CN108225731B - 彩色面阵相机mtf测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种彩色面阵相机MTF测试方法及装置，所述方法包括：基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数；利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像；根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试。本发明通过伪光谱辐射平衡法，对彩色RGB图像进行灰度校正，使得传统的MTF测试方法能够应用于彩色面阵相机的MTF测试。
Description
技术领域
本发明涉及彩色相机技术领域，具体涉及一种彩色面阵相机MTF测试方法及装置。
背景技术
相机MTF(调制传递函数)，是相机成像对比度关于空间采样频率的函数，函数值是像空间对比度与物空间对比度的比值，反映了相机对于物空间明暗信息的调制特点，是相机成像质量客观量化的评价指标。尤其对于相机整个成像系统而言，成像系统Nyquist频率所对应的MTF值，最具有代表性，特定行业会直接以该Nyquist频率所对应的MTF值，替代MTF，评价相机的成像质量。
相机MTF测试方法很多，按照测试所使用靶标的种类及后续数据处理的流程，可分为刃边法、星点法及周期矩形靶标法(常见有四杆靶标法)等。MTF测试方法基于相机MTF理论，但测试过程受到各种工程因素的影响，对于特定相机系统，全面考虑对测试结果产生影响的所有工程因素，才能保证测试结果准确有效。有条件的情况下，还会采用多种测试方法，对测试结果进行对照，增加结果可信度。
刃边法，利用刃边靶标或目标，模拟由零至一的阶跃函数，通过成像试验所获得的刃边特征图像，利用离散特征点灰度值进行拟合，获得连续相机边缘扩散函数，再通过微分、傅里叶变换、归一化，最终计算得到相机MTF，可以获得像空间频率所对应的连续MTF曲线，这时可以取Nyquist频率获得对应MTF值。
星点法，利用针孔式靶标或目标，模拟脉冲函数，通过特征成像试验所获得的星点特征图像，利用Nyquist频率采样间隔所获得的离散特征点灰度值进行拟合，获得相机点扩散函数，再通过积分、傅里叶变换、归一化，最终计算得到相机MTF。其可以获得像空间频率所对应的连续MTF曲线，这时可以取Nyquist频率获得对应MTF值。
周期矩形靶标法，利用特定线宽的周期性矩形明暗靶标或目标，模拟零一矩形周期函数，通过成像试验所获得的周期性矩形目标特征图像，利用特定空间频率采样间隔所获得的离散特征点灰度值，不需要进行函数拟合，直接利用公式，计算得到该周期频率对应的MTF函数值。通过制作包含Nyquist频率靶标在内的多种规格的周期矩形靶标，测得多个空间频率对应的MTF值，得到成像系统离散MTF，包括Nyquist频率获得对应MTF值。周期矩形靶标法，测试方法上能够直接获得表征像空间对比度的图像结果，其明暗条纹最直接表征了像空间对比度的物理意义，因此这种测试方法直观，数据处理难度低，可信度高。能够采用该方法测试MTF的情况下，至少会作为测试参照，作为其他测试方法的参考。
相机MTF的测试方法要与相机的成像原理相匹配。相对于只有一个颜色通道的全色面阵相机，彩色面阵相机采用bayer滤波的形式，通过牺牲空间分辨率的方式，将探测器分为RGB3个颜色通道。这造成了相同颜色通道的采样间隔下降，单颜色通道直接采样频率低于Nyquist频率，造成了相同颜色通道所获得的灰度值在相机成像系统的Nyquist频率点采样不连续。
周期矩形靶标法，是基于获得连续图像灰度值的方式进行MTF测试，由于系统无法在单颜色通道的Nyquist频率进行采样，直接使用这种测试方法，将无法得到成像系统Nyquist频率对应的MTF值。因此，周期矩形靶标法无法直接适用于全色面阵相机的MTF测试。其测试直观，数据处理难度低，可信度高的优势无法得到体现。
星点法，类似于周期矩形靶标法，基于Nyquist频率采样间隔所获得的离散特征点灰度值拟合，进行MTF计算，由于系统无法在单颜色通道的Nyquist频率进行采样，相对于全色相机，用于拟合算法的数据采集量急剧下降至1/4至1/2，即使拿来计算拟合MTF，结果可信度极低。
刃边法，可以通过倾斜设置刃边靶标或目标，能够获得多行多列采样点的单一颜色通道灰度值，多行多列的采样点弥补了Bayer滤波造成的空间采样频率下降问题，空间采样频率范围涵盖了Nyquist频率，因此可以获得成像系统该颜色通道关于空间频率的MTF。通过相同方法再获得其他颜色通道的MTF，通过特定加权计算，得到相机整体系统MTF。然而，基于离散数据采样通过函数拟合及傅里叶变换最终得到的MTF，数据处理链条长，原始数据的微小变动，对最终计算结果影响巨大，数据有效性，可信度和测试可重复性不高，测试结果不够直观，缺少周期矩形靶标法结果作为参照，因此，测试结果并不十分具有说服力。
