CN109243268A - 一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台及方法，属于可见光探测器测试技术领域，特别适用于宇航应用的单线阵、TDI线阵、面阵图像探测器和小型相机在光电性能指标的测试以及成像演示验证。平台具有多种工作模式，分别是线阵光电性能测试模式、面阵光电性能测试模式、线阵/面阵成像模式、光功率与照度定标模式，可实现对宇航用和非宇航用的可见光线阵和面阵探测器的光电性能测试和成像演示验证，同时支持相机的测试和演示验证，测试中涉及的仪器和设备集中管控，并具有可扩展性。

Description

一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台及方法

技术领域

本发明涉及一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台及方法，属于可见光探测器测试技术领域，特别适用于宇航应用的单线阵、TDI线阵、面阵图像探测器和小型相机在光电性能指标的测试以及成像演示验证。

背景技术

可见光图像探测器是将光信号转换为电信号的一种传感器，目前广泛应用于消费电子、工业检测、安防监控、军事和航天等领域。主流的可见光图像探测器可分为单线阵、TDI线阵、面阵图像探测器，衡量图像探测器性能的参数指标有很多，不同类型的参数测试条件也不尽相同，有的参数需要在全暗条件下进行测试，有的参数需要在均匀光或单色光下测试。

宇航用可见光图像探测器主要应用于遥感卫星载荷，由于探测器的光电性能参数直接影响卫星的成像质量，所以就要求探测器具有较高成像分辨率、较高光电性能指标。这就需要在宇航用可见光图像探测器的研制过程中，在地面进行充分的测试和演示验证，以满足遥感成像应用。

从现有的技术来看，中国电子科技集团公司第四十四研究所的专利“CCD测试装置CN201410110999.5”，主要是一套针对CCD探测器测试用的通用电路，只单独使用此发明无法完成CCD测试，并且该装置测试对象仅针对CCD器件，华中科技大学的专利“光电探测器光谱响应测试系统及其测量方法CN201510759890.9”主要通过产生正弦调制的单色光的测试光电探测器的光谱相应，但探测器的光电指标很多，该发明不能完全覆盖，中国兵器工业第二〇五研究所的发明专利“面阵探测器光谱响应度测试方法CN201110285772.0”主要测试对象为面阵探测器，测试项主要为光谱响应度和空间均匀性测量，并且主要说明了测试的步骤方法。不足之处在于不能测线阵和TDI类型的探测器，测试项目不全面，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的发明专利“一种高速TDICCD遥感相机图像采集与显示装置CN201410219151.6”侧重点在TDI-CCD遥感相机图像采集、显示、控制和存储的硬件设备组成，对测试电路之外的光学、机械部分没有涉及，此外该装置测试对象是相机整体，无法单独对探测器进行测试，北京凌云光视数字图像技术有限责任公司的发明专利“基于EMVA1288标准的相机性能测试平台CN201110167987.2”基于欧洲机器视觉的测试标准EMVA1288，能对相机进行光电性能测试，平台包括必要的光学部件、机械部件和控制系统。但平台只能对相机进行测试，不能针对探测器进行测试，也不能进行成像演示。

依据现有的探测器或相机测试的相关发明专利情况，不能用一套设备或平台实现对单线阵、TDI线阵、面阵图像探测器在光电性能测试、光谱相应测试和成像演示验证，更不能针对于宇航用规模较大的探测器进行以上测试和验证。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种宇航用可见光图像探测器的测试与演示验证平台及方法，该平台具有多种工作模式，实现对宇航用的可见光线阵和面阵探测器的光电性能测试和成像演示验证，同时支持相机的测试和演示验证，测试中涉及的仪器和设备集中管控，并具有可扩展性。

本发明的技术方案如下：

一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，用于对宇航用可见光探测器进行光电性能测试和成像演示验证；

该平台包括组合光源、积分球、暗箱、成像滚筒、光机部件、光功率计、照度计、散热装置、温度传感器、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、直流电源和显控计算机；

所述的组合光源包括卤钨灯、面光源和线光源；

所述的光机部件包括滑轨、第一滑块、第二滑块、升降台、二轴平移装置、柔性成像装置、平行光管和光阑滤光轮；光阑滤光轮用于安装光阑和多个滤光片，光阑滤光轮能够带动多个滤光片转动，从而能够选择合适的滤光片；

