì)出現(xiàn)一定程度的非線性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對成像性能造成很大影響。
[00巧]DNpix=RXTXEXG/C (4)
[0036] V/Q非線性和DN/V非線性
[0037]V/Q非線性發(fā)生在電子-電壓轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的C-V特性，測量電容 C并非恒定不變，而是隨著兩端加載電壓V的增大而減小，該