CN105445570B - 一种广角镜头摄像机信噪比测试系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种广角镜头摄像机进行信噪比测试测量系统及测量方法。包括高精度二维调整系统、光源系统、平行光管和主控计算机。本发明提供了一种准确性高、稳定性高、成本低的广角镜头摄像机进行信噪比测试测量系统及测量方法。
Description
技术领域
本发明属于光电测试领域，涉及一种测量系统，尤其涉及一种针对广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统及测量方法。
背景技术
随着高清年代的到来，“像素”几乎成了考核摄像机能力的唯一标准。但对于一台摄像机来说，“像素”并不是全部。“信噪比”也是很重要的一个参数。它是直接反应摄像机影像对噪声的抗干扰能力，在画质上有无噪声亮点。是评价摄像装置探测能力和图像质量的一个重要指标。
目前，摄像机信噪比测量常见方法分为两类，一类是拍摄在标准光源照射下的标准测试图。调节标准光源使摄像机输出端视频信号幅度为接近饱和值的一个固定值。采集此时信号幅值均值为信号值，将光学系统窗口盖上，测出此时均方根噪声计算信噪比。具体测试方法见《GJB 2705-96星载CCD相机通用规范》和《GB/T 15865-1995摄像机(PAL/SECAM/NTSC)测量方法第1部分：非广播单传感器摄像机》。该方法的缺点是未使用平行光，并且入射光线并非垂直照射到标准测试图，目标均匀性不佳，使得输出信号不一致性增大。对于广角镜头摄像机格外明显，测试结果误差较大。
另一类以积分球出口作为目标进行拍摄，调节积分球出口亮度使摄像机输出端视频信号幅度为接近饱和值的一个固定值，采集此时信号幅值均值为信号值，将光学系统窗口盖上，测出此时均方根噪声计算信噪比。该测试方法是在假定探测器靶面各像元接收到的光能量一致。但实际使用中由于多种原因各像元接收到的光能量很难达到一致尤其是广角镜头摄像机。例如渐晕现象：离轴越远(越接近最大视场)的光线经过光学系统的有效孔径阑越小，所以越离轴的光线在离轴的像面上的光强度就越弱，而形成影像由中心轴向离轴晕开。所以在测试时由于渐晕现象边缘视场的灰度值要低于靶面中心灰度值。
这样在评价信噪比时就不是使用统一的信号值进行评判，假定各像元噪声水平一直，这样就会得到边缘像元的信噪比水平差于中心像元的结论。不能真实反映广角镜头摄像机信噪比水平。
发明内容
为了解决摄像机不能真实反映广角镜头摄像机信噪比水平的技术问题，本发明提供了一种高精度的广角镜头摄像机信噪比测试系统及方法。
为实现以上发明目的，本发明提供以下技术方案：一种广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统，其特殊之处在于：包括高精度二维调整系统、光源系统、平行光管和主控计算机；
所述高精度二维调整系统包括竖直电控平移台和水平电控平移台；所述竖直电控平移台垂直设置在水平电控平移台上；
所述光源系统包括卤钨灯以及依次设置在卤钨灯下方的电控可变光阑和积分球；所述光源系统通过电控可变光阑调节光源系统出光口能量；
所述主控计算机包括控制系统、用于采集被测摄像机图像信息的图像采集卡、数据处理单元以及显示单元；所述控制系统分别与高精度二维调整系统、光源系统、图像采集卡、数据处理单元以及显示单元相连；
所述光源系统固定设置在竖直电控平移台上；所述平行光管设置在光源系统光源的出射光路上；所述平行光管靠近光源系统一端设置有入光孔，另一端设置有出光孔；所述被测摄像机设置在平行光管出光孔处；所述被测摄像机的图像输出端与图像采集卡连接；
上述积分球出光口90％口径内面的均匀性大于98％，角均匀性大于95％；上述光源系统供电为恒流源。
一种广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统的测试方法，其特殊之处在于：
包括以下步骤：
1】点亮光源系统的光源，待光源稳定；
2】将被测摄像机放置在平行光管出口处，使光源形成圆形图形并成像于被测摄像机拍摄的图像中心；
3】将被测摄像机拍摄的图像划分为N个区域，N≥9；
4】使用主控计算机控制二维调整系统调整光源系统位置，使光源系统所射出的光源形成圆形图形并分别覆盖被测摄像机拍摄的图像的各个区域；