所述的柔性成像装置包括成像镜头、固定板和柔性腔体，固定板的左侧固定安装柔性腔体，固定板的右侧固定安装成像镜头，固定板的底端固定安装在二轴平移装置上；柔性腔体的体积可以变大变小，柔性腔体在体积保持不变的情况下，外形能够发生变化；

所述的散热装置包括热端和冷端；

所述的线光源、散热装置冷端、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、光机部件、光功率计、照度计、温度传感器和成像滚筒位于暗箱内部；

所述的显控计算机、散热装置热端、直流电源、面光源、积分球和卤钨灯位于暗箱外面；

所述的卤钨灯位于积分球内部；

所述的卤钨灯输出的光束照射到积分球内部，光束通过积分球内表面的反射后输出均匀光，均匀光再透过光阑滤光轮后转换为单色光，单色光通过平行光管后转换为平行光，平行光照射到探测器焦面电路中的探测器上，探测器焦面电路根据接收到的平行光产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器焦面电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；卤钨灯输出的光束辐亮度通过显控计算机进行调节，辐亮度根据测试对象和对测试条件要求进行选择；所述的均匀光也可以采用面光源进行输出；

所述的平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合，为了使平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合可通过升降台、滑轨和第一滑块相结合的方式实现，具体为：探测器固定安装在升降台上，升降台能够带动探测器上下移动，升降台固定安装在第一滑块上，第一滑块在滑轨上可以左右移动；当第一滑块在滑轨上左右移动时可以带动升降台左右移动，进而升降台带动探测器左右移动，从而实现平行光管输出的平行光与探测器表面的距离的调整；当升降台上下移动时可以带动探测器上下移动，从而实现平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合；

所述的线光源输出的光束照射到探测器焦面电路中的探测器上，探测器焦面电路根据接收到的光束产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器焦面电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；线光源输出的光束辐亮度通过显控计算机进行调节；

待成像的靶标的反射光束通过柔性成像装置照射到探测器上，探测器焦面电路根据接收到的反射光束产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器焦面电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；所述的成像滚筒用于安装靶标，并可带动靶标上下移动，移动速度和方向可通过显控计算机控制；

待成像的靶标的反射光束通过柔性成像装置照射到探测器上的位置通过二轴平移装置、第二滑块和滑轨相结合的方式实现，具体为：柔性成像装置的镜头固定板固定在二轴平移装置上，柔性成像装置的柔性腔体尾部尺寸可伸缩，柔性腔体内部为发黑处理，形成暗室，靶标的反射光束仅能通过镜头入射到探测器上，通过第二滑块在滑轨上可以左右移动带动二轴平移装置，从而实现调节柔性镜头的焦点到探测器上，同时在二轴平移装置能够带动柔性成像装置上下和前后移动，将靶面反射的光分时汇聚在探测器不同的区域，从而实现靶标在探测器表面不同位置成像的调节；

所述的直流电源用于给探测器驱动与数据采集电路供电，直流电源输出的电压值和限流值通过显控计算机进行控制；

所述的探测器驱动与数据采集电路用于对探测器焦面电路进行驱动，使探测器焦面电路启动工作；

所述的照度计用于采集暗箱内探测器表面的光照度，并将采集到的光照度值发送给显控计算机；

所述的光功率计用于采集暗箱内探测器表面的光功率，并将采集到的光功率值发送给显控计算机；

所述的温度传感器用于采集暗箱内环境温度T1和探测器焦面电路中的探测器表面温度T2，并将采集到的温度值T1和T2发送给显控计算机；

所述的散热装置用于对探测器焦面电路中的探测器表面进行降温，使探测器表面温度不高于设定温度。

所述的暗箱可为被测探测器在暗场测试提供一个全暗的环境，同时在有光测试时避免外界杂光干扰；

所述的成像滚筒安装方式包括垂直安装和水平安装；

所述散热装置采用水冷方式。

一种测试宇航用可见光图像探测器光电性能的方法，探测器的光电性能测试方法的步骤包括：

(1)试验前条件确认：根据探测器的类型，选择线光源、面光源、卤钨灯中的一种作为光源，且光源的输出强度使探测器的输出响应仅在最大曝光时间时出现饱和；

用照度计和光功率计标定光源的输出光照度和光功率，调节光机组件保证光路正确，直流电源为探测器驱动与数据采集电路和探测器焦面电路供电，通过显控计算机记录环境温度和探测器温度，设置探测器参数，包括增益、偏置，选择一组曝光时间。