因此，彩色面阵相机MTF测试，测试方法极为有限，刃边法由于本身数据处理较为复杂，又缺少其他测试结果进行参照，因此测试结果时常受到质疑。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种彩色面阵相机MTF测试方法及装置，本发明通过伪光谱辐射平衡法，对彩色RGB图像进行灰度校正，使得传统的MTF测试方法能够应用于彩色面阵相机的MTF测试。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种彩色面阵相机MTF测试方法，包括：
基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数；
利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像；
根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试。
进一步地，所述基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数，具体包括：
在探测器响应线性段，选取TH和TL一高一低两个响应点，建立以下公式一：
DNL＝(k(x,y)×DNL(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y)
DNH＝(k(x,y)×DNH(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y)公式一
令：
kG(x,y)＝k(x,y)×G(x,y)×S(x,y)，bG(x,y)＝b(x,y)×G(x,y)×S(x,y)；
则上述公式一变为：
DNL＝kG(x,y)×DNL(x,y)+bG(x,y)
DNH＝kG(x,y)×DNH(x,y)+bG(x,y)
进而得到：
bG(x,y)＝DNH-kG(x,y)×DNH(x,y)
令：
进而求得kG(x,y)和bG(x,y)；
其中，(x、y)表示图像的行列编号，伪光谱辐射平衡法的校正过程中，设置积分球，在相机入瞳处先后产生高低两个辐亮度TL和TH，获得两幅图像数据，求得校正系数；其中，DNL和DNH分别对应高低两次响应的伪光谱平衡图像的灰度值；DNL(x,y)、DNH(x,y)分别对应坐标(x、y)像元高低两次响应图像的DN值，k(x,y)表示坐标(x、y)像元的响应增益，b(x,y)表示该单元的响应偏置，G(x,y)对应相机中各个影响RGB颜色通道的光谱增益的综合系数，S(x,y)对应所使用的标准积分球或均匀面光源的光谱空间分布函数，而kG(x,y)表示考虑光谱增益的响应增益，bG(x,y)表示考虑光谱增益的响应偏置，这两个参数即为伪光谱平衡法所需求得的校正系数；其中，和为B通道的实际响应灰度DN值的均值，a为B谱段光谱倍增系数。
进一步地，所述利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像，具体包括：
将相机入瞳辐亮度设置在TN，利用彩色相机成像系统获得原始图像DNO(x,y)和原始背景图像DNO-BGROUND(x,y)，其中TL＜TN＜TH；
利用所述校正系数分别对所述原始图像DNO(x,y)以及所述原始背景图像DNO-BGROUND(x,y)进行伪光谱辐射平衡校正，获得校正后的图像DNN(x,y)和校正后的背景图像DNN-BGROUND(x,y)。
进一步地，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
根据校正后的图像，采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试时，获得的刃边图像中，图像由一斜置的明暗分界线将图像分为两部分，未被靶标挡住的亮部分，图像响应灰度DN值，应与未挡靶标所获得的DNN(x,y)保持一致或差值控制在预设范围内；此时获得图像DNRB(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像做函数曲线拟合、微分、傅里叶变换以及归一化处理，获得彩色面阵相机的MTF；
其中，在采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
进一步地，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
根据校正后的图像，采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试时，获得的星点图像中，图像显示为针孔弥散斑的几何特征，靶标的最亮点的灰度DN值应小于图像DNN(x,y)的灰度值，此时获得图像DNXD(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像做函数曲线拟合、积分、傅里叶变换及归一化处理，获得彩色面阵相机的MTF；