当光源系统所射出的光源形成的圆形不能完全分别覆盖被测摄像机拍摄的图像的各个区域时，则重复步骤2】；
当光源系统所射出的光源形成的圆形图形可以完全覆盖被测摄像机拍摄的图像的各个区域时，则进行下一步；
5】通过主控计算机控制二维调整系统调整光源系统位置，使光源系统所射出的光源形成圆形并覆盖被测摄像机拍摄的图像的目标区域；然后再通过主控计算机调整电控可变光阑改变光能量，使该区域输出的图像灰度值最大为80％并采集不少于50幅的图像；
6】通过重复步骤5】依次完成被测摄像机拍摄的图像的其余各区域的图像采集；
7】计算各区域信噪比，得到摄像机信噪比；
计算公式如下：
计算每个像元的灰度平均值和均方差σi,j：
计算每个像元信噪比SNRij：
计算图像信噪比的平均值SNR：
式中：SNR—信噪比；
DNi,j,k—第k幅图像i行j列输出像元灰度值；
σi,j—第k幅图像i行j列像元均方差；
n—选取的图像幅数；
e—选取第K幅图像的行数；
q—选取第K幅图像的列数。
本发明的优点是：
1.本发明首次利用多幅图像拼接的方式进行相机信噪比计算，有效的解决了靶面各像元接收到的光能量不一致带来的测量误差。以一种更为合理、科学的采集处理方式，获得了可靠、准确的测试数据。
2.本发明使用高稳定度和高能量的卤钨灯作为光源，使用电控可变光阑调节光能量。避免了由于调节卤钨灯工作电流，造成的光谱谱线漂移的缺点。实现了光能量和光谱曲线的高稳定要求。
3.本发明使用二维调整系统的竖直电控平移台、水平电控平移台和电控可变光阑，其定位精度优于1μm，从而可以保证移动过程中的准确性，及光能量控制的灵敏度；
4.本发明使用高精度、高灵敏度的图像采集卡作为最终图像数据的采集，即可以减少对数字视频采集过程中由于量化位数不同造成的误差，又可以对模拟视频信号进行高精度、高灵敏度的AD转换。同时满足了数字视频和模拟视频的测试要求。
5.本发明利用图像处理技术和计算机控制技术实现了广角镜头摄像机信噪比自动测试，节省了劳动力和成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
其中，1-高精度二维调整系统、2-积分球安装处、3-积分球、4-电控可变光阑、5-卤钨灯、6-平行光管、7-被测摄像机、8-主控计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容加以详细说明。
图1给出了本发明的一个具体实施例。广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统，包括高精度二维调整系统、光源系统、平行光管6和主控计算机8；高精度二维调整系统包括竖直电控平移台和水平电控平移台；竖直电控平移台垂直设置在水平电控平移台上；光源系统包括卤钨灯5以及依次设置在卤钨灯5下方的电控可变光阑4和积分球3；光源系统通过电控可变光阑4调节光源系统出光口能量；主控计算机8包括控制系统、用于采集被测摄像机7图像信息的图像采集卡、数据处理单元以及显示单元；控制系统分别与高精度二维调整系统1、光源系统、图像采集卡、数据处理单元以及显示单元相连；光源系统固定设置在竖直电控平移台上；平行光管6设置在光源系统光源的出射光路上；平行光管6靠近光源系统一端设置有入光孔，另一端设置有出光孔；被测摄像机7设置在平行光管6出光孔处；被测摄像机7的图像输出端与图像采集卡连接；积分球3出光口90％口径内面的均匀性大于98％，角均匀性大于95％；光源系统供电为恒流源。
高精度二维调整系统、光源系统、平行光管、图像采集卡、数据处理单元、控制系统以及显示单元组成；所述光源系统固定在二维电动调整系统上来；所述平行光管在所述光源的出射光路上；在广角镜头摄像机信噪比测试时被测摄像机设置在平行光管出光孔处；
被测摄像机的图像输出端与图像采集卡连接；所述控制系统分别与高精度二维调整系统、光源系统及图像采集卡相连；所述控制系统分别与数据处理单元以及显示单元相连；
上述光源系统包括卤钨灯、积分球、电控可变光阑；所述光源系统通过电控可变光阑调节光源系统出光口能量。上述积分球出光口90％口径内面均匀性优于98％，角均匀性优于95％。
上述高精度二维调整系统包括竖直电控平移台、水平电控平移台。竖直电控平移台固定在水平电控平移台上，竖直电控平移台、水平电控平移台相互垂直，所述光源系统固定在竖直电控平移台上。