(2)调节射入探测器光敏元的辐照度，从全暗到超出像元饱和辐照度区间内至少选择50个等间隔辐照度，在每个辐照度下，保存的2幅图像；

(3)根据图像数据计算探测器各项光电性能指标，包括系统增益、响应度、量子效率、信噪比、动态范围、线性度、饱和值；

(4)测试暗电流：全暗条件下测试，并且测试过程中，尽量保证探测器器件温度波动尽量小。选择至少6个等间隔的曝光时间，通过改变器件的曝光时间，测试对应曝光时间的输出信号；以曝光时间为横坐标，输出信号为纵坐标，通过最小二乘法将测试数据拟合为直线，直线的斜率即为暗电流。

(5)测试探测器空间域下各个像元的暗信号不一致性、光电响应不一致性：保存L幅全暗条件下图像，L值根据实际情况选取，推荐100～400；求得的饱和值，调节光源辐射强度，使探测器响应在50％饱和值；保存L幅50％饱和值条件下的图像，L值选取与全暗条件下的L值一致，根据图像数据计算暗信号不一致性、光电响应不一致性。

(6)光谱灵敏度测试，选择待测波长的滤光片，将不同波长的滤光片固定在滤光轮上，利用光功率计计算不同曝光时间下的光子数，保存不同波长下的图像，计算各个波长下的量子效率，最终将各个波长的量子效率绘制曲线。

一种宇航用可见光图像探测器成像演示的方法，当探测器为线阵探测器时，其成像演示方法的步骤包括：

线阵成像采用“定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像”方法，该方法的详细步骤如下：遥感卫星在轨以推扫的方式对地成像，地面景物可以近似认为是静止的，卫星沿着轨道方向运动，定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像则根据运动是相对的原理，让探测器静止，景物移动，优点是无需复杂的机械结构带动探测器和焦面电路一起运动，不用考虑焦面电路对外输出电缆在转动情况下的处理，避免探测器移动带来的探测器损坏的风险。

P为探测器像元在垂直模拟推扫方向的几何尺寸，W为像元对应的景物尺寸，F为镜头焦距，U为物距，f为探测器的行频，T为探测器的积分时间，V为景物运动速度。

假设像元尺寸为10um，F为200mm，U为0.5m，探测器的行频为50KHz，那么通过以上三个公式，可计算出V＝1.25m/s。一般情况下商用镜头的焦距可调，物距可以通过移动滑块调节，V可以通过调节滚筒的转速进行调节。

根据以上原理线阵成像模式的步骤如下：

将待测靶标固定在滚筒上，通过滑轨、二轴平移装置调节探测器、柔性镜头和成像滚筒的相对位置，设置线阵探测器的行频，根据理论计算调节滚筒速度，使得显控计算机上能正确地显示推扫成像的图像数据。

一种宇航用可见光图像探测器成像演示的方法，当探测器为面阵探测器时，其成像演示方法的步骤包括：

将待测靶标固定在滚筒上，通过滑轨、二轴平移装置调节探测器、柔性镜头和成像滚筒的相对位置，设置面阵探测器的曝光时间，即可在显控计算机获得静态图像，若为要进行动态成像，根据理论计算调节滚筒速度，使得显控计算机上能正确地显示成像的图像数据。

本发明的技术效果如下：

(1)本发明涉及的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，可用于对单线阵、TDI线阵和面阵类型的CCD和CMOS类型探测器进行光电性能测试和成像演示验证。根据测试的对象和测试内容可以将平台设置四种工作模式，分别是线阵光电性能测试模式、面阵光电性能测试模式、线阵/面阵成像模式、光功率与照度定标模式。光电性能测试可以对探测器光电参数进行测试，包括灵敏度、线性度、暗信号、信噪比、暗信号非均匀性、光响应非均匀性等，成像模式可以测试探测器的MTF、微光成像能力，同时进行成像演示验证，光功率与照度定标模式可以对指定位置处的光源发出的光功率和照度进行定标。