其中，在采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
进一步地，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
根据校正后的图像，采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试时，使用对应Nyquist频率的明暗线对靶标，图像显示为明暗条纹的几何特征，图像亮条纹灰度DN值应小于图像DNN(x,y)的灰度值，此时获得图像DNZJ(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像读取靶标亮条纹图像灰度值DNBRIGHT和暗条纹DNDARK；
再依据如下公式二获得彩色面阵相机的MTF：
其中，在采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
进一步地，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
采用刃边法和周期矩形靶标法两种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，并以周期矩形靶标法的测试结果作为刃边法测试结果的参考。
进一步地，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
采用星点法和周期矩形靶标法两种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，并以周期矩形靶标法的测试结果作为星点法测试结果的参考。
进一步地，在测试过程，将探测器响应控制在探测器响应线性段，将R通道响应控制在动态范围的90％以内且接近90％，在保证所有通道响应不饱和的同时，B通道远离响应低端非线性区，对彩色面阵RGB进行伪光谱平衡法校正。
第二方面，本发明还提供了一种彩色面阵相机MTF测试装置，包括：
获取模块，用于基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数；
校正模块，用于利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像；
测试模块，用于根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试。
根据上述技术方案可知，本发明提供的彩色面阵相机MTF测试方法，通过伪光谱平衡法，对彩色RGB图像进行灰度校正，能够将传统的MTF测试方法应用于彩色面阵相机的MTF测试，改善由于彩色面阵相机成像原理造成的多数MTF测试方法不适用、仅有刃边MTF测试方法的测试结果而缺乏有效参照、导致结果可信度不高的局面。采用本发明，星点法及周期矩形靶标法，尤其是周期矩形靶标法可以应用于彩色面阵相机MTF测试，极大改善MTF测试应用局面，以图像对比度直接作为测试结果，其明暗条纹最直接表征了像空间对比度的物理意义，提高了相机MTF测试结果的可信度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的彩色面阵相机MTF测试方法的流程图；
图2是彩色面阵相机图像经伪光谱辐射平衡法校正后得到的伪全色面阵相机图像；
图3是本发明另一实施例提供的彩色面阵相机MTF测试装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例提供了一种彩色面阵相机MTF测试方法，参见图1，该方法包括如下步骤：
步骤101：基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数。
步骤102：利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像。
在本步骤中，利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到伪全色面阵相机图像。
步骤103：根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试。
在本步骤中，可以理解的是，由于校正后的图像为伪全色面阵相机图像，因此在得到校正后的图像后，可以采用传统的星点法及周期矩形靶标法对彩色面阵相机进行MTF测试，尤其是周期矩形靶标法，进而可以极大改善MTF测试应用局面。此外，由于周期矩形靶标法以图像对比度直接作为测试结果，其明暗条纹最直接表征了像空间对比度的物理意义，因而可以提高相机MTF测试结果的可信度。