图像采集卡、数据处理单元、控制系统以及显示单元均封装于计算机内。
一种广角镜头摄像机信噪比测试方法，包括以下步骤：
1.点亮恒流源供电的卤钨灯光源，待其稳定；
2.将摄像机放置在平行光管出口处，使光源特征圆形图形成像于摄像机拍摄的图像中心。
3.将摄像机拍摄的图像划分为N个区域。
4.控制二维调整系统调整光源系统位置，使光源特征圆形图形覆盖机拍摄的图像的各个区域。若可以充满则进行步骤5)，否则进行骤2)；
5.控制二维调整系统调整光源系统位置，光源特征圆形图形充满摄像机拍摄的图像的某一区域。调整电控可变光阑改变光能量，使该区域图像信号平均输出值为规定值。采集规定数量图像(例如：50幅)。
6.重复步骤5)依次完成其余各区域测试及图像采集。
7.计算各区域信噪比，得到摄像机信噪比；
计算公式如下：
计算每个像元的灰度平均值和均方差σi, j：
计算每个像元信噪比SNRi,j：
计算图像信噪比的平均值SNR：
式中：SNR—信噪比；
DNi,j,k—第k幅图像i行j列输出像元灰度值；
σi,j—第k幅图像i行j列像元均方差；
n—选取的图像幅数(50幅)；
e—选取第K幅图像的行数；
q—选取第K幅图像的列数。
Claims (4)
1.一种广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统，其特征在于：包括高精度二维调整系统、光源系统、平行光管和主控计算机；
所述高精度二维调整系统包括竖直电控平移台和水平电控平移台；所述竖直电控平移台垂直设置在水平电控平移台上；
所述光源系统包括卤钨灯以及依次设置在卤钨灯下方的电控可变光阑和积分球；所述光源系统通过电控可变光阑调节光源系统出光口能量；
所述主控计算机包括控制系统、用于采集被测摄像机图像信息的图像采集卡、数据处理单元以及显示单元；所述控制系统分别与高精度二维调整系统、光源系统、图像采集卡、数据处理单元以及显示单元相连；
所述光源系统固定设置在竖直电控平移台上；所述平行光管设置在光源系统光源的出射光路上；所述平行光管靠近光源系统一端设置有入光孔，另一端设置有出光孔；所述被测摄像机设置在平行光管出光孔处；所述被测摄像机的图像输出端与图像采集卡连接。
2.根据权利要求1所述的一种广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统，其特征在于：所述积分球出光口90％口径内面的均匀性大于98％，角均匀性大于95％。
3.根据权利要求1所述的一种广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统，其特征在于：所述光源系统供电为恒流源。
4.基于权利要求1所述的一种广角镜头摄像机进行信噪比测试的测量系统的测试方法，其特征在于：
包括以下步骤：
1】点亮光源系统的光源，待光源稳定；
2】将被测摄像机放置在平行光管出口处，使光源形成圆形图形并成像于被测摄像机拍摄的图像中心；
3】将被测摄像机拍摄的图像划分为N个区域，N≥9；
4】使用主控计算机控制二维调整系统调整光源系统位置，使光源系统所射出的光源形成圆形图形并分别覆盖被测摄像机拍摄的图像的各个区域；
当光源系统所射出的光源形成的圆形不能完全分别覆盖被测摄像机拍摄的图像的各个区域时，则重复步骤2】；
当光源系统所射出的光源形成的圆形图形可以完全覆盖被测摄像机拍摄的图像的各个区域时，则进行下一步；
5】通过主控计算机控制二维调整系统调整光源系统位置，使光源系统所射出的光源形成圆形并覆盖被测摄像机拍摄的图像的目标区域；然后再通过主控计算机调整电控可变光阑改变光能量，使该区域输出的图像灰度值最大为80％并采集不少于50幅的图像；
6】通过重复步骤5】依次完成被测摄像机拍摄的图像的其余各区域的图像采集；
7】计算各区域信噪比，得到摄像机信噪比；
计算公式如下：
计算每个像元的灰度平均值和均方差σi,j：
计算每个像元信噪比SNRi,j
计算图像信噪比的平均值SNR：
式中：
DNi,j,k—第k幅图像i行j列输出像元灰度值；
σi,j—第k幅图像i行j列像元均方差；
n—选取的图像幅数；
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