(2)在光电性能测试模式下，可以根据测试的要求选择线光源、面光源和积分球+卤素灯。平台可以适应不同尺寸光敏面探测器的测试。当测试不同尺寸光敏面的探测器时，可以通过切换三档入光孔尺寸和调整线性滑轨上滑块的位置，以满足探测器光敏面尺寸、光源入光孔尺寸与光敏面和入光孔之间距离之间的关系，通过调整升降台高度，以满足探测器光敏面中心与入射光中心的重合。

(3)在成像模式下，柔性成像装置固定在二轴平移装置上，通过调整探测器、镜头和成像靶面三者的位置关系，找到最佳成像工作位置，对于柔性成像装置无法覆盖整个光敏面的情况，可以通过调整柔性成像装置的位置实现局部成像，成像滚筒在其他工作模式下采取水平安装方式，在成像模式下垂直安装。对于线阵成像模式下，控制滚筒转动方向和转速，模拟卫星的推扫成像；在面阵成像模式下，静态成像时滚筒静止，动态成像时滚筒转动。

(4)平台可以对实时监测和记录暗室内的光照度、光功率，同时实时监测和记录测试过程中暗室内环境温度和探测器表面温度。

(5)所述显控计算机是测试与演示验证平台的数据采集、控制的单元，集成度较高，便于提高测试效率和后期测试报告的输出，其中采集数据包括图像数据、探测器工作电压/电流、测试温度、测试光功率与光照度，控制对象包括探测器的工作状态、直流电源的输出电压/电流、卤钨灯输出光强度、线光源输出光强、面光源输出光强、成像滚筒电机转向与转速。

(6)所述滤光片根据宇航用探测器应用背景不同，会选择不同的谱段和半高宽的滤光片，选择灵活，滤光片可安装在暗箱入光孔或安装在光阑滤光轮上。

(7)一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，由组合光源、暗箱、积分球、成像滚筒、光机部件、光功率计、照度计、散热装置、温度传感器、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、直流电源、显控计算机组成。

(8)平台具有多种工作模式，分别是线阵光电性能测试模式、面阵光电性能测试模式、线阵/面阵成像模式、光功率与照度定标模式，可实现对宇航用和非宇航用的可见光线阵和面阵探测器的光电性能测试和成像演示验证，同时支持相机的测试和演示验证，测试中涉及的仪器和设备集中管控，并具有可扩展性。

附图说明

图1为本发明一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台的系统框图；

图2为本发明一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台的线阵光电性能测试模式示意图；

图3为本发明一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台的面阵光电性能测试模式示意图；

图4为本发明一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台的线阵/面阵成像模式示意图；

图5为本发明一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台的光功率与照度定标模式示意图；

图6为本发明的柔性成像装置的结构示意图；

图7为本发明的柔性成像装置体积变大变小的过程示意图；

图8为本发明的柔性成像装置体积不变，外形发生变化的过程示意图；

图9为本发明的定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

以一款线阵CMOS探测器的光电性能测试和成像演示为例，选择平台的线阵光电测试模式和线阵成像演示模式。

(1)线阵CMOS探测器的像元数量为8192个，像元尺寸为10um，将待测探测器安装在焦面电路上，然后将焦面电路固定在升降台上，选择线光源作为此款线阵探测器测试的光源，调节光机组件中的升降台保证光路正确，调节线光源的输出光强度使线阵探测器的输出响应仅在最大曝光时间时出现饱和；用照度计和光功率计标定线光源的输出光照度和光功率，调节直流电源输出电压5V和限制电流3A，保证探测器驱动与数据采集电路和探测器焦面电路能正常工作，通过显控计算机记录环境温度25℃和探测器温度25℃，设置探测器参数，探测器的输出增益为1。

(2)通过修改曝光时间调节射入探测器光敏元的辐照度，从全暗到超出像元饱和辐照度区间内选择50个等间隔.曝光时间选取从0.0ms～0.1ms，曝光时间增加步长0.02ms，在每个曝光时间下，保存的2幅图像；

(3)根据图像数据计算探测器各项光电性能指标，包括系统增益、响应度、量子效率、信噪比、动态范围、线性度、饱和值；

(4)测试暗电流：关闭线光源，全暗条件下测试，并且测试过程中启动散热装置，并适时监控环境温度和探测器温度。曝光时间从0.0ms到0.1ms选择10个等间隔的曝光时间，通过改变器件的曝光时间，测试对应曝光时间的输出信号；以曝光时间为横坐标，输出信号为纵坐标，通过最小二乘法将测试数据拟合为直线，直线的斜率即为暗电流。