可以理解的是，本实施例的原理为，通过伪光谱辐射平衡法，将彩色面阵相机图像输出校正为伪全色面阵相机图像输出，如图2所示。在得到校正后的伪全色面阵相机图像后，就可以按照面阵相机经典的刃边法、星点法、周期矩形靶标法进行MTF测试。
可以理解的是，在本实施例中，基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得面阵上RGB三色通道所有感光点的校正参数，利用校正参数对相机光谱辐射响应进行校正，在整个图像尺度上，不再区分各颜色通道，获得类似全色面阵相机所获得的灰度一致的均匀图像，支持后续周期矩形靶标法和星点法的MTF测试。
可以理解的是，在本实施例中，在进行光谱辐射平衡法时，将RGB各颜色通道光谱响应特性进行人为平衡，将Bayer滤波的效应进行完全补偿，在对相机输入完全均匀一致的成像目标时，使相机输出均匀一致的灰度图像，其图像效果近似为全色面阵相机在相同条件下得到的图像。对Bayer滤波效应补偿的同时，两点光谱辐射平衡还可以将包括光学系统像面照度非均匀性、探测器响应非均匀性、视频电路非均匀性进行一并校正。在测试过程，可以将探测器响应人为控制在探测器响应线性段，由于RGB通道，B通道一般响应最低，以R通道响应最高。试验过程中，尽量将R通道响应控制在动态范围的90％以内且接近90％，保证所有通道响应不饱和的同时，B通道尽量离开响应低端非线性区。
根据上面描述可知，本实施例提供的彩色面阵相机MTF测试方法，通过伪光谱辐射平衡法，对彩色RGB图像进行灰度校正，能够将传统的MTF测试方法应用于彩色面阵相机的MTF测试，改善由于彩色面阵相机成像原理造成的多数MTF测试方法不适用、仅有刃边MTF测试方法的测试结果而缺乏有效参照、导致结果可信度不高的局面。采用本发明，星点法及周期矩形靶标法，尤其是周期矩形靶标法可以应用于彩色面阵相机MTF测试，极大改善MTF测试应用局面，以图像对比度直接作为测试结果，其明暗条纹最直接表征了像空间对比度的物理意义，提高了相机MTF测试结果的可信度。
在一种可选实施方式中，上述步骤101可以通过如下方式实现：
在探测器响应线性段，选取TH和TL一高一低两个响应点，建立以下公式一：
DNL＝(k(x,y)×DNL(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y)
DNH＝(k(x,y)×DNH(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y)公式一
令：
kG(x,y)＝k(x,y)×G(x,y)×S(x,y)，bG(x,y)＝b(x,y)×G(x,y)×S(x,y)；
则上述公式一变为：
DNL＝kG(x,y)×DNL(x,y)+bG(x,y)
DNH＝kG(x,y)×DNH(x,y)+bG(x,y)
进而得到：
bG(x,y)＝DNH-kG(x,y)×DNH(x,y)
这里，可以根据RGB各光谱的响应比例关系和标准积分球光源的光谱分布规律，大概评估一下RGB原始图像的灰度DN值比例关系，响应率最低的一般为B通道，这里简单处理，以B通道的实际响应灰度DN值的均值和为参考，扩大a倍后作为伪平衡光谱平衡图像的目标图像。
故令：
进而结合上面得到的关系式：
bG(x,y)＝DNH-kG(x,y)×DNH(x,y)
求得kG(x,y)和bG(x,y)。
其中，(x、y)表示图像的行列编号，伪光谱辐射平衡法的校正过程中，设置积分球，在相机入瞳处先后产生高低两个辐亮度TL和TH，获得两幅图像数据，求得校正系数；其中，DNL和DNH分别对应高低两次响应的伪光谱平衡图像的灰度值；DNL(x,y)、DNH(x,y)分别对应坐标(x、y)像元高低两次响应图像的DN值，k(x,y)表示坐标(x、y)像元的响应增益，b(x,y)表示该单元的响应偏置，G(x,y)对应相机中各个影响RGB颜色通道的光谱增益的综合系数，S(x,y)对应所使用的标准积分球或均匀面光源的光谱空间分布函数，而kG(x,y)表示考虑光谱增益的响应增益，bG(x,y)表示考虑光谱增益的响应偏置，这两个参数即为伪光谱平衡法所需求得的校正系数；其中，和为B通道的实际响应灰度DN值的均值，a为B谱段光谱倍增系数，为保证RGB各通道响应进行伪光谱平衡校正后，校正系数均大于1以利于后续处理，可将B谱段光谱倍增系数a设为10。
相应地，在一种可选实施方式中，上述步骤102可以通过如下方式实现：
将相机入瞳辐亮度设置在TN，利用彩色相机成像系统获得原始图像DNO(x,y)和原始背景图像DNO-BGROUND(x,y)，其中TL＜TN＜TH；
利用所述校正系数分别对所述原始图像DNO(x,y)以及所述原始背景图像DNO-BGROUND(x,y)进行伪光谱辐射平衡校正，获得校正后的图像DNN(x,y)和校正后的背景图像DNN-BGROUND(x,y)。