(5)测试探测器空间域下各个像元的暗信号不一致性、光电响应不一致性：保存100幅全暗条件下图像；根据求得的饱和值，调节光源辐射强度，使探测器响应在50％饱和值；保存100幅50％饱和值条件下的图像，根据图像数据计算暗信号不一致性、光电响应不一致性。

(6)光谱灵敏度测试，选择波长分为400nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm的滤光片，将不同波长的滤光片固定在滤光轮上，利用光功率计计算不同曝光时间下的光子数，保存不同波长下的图像，计算各个波长下的量子效率，最终将各个波长的量子效率绘制曲线。

(7)采用“定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像”方法进行此款线阵探测器的成像演示，“定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像”方法的原理，像元尺寸为10um，镜头焦距为200mm，物距为0.5m，探测器的行频为75KHz，计算滚筒线速度1.875m/s。

(8)根据理论计算值，通过调节第一滑块和第二滑块保证物距为0.5m，且探测器位于镜头的焦距，启动滚筒，调节滚筒线速度为1.875m/s，设置探测器行频为75KHz，显控计算机上能正确地显示推扫成像的图像数据，成像演示过程中由于线阵规模超过成像镜头支持的探测器尺寸，通过调节柔性镜头选自线阵探测器不同区域成像。

下面对发明的四种工作模式进行说明。

如图1所示，一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，用于对宇航用可见光探测器进行光电性能测试和成像演示验证；

该平台包括组合光源、积分球、暗箱、成像滚筒、光机部件、光功率计、照度计、散热装置、温度传感器、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、直流电源和显控计算机；

所述的组合光源包括卤钨灯、面光源和线光源；

所述的光机部件包括滑轨、第一滑块、第二滑块、升降台、二轴平移装置、柔性成像装置、平行光管和光阑滤光轮；光阑滤光轮用于安装光阑和多个滤光片，光阑滤光轮能够带动多个滤光片转动，从而能够选择合适的滤光片；

如图6、图7和图8所示，所述的柔性成像装置包括成像镜头、固定板和柔性腔体，固定板的左侧固定安装柔性腔体，固定板的右侧固定安装成像镜头，固定板的底端固定安装在二轴平移装置上；柔性腔体的体积可以变大变小，柔性腔体在体积保持不变的情况下，外形能够发生变化；

所述的散热装置包括热端和冷端；

所述的线光源、散热装置冷端、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、光机部件、光功率计、照度计、温度传感器和成像滚筒位于暗箱内部；

所述的显控计算机、散热装置热端、直流电源、面光源、积分球和卤钨灯位于暗箱外面；

所述的卤钨灯位于积分球内部；

所述的卤钨灯输出的光束照射到积分球内部，光束通过积分球内表面的反射后输出均匀光，均匀光再透过光阑滤光轮后转换为单色光，单色光通过平行光管后转换为平行光，平行光照射到探测器焦面电路中的探测器上，探测器焦面电路根据接收到的平行光产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器焦面电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；卤钨灯输出的光束辐亮度通过显控计算机进行调节，辐亮度根据测试对象和对测试条件要求进行选择；所述的均匀光也可以采用面光源进行输出；

所述的平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合，为了使平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合可通过升降台、滑轨和第一滑块相结合的方式实现，具体为：探测器固定安装在升降台上，升降台能够带动探测器上下移动，升降台固定安装在第一滑块上，第一滑块在滑轨上可以左右移动；当第一滑块在滑轨上左右移动时可以带动升降台左右移动，进而升降台带动探测器左右移动，从而实现平行光管输出的平行光与探测器表面的距离的调整；当升降台上下移动时可以带动探测器上下移动，从而实现平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合；

所述的线光源输出的光束照射到探测器焦面电路中的探测器上，探测器焦面电路根据接收到的光束产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器焦面电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；线光源输出的光束辐亮度通过显控计算机进行调节；

待成像的靶标的反射光束通过柔性成像装置照射到探测器上，探测器焦面电路根据接收到的反射光束产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器焦面电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；所述的成像滚筒用于安装靶标，并可带动靶标上下移动，移动速度和方向可通过显控计算机控制；