在本实施方式中，将相机入瞳辐亮度设置在TL和TH之间一点TN，利用彩色相机成像系统获得一副原始RGB图像DNO(x,y)，利用bG(x,y)和kG(x,y)进行伪光谱平衡法校正，得到新的图像DNN(x,y)：
DNN(x,y)＝kG(x,y)×DNO(x,y)+bG(x,y)
可以理解的是，新获得的图像DNN(x,y)的灰度均匀性较佳。
再利用彩色相机成像系统获得一副暗背景图像DNO-BGROUND(x,y)，利用bG(x,y)和kG(x,y)进行伪光谱平衡法校正，得到新的背景图像DNN-BGROUND(x,y)：
DNN(x,y)＝kG(x,y)×DNO(x,y)+bG(x,y)
DNN-GROUND(x,y)＝kG(x,y)×DNO-GROUND(x,y)+bG(x,y)
同样，可以理解的是，新获得的图像DNN(x,y)和DNN-BGROUND(x,y)的灰度均匀性较佳。
需要强调的是，包括伪光谱平衡校正在内的数据处理的目的，都是应用于后续的MTF测试，其数据的绝对值不具有明确的物理意义，图像灰度DN值总是要经过最终的归一化，对最终的MTF计算没有实质影响。
需要说明的是，由于求解bG(x,y)和kG(x,y)的过程中，人为将B通道的增益扩大了约10倍，因此，新图像DNN(x,y)的响应范围可能超出了原始图像量化范围。比如，原始图像10位量化，灰度DN值相应范围0-4095，在R通道响应在90％左右时，通过伪光谱平衡校正，可能造成图像灰度DN值大于4095。但图像数据可以通过扩展存储的方式，将图像灰度通道扩大至16位，调增至0-65535范围即可。
可以理解的是，测试系统的图像显示可以做动态拉伸，根据图像的明暗范围做自动动态适应，将图像的实际灰度DN值，按比例动态拉伸至0-255范围，从而实现高于8位量化的动态的图像灰度显示。
接下来就可以按照面阵相机经典的刃边法、星点法、周期矩形靶标法来进行MTF测试。
可以理解的是，上述步骤103在具体实施时，至少包括如下①～⑤所示的几种情形。
①根据校正后的图像，只采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试。
在采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试时，获得的刃边图像中，图像由一斜置的明暗分界线将图像分为两部分，未被靶标挡住的亮部分，图像响应灰度DN值，应与未挡靶标所获得的DNN(x,y)保持一致或差值控制在预设范围内；此时获得图像DNRB(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像做函数曲线拟合、微分、傅里叶变换以及归一化处理，获得彩色面阵相机的MTF；其中，在采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
②根据校正后的图像，只采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试。
在采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试时，获得的星点图像中，图像显示为针孔弥散斑的几何特征，靶标的最亮点的灰度DN值应小于图像DNN(x,y)的灰度值，此时获得图像DNXD(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像做函数曲线拟合、积分、傅里叶变换及归一化处理，获得彩色面阵相机的MTF；其中，在采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
③根据校正后的图像，只采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试时，使用对应Nyquist频率的明暗线对靶标，图像显示为明暗条纹的几何特征，图像亮条纹灰度DN值应小于图像DNN(x,y)的灰度值，此时获得图像DNZJ(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像读取靶标亮条纹图像灰度值DNBRIGHT和暗条纹DNDARK；
再依据如下公式二获得彩色面阵相机的MTF：
其中，在采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
④采用刃边法和周期矩形靶标法两种MTF测试方法共同进行彩色面阵相机MTF测试，并以周期矩形靶标法的测试结果作为刃边法测试结果的参考。
可以理解的是，在本实现方式中，刃边法和周期矩形靶标法各自的处理过程可参考上述情形①和③的介绍。
⑤采用星点法和周期矩形靶标法两种MTF测试方法共同进行彩色面阵相机MTF测试，并以周期矩形靶标法的测试结果作为星点法测试结果的参考。
可以理解的是，在本实现方式中，星点法和周期矩形靶标法各自的处理过程可参考上述情形②和③的介绍。