待成像的靶标的反射光束通过柔性成像装置照射到探测器上的位置通过二轴平移装置、第二滑块和滑轨相结合的方式实现，具体为：柔性成像装置的镜头固定板固定在二轴平移装置上，柔性成像装置的柔性腔体尾部尺寸可伸缩，柔性腔体内部为发黑处理，形成暗室，靶标的反射光束仅能通过镜头入射到探测器上，通过第二滑块在滑轨上可以左右移动带动二轴平移装置，从而实现调节柔性镜头的焦点到探测器上，同时在二轴平移装置能够带动柔性成像装置上下和前后移动，将靶面反射的光分时汇聚在探测器不同的区域，从而实现靶标在探测器表面不同位置成像的调节；

所述的直流电源用于给探测器驱动与数据采集电路供电，直流电源输出的电压值和限流值通过显控计算机进行控制；

所述的探测器驱动与数据采集电路用于对探测器焦面电路进行驱动，使探测器焦面电路启动工作；

所述的照度计用于采集暗箱内探测器表面的光照度，并将采集到的光照度值发送给显控计算机；

所述的光功率计用于采集暗箱内探测器表面的光功率，并将采集到的光功率值发送给显控计算机；

所述的温度传感器用于采集暗箱内环境温度T1和探测器焦面电路中的探测器表面温度T2，并将采集到的温度值T1和T2发送给显控计算机；

所述的散热装置用于对探测器焦面电路中的探测器表面进行降温，使探测器表面温度不高于设定温度。

所述的暗箱可为被测探测器在暗场测试提供一个全暗的环境，同时在有光测试时避免外界杂光干扰；

所述的成像滚筒安装方式包括垂直安装和水平安装；

所述散热装置采用水冷方式。

如图9所示，线阵成像采用“定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像”方法，该方法的详细步骤如下：遥感卫星在轨以推扫的方式对地成像，地面景物可以近似认为是静止的，卫星沿着轨道方向运动，定探测器模拟遥感卫星线阵推扫成像则根据运动是相对的原理，让探测器静止，景物移动，优点是无需复杂的机械结构带动探测器和焦面电路一起运动，不用考虑焦面电路对外输出电缆在转动情况下的处理，避免探测器移动带来的探测器损坏的风险。

P为探测器像元在垂直模拟推扫方向的几何尺寸，W为像元对应的景物尺寸，F为镜头焦距，U为物距，f为探测器的行频，T为探测器的积分时间，V为景物运动速度。

假设像元尺寸为10um，F为200mm，U为0.5m，探测器的行频为50KHz，那么通过以上三个公式，可计算出V＝1.25m/s。一般情况下商用镜头的焦距可调，物距可以通过移动滑块调节，V可以通过调节滚筒的转速进行调节。

线阵光电性能测试模式如图2所示，该模式下支持单线阵探测器、TDI线阵探测器和线阵小相机，光源选择线光源，调节线光源中心与待测线阵探测器中心在同一水平线上，线光源发出均匀光照射到线阵探测器表面，探测器驱动与数据采集电路为探测器焦面电路提供探测器工作所需的驱动信号，探测器焦面电路输出探测器图像数据至探测器驱动与数据采集电路，测试过程中照度计探头中心与探测器中心在同一水平线上，实时监测输出光照度，显控计算机接收探测器驱动与数据采集电路输出的图像数据并显示，测试过程中在显控计算机上控制线光源发光光强，并实时监控探测器和暗室内温度。

面阵光电性能测试模式如图3所示，该模式下支持面阵探测器和面阵相机，光源选择面光源或积分球+卤钨灯，调节所选光源中心与待测探测器中心在同一水平线上，所选光源发出均匀光照射到探测器表面，如果要求光平行入射到探测器，那么在探测器和光源之间加入平行光管，探测器驱动与数据采集电路为探测器焦面电路提供探测器工作所需的驱动信号，探测器焦面电路输出探测器图像数据至探测器驱动与数据采集电路，测试过程中照度计探头中心与探测器中心在同一水平线上，实时监测输出光照度，显控计算机接收探测器驱动与数据采集电路输出的图像数据并显示，测试过程中在显控计算机上控制线光源发光光强，并实时监控探测器和暗室内温度，测试探测器光谱性能时，可将所需波长的滤光片固定在光阑滤光轮或暗箱入光孔，均匀光通过滤光片产生单色光，测试过程中光功率计探头中心与探测器中心在同一水平线上，实时监测输出光功率。