本发明另一实施例提供了一种彩色面阵相机MTF测试装置，参见图3，该装置包括：获取模块21、校正模块22和测试模块23，其中：
获取模块21，用于基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数；
校正模块22，用于利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像；
测试模块23，用于根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试。
本实施例提供的彩色面阵相机MTF测试装置可以用于执行上述实施例所述的彩色面阵相机MTF测试方法，其工作原理和有益效果类似，具体可参见上述实施例的介绍，此处不再赘述。
上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种彩色面阵相机MTF测试方法，其特征在于，包括：
基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数；
利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像；
根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试；
其中，所述基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数，具体包括：
在探测器响应线性段，选取TH和TL一高一低两个响应点，建立以下公式一：
DNL＝(k(x,y)×DNL(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y)
DNH＝(k(x,y)×DNH(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y) 公式一
令：
kG(x,y)＝k(x,y)×G(x,y)×S(x,y)，bG(x,y)＝b(x,y)×G(x,y)×S(x,y)；
则上述公式一变为：
DNL＝kG(x,y)×DNL(x,y)+bG(x,y)
DNH＝kG(x,y)×DNH(x,y)+bG(x,y)
进而得到：
bG(x,y)＝DNH-kG(x,y)×DNH(x,y)
令：
进而求得kG(x,y)和bG(x,y)；
其中，(x、y)表示图像的行列编号，伪光谱辐射平衡法的校正过程中，设置积分球，在相机入瞳处先后产生高低两个辐亮度TL和TH，获得两幅图像数据，求得校正系数；其中，DNL和DNH分别对应高低两次响应的伪光谱平衡图像的灰度值；DNL(x,y)、DNH(x,y)分别对应坐标(x、y)像元高低两次响应图像的DN值，k(x,y)表示坐标(x、y)像元的响应增益，b(x,y)表示该单元的响应偏置，G(x,y)对应相机中各个影响RGB颜色通道的光谱增益的综合系数，S(x,y)对应所使用的标准积分球或均匀面光源的光谱空间分布函数，而kG(x,y)表示考虑光谱增益的响应增益，bG(x,y)表示考虑光谱增益的响应偏置，这两个参数即为伪光谱平衡法所需求得的校正系数；其中，和为B通道的实际响应灰度DN值的均值，a为B谱段光谱倍增系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像，具体包括：
将相机入瞳辐亮度设置在TN，利用彩色相机成像系统获得原始图像DNO(x,y)和原始背景图像DNO-BGROUND(x,y)，其中TL＜TN＜TH；
利用所述校正系数分别对所述原始图像DNO(x,y)以及所述原始背景图像DNO-BGROUND(x,y)进行伪光谱辐射平衡校正，获得校正后的图像DNN(x,y)和校正后的背景图像DNN-BGROUND(x,y)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
根据校正后的图像，采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试时，获得的刃边图像中，图像由一斜置的明暗分界线将图像分为两部分，未被靶标挡住的亮部分，图像响应灰度DN值，应与未挡靶标所获得的DNN(x,y)保持一致或差值控制在预设范围内；此时获得图像DNRB(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像做函数曲线拟合、微分、傅里叶变换以及归一化处理，获得彩色面阵相机的MTF；
其中，在采用刃边法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