线阵/面阵成像模式如图4所示，该模式下支持线阵探测器、面阵探测器和小相机，柔性成像装置固定在二轴平移装置上，成像滚筒选自垂直安装，靶标固定在滚筒上，调节探测器光敏面、柔性成像装置和靶标三者位置，使靶标可以清晰在光敏面成像，对于面阵探测器或面阵相机来说，静态成像演示验证不需要滚筒转动，动态成像演示验证需要控制滚筒转动，对于线阵探测器或线阵相机来说，控制滚筒转动方向和转速，模拟卫星的推扫成像。

光功率与照度定标模式如图5所示，光功率计探头或照度计探头固定在升降台上，调整探头中心与待定标光源中心，光功率定标需要光源配合滤光片组合输出单色光。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：该平台包括组合光源、积分球、暗箱、成像滚筒、光机部件、光功率计、照度计、散热装置、温度传感器、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、直流电源和显控计算机；

所述的组合光源包括卤钨灯、面光源和线光源；

所述的光机部件包括滑轨、第一滑块、第二滑块、升降台、二轴平移装置、柔性成像装置、平行光管和光阑滤光轮；

所述的线光源、散热装置的冷端、探测器焦面电路、探测器驱动与数据采集电路、光机部件、光功率计、照度计、温度传感器和成像滚筒位于暗箱内部；

所述的显控计算机、散热装置的热端、直流电源、面光源、积分球和卤钨灯位于暗箱外面；

所述的卤钨灯输出的光束照射到积分球内部，光束通过积分球内表面的反射后输出均匀光，均匀光再透过光阑滤光轮后转换为单色光，单色光通过平行光管后转换为平行光，平行光照射到探测器焦面电路中的探测器上，探测器焦面电路根据接收到的平行光产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器驱动与数据采集电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；

所述的线光源输出的光束照射到探测器焦面电路中的探测器上，探测器焦面电路根据接收到的光束产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器驱动与数据采集电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；

待成像的靶标的反射光束通过柔性成像装置照射到探测器上，探测器焦面电路根据接收到的反射光束产生图像信号，探测器焦面电路并将产生的图像信号发送给探测器驱动与数据采集电路，探测器驱动与数据采集电路根据接收到的图像信号进行数据编码，得到编码后的数据包发送给显控计算机；

所述的直流电源用于给探测器驱动与数据采集电路供电；

所述的探测器驱动与数据采集电路用于对探测器焦面电路进行驱动，使探测器焦面电路启动工作；

所述的照度计用于采集暗箱内探测器表面的光照度，并将采集到的光照度值发送给显控计算机；

所述的光功率计用于采集暗箱内探测器表面的光功率，并将采集到的光功率值发送给显控计算机；

所述的温度传感器用于采集暗箱内环境温度T1和探测器焦面电路中的探测器表面温度T2，并将采集到的温度值T1和T2发送给显控计算机；

所述的散热装置用于对探测器焦面电路中的探测器表面进行降温，使探测器表面温度不高于设定温度。

2.根据权利要求1所述的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：所述的暗箱为被测探测器在暗场测试提供一个全暗的环境，同时在有光测试时避免外界杂光干扰。

3.根据权利要求1所述的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：所述的成像滚筒安装方式为垂直安装或水平安装；

所述散热装置采用水冷方式；

所述的光阑滤光轮用于安装光阑和多个滤光片，光阑滤光轮能够带动多个滤光片转动，从而能够选择合适的滤光片。

4.根据权利要求1所述的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：所述的柔性成像装置包括成像镜头、固定板和柔性腔体，固定板的左侧固定安装柔性腔体，固定板的右侧固定安装成像镜头，固定板的底端固定安装在二轴平移装置上。

5.根据权利要求1所述的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：卤钨灯输出的光束辐亮度通过显控计算机进行调节，辐亮度根据测试对象和对测试条件要求进行选择；所述的均匀光也可以采用面光源进行输出；