根据校正后的图像，采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试时，获得的星点图像中，图像显示为针孔弥散斑的几何特征，靶标的最亮点的灰度DN值应小于图像DNN(x,y)的灰度值，此时获得图像DNXD(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像做函数曲线拟合、积分、傅里叶变换及归一化处理，获得彩色面阵相机的MTF；
其中，在采用星点法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
根据校正后的图像，采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试；
在采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试时，使用对应Nyquist频率的明暗线对靶标，图像显示为明暗条纹的几何特征，图像亮条纹灰度DN值应小于图像DNN(x,y)的灰度值，此时获得图像DNZJ(x,y)，减去DNN-BGROUND(x,y)，依据此图像读取靶标亮条纹图像灰度值DNBRIGHT和暗条纹DNDARK；
再依据如下公式二获得彩色面阵相机的MTF：
其中，在采用周期矩形靶标法进行彩色面阵相机MTF测试时，相机入瞳辐亮度同样设置在TN。
6.根据权利要求2、3和5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
采用刃边法和周期矩形靶标法两种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，并以周期矩形靶标法的测试结果作为刃边法测试结果的参考。
7.根据权利要求2、4和5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，具体包括：
采用星点法和周期矩形靶标法两种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试，并以周期矩形靶标法的测试结果作为星点法测试结果的参考。
8.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，在测试过程，将探测器响应控制在探测器响应线性段，将R通道响应控制在动态范围的90％以内且接近90％，在保证所有通道响应不饱和的同时，B通道远离响应低端非线性区，对彩色面阵RGB进行伪光谱平衡法校正。
9.一种彩色面阵相机MTF测试装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于基于探测器线性响应特性，将彩色面阵相机的RGB三个彩色通道进行标定，利用积分球或其他标准均匀面光源，获得彩色面阵上RGB三色通道所有感光点的校正系数；其中，所述校正系数为伪光谱辐射平衡法所需的校正系数；
校正模块，用于利用得到的校正系数对彩色面阵相机光谱辐射响应进行伪光谱辐射平衡校正，得到校正后的图像；
测试模块，用于根据校正后的图像，采用刃边法、星点法和周期矩形靶标法中的一种或多种MTF测试方法进行彩色面阵相机MTF测试；
其中，所述获取模块，具体用于：
在探测器响应线性段，选取TH和TL一高一低两个响应点，建立以下公式一：
DNL＝(k(x,y)×DNL(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y)
DNH＝(k(x,y)×DNH(x,y)+b(x,y))×G(x,y)×S(x,y) 公式一
令：
kG(x,y)＝k(x,y)×G(x,y)×S(x,y)，bG(x,y)＝b(x,y)×G(x,y)×S(x,y)；
则上述公式一变为：
DNL＝kG(x,y)×DNL(x,y)+bG(x,y)
DNH＝kG(x,y)×DNH(x,y)+bG(x,y)
进而得到：
bG(x,y)＝DNH-kG(x,y)×DNH(x,y)
令：
进而求得kG(x,y)和bG(x,y)；
其中，(x、y)表示图像的行列编号，伪光谱辐射平衡法的校正过程中，设置积分球，在相机入瞳处先后产生高低两个辐亮度TL和TH，获得两幅图像数据，求得校正系数；其中，DNL和DNH分别对应高低两次响应的伪光谱平衡图像的灰度值；DNL(x,y)、DNH(x,y)分别对应坐标(x、y)像元高低两次响应图像的DN值，k(x,y)表示坐标(x、y)像元的响应增益，b(x,y)表示该单元的响应偏置，G(x,y)对应相机中各个影响RGB颜色通道的光谱增益的综合系数，S(x,y)对应所使用的标准积分球或均匀面光源的光谱空间分布函数，而kG(x,y)表示考虑光谱增益的响应增益，bG(x,y)表示考虑光谱增益的响应偏置，这两个参数即为伪光谱平衡法所需求得的校正系数；其中，和为B通道的实际响应灰度DN值的均值，a为B谱段光谱倍增系数。
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