线光源输出的光束辐亮度通过显控计算机进行调节；

直流电源输出的电压值和限流值通过显控计算机进行控制。

6.根据权利要求1所述的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：所述的平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合，为了使平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合可通过升降台、滑轨和第一滑块相结合的方式实现，具体为：探测器固定安装在升降台上，升降台能够带动探测器上下移动，升降台固定安装在第一滑块上，第一滑块在滑轨上可以左右移动；当第一滑块在滑轨上左右移动时可以带动升降台左右移动，进而升降台带动探测器左右移动，从而实现平行光管输出的平行光与探测器表面的距离的调整；当升降台上下移动时能够带动探测器上下移动，从而实现平行光管输出的平行光的中心与探测器的中心重合。

7.根据权利要求1所述的一种宇航用可见光图像探测器测试与演示验证平台，其特征在于：所述的成像滚筒用于安装靶标，并能够带动靶标上下移动，移动速度和方向通过显控计算机控制；

待成像的靶标的反射光束通过柔性成像装置照射到探测器上的位置通过二轴平移装置、第二滑块和滑轨相结合的方式实现，具体为：柔性成像装置的镜头固定板固定在二轴平移装置上，柔性成像装置中的柔性腔体内部为发黑处理，形成暗室，靶标的反射光束仅能通过成像镜头入射到探测器上，通过第二滑块在滑轨上能够左右移动带动二轴平移装置，从而实现调节柔性镜头的焦点到探测器上，同时在二轴平移装置能够带动柔性成像装置上下和前后移动，将靶面反射的光分时汇聚在探测器不同的区域，从而实现靶标在探测器表面不同位置成像的调节。

8.一种测试宇航用可见光图像探测器光电性能的方法，其特征在于：探测器的光电性能测试方法的步骤包括：

(1)试验前条件确认：根据探测器的类型，选择线光源、面光源、卤钨灯中的一种作为光源，且光源的输出强度使探测器的输出响应仅在最大曝光时间时出现饱和；

用照度计和光功率计标定光源的输出光照度和光功率，调节光机组件保证光路正确，直流电源为探测器驱动与数据采集电路和探测器焦面电路供电，通过显控计算机记录环境温度和探测器温度，设置探测器参数，包括增益、偏置，选择一组曝光时间；

(2)调节射入探测器光敏元的辐照度，从全暗到超出像元饱和辐照度区间内至少选择50个等间隔辐照度，在每个辐照度下，保存的2幅图像；

(3)根据图像数据计算探测器各项光电性能指标，包括系统增益、响应度、量子效率、信噪比、动态范围、线性度、饱和值；

(4)测试暗电流：全暗条件下测试，选择至少6个等间隔的曝光时间，通过改变器件的曝光时间，测试对应曝光时间的输出信号；以曝光时间为横坐标，输出信号为纵坐标，通过最小二乘法将测试数据拟合为直线，直线的斜率即为暗电流；

(5)测试探测器空间域下各个像元的暗信号不一致性、光电响应不一致性：保存L幅全暗条件下图像，求得的饱和值，调节光源辐射强度，使探测器响应在50％饱和值，保存L幅50％饱和值条件下的图像，根据图像数据计算暗信号不一致性、光电响应不一致性；

(6)光谱灵敏度测试，选择待测波长的滤光片，将不同波长的滤光片固定在滤光轮上，利用光功率计计算不同曝光时间下的光子数，保存不同波长下的图像，计算各个波长下的量子效率，最终将各个波长的量子效率绘制曲线。

9.一种宇航用可见光图像探测器成像演示的方法，其特征在于：当探测器为线阵探测器时，其成像演示方法的步骤包括：

将待测靶标固定在滚筒上，通过滑轨、二轴平移装置调节探测器、柔性镜头和成像滚筒的相对位置，设置线阵探测器的行频，根据理论计算调节滚筒速度，使得显控计算机上能正确地显示推扫成像的图像数据。

10.一种宇航用可见光图像探测器成像演示的方法，其特征在于：当探测器为面阵探测器时，其成像演示方法的步骤包括：

将待测靶标固定在滚筒上，通过滑轨、二轴平移装置调节探测器、柔性镜头和成像滚筒的相对位置，设置面阵探测器的曝光时间，即在显控计算机获得静态图像，若为要进行动态成像，根据理论计算调节滚筒速度，使得显控计算机上能正确地显示成像的图像数据。