CN110095263B - 一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其包括：S1、在测量模板两侧分别设置光源和待测光纤传像元件，使待测光纤传像元件的第一表面与测量模板紧密贴合；S2、在避光环境内，光源射出的光线依次经测量模板和待测光纤传像元件后，使测量模板上的第一区域和第二区域在待测光纤传像元件的第二表面形成图像；S3、采集所述图像，进行处理，得到所述图像上对应每个像素点的灰度值；S4、对所述灰度值进行归一化处理，得到任一位置点的归一化透过率值，并用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件上任一位置点的杂光串扰性能。本发明方法能够直接反映被测产品的杂光串扰性能，有效提高检测结果的准确性和重复性。

Description

一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法

技术领域

本发明属于光纤传像材料性能检测技术领域，特别是涉及一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法。

背景技术

当前，超二代和三代微光夜视技术向4G技术发展，要求光谱响应波长向长波和短波方向延伸、成像质量因子超过1800、高于57lp/mm的成像分辨率和更高的成像分辨力。光纤间的杂光串扰是恶化成像清晰度，降低对比度的主要因素。如何表征光纤传像元件中杂光串扰性能就成为一个重要的问题。

目前与光串扰性能评价相关的表征方法是刀口响应值，通过测量光线经光纤传像材料透过刀口的光亮度。该方法仍是目前国内光纤传像元件制造者普遍采用的表征光串扰性能的指标。对于杂光串扰性能的表征，国内外还没有统一标准。用刀口响应值表征光串扰性能从检测的角度来看存在三个明显的不足：一是测量值不准确，测试条件与实际使用环境不一致，制样复杂且制样对测量结果影响较大，从而导致检测结果的稳定性或者说可靠性存在问题，往往一个样品的刀口响应值多次检测量的结果存在较大的差异，最大偏差可超到50％。其二是该方法不具有普适性。对于光纤传像元件在测试厚度上有范围要求，不能直接检测高于一定厚度的产品。这样，无论是光纤直板、光纤倒像器和光纤光锥产品，都是一种间接的测试表征，只能对被测产品的部分区域进行测试，且切片位置往往不能代表整个被测产品的整体光串扰性能。其三是目前这种刀口响应测量设备在国内也仅有一台，测试精度随设备老化严重降低，也有逐渐被淘汰的趋势。因此，发明一种新的杂光串扰性能的表征方法是非常紧迫和必要。

发明内容

本发明提供一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其目的是发明一种稳定可靠、简单易操作、直接表征杂光串扰性能的方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其包括：

S1、在测量模板两侧分别设置光源和待测光纤传像元件，使所述待测光纤传像元件的第一表面与所述测量模板紧密贴合；

所述测量模板由第一区域和第二区域组成；所述第一区域的透过率小于所述第二区域的透过率，两者的透过率之差大于90％；

S2、在避光环境内，所述光源射出的光线依次经所述测量模板和所述待测光纤传像元件后，使所述测量模板上与所述待测光纤传像元件重合的第一区域和第二区域在所述待测光纤传像元件的第二表面形成图像；所述第二表面为所述待测光纤传像元件的与所述第一表面相背的表面；

S3、采集所述的图像，对所述图像进行处理，得到所述图像上对应每个像素点的灰度值；

S4、对所述灰度值进行归一化处理，得到任一位置点的归一化透过率值，并用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件上任一位置点的杂光串扰性能。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中在步骤S2中，所述的使所述测量模板上与所述待测光纤传像元件重合的第一区域和第二区域在所述待测光纤传像元件的第二表面形成图像，具体包括：

选取所述待测光纤传像元件的第二表面上的任一点作为测量点，移动所述待测光纤传像元件或所述测量模板，使所述测量点位于所述第一区域和所述第二区域的交界线上，在所述待测光纤传像元件的第二表面上得到与所述第一区域和所述第二区域相对应的第一图像和第二图像，其中所述第一图像与所述第一区域对应，所述第二图像与所述第二区域对应。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中在步骤S4中，所述归一化处理包括：

选取包含所述测量点的测量范围，计算出所述测量范围内与所述交界线的平行方向上的平均灰度值，然后选择其中的最大平均灰度值和最小平均灰度值，进行归一化计算，得到所述测量范围内任一位置点的归一化透过率值；

所述测量范围由所述第一图像的部分区域和所述第二图像的部分区域组成。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中所述测量范围为以所述测量点为圆心的圆形；或，所述测量范围为以所述交界线为中心线的方形。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中使所述测量点与所述测量模板上的所述第一区域和所述第二区域的交界线的中点重合。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中在步骤S4中，所述用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件上所述测量点的杂光串扰性能，包括：

通过所述归一化透过率值随位移量的变化来表征光纤传像元件上所述测量点的杂光串扰性能，当所述位移量在第一区域的归一化透过率值越小或在所述第二区域的归一化透过率值越大时，其杂光串扰性能就越强，反之，则越弱。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中所述第一区域的透过率<2％，所述第二区域的透过率>95％。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中对所述光源射出的光线进行屏蔽处理，只保留射到所述待测光纤传像元件上的光线。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中在光线射到所述测量模板上之前，对所述光源射出的光线进行滤光；和/或，在光线射到所述测量模板上之前，对所述光源射出的光线进行处理，使射到所述测量模板上的光线为漫射光线。

优选的，前述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其中使所述光源的中心点、所述交界线的中点、所述待测光纤传像元件上的测量点在同一条直线上；并且采集所述图像用的图像采集机构的轴线与所述直线重合。

借由上述技术方案，本发明一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法至少具有下列优点：

1、本发明将测量模板上具有不同透过率的第一区域和第二区域经光纤传像元件传输后形成图像，通过对图像进行灰阶的分析，获得不同像素点的灰度值，对不同位置的灰度值进行归一化处理，得到归一化透过率值，并利用该归一化透过率值来表征光纤传像元件中光纤间的杂光串扰性能。本发明方法可实现对产品的直接测量，获得的结果直接反映被测产品的杂光串扰性能，为光纤传像元件产品的自动化检测技术的进步提供了新方法，并基于这种方法可开发出相关的检测装备。本发明方法可以有效提高检测结果的可靠性、准确性和重复性，同时还可以显著提高检测效率，从而降低检测成本以及检测结果对外界条件的依赖度。

2、本发明方法可实现自动检测和计算，测试效率高，外界影响因素小，尤其对操作人和制样的依赖性小，其测量精度优于5％。这种方法不仅适宜光纤传像元件成像性能的研究，也适用于批量生产的过程监测。

3、基于本发明方法搭建的原理机验证表明：透过率测试结果重复性好，能准确表征出光纤传像元件不同光串扰性能细微差异，并且所得到的透过率与光纤传像元件制管后的调制函数(MTF)具有很好的一致性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明一个实施例的光纤传像元件的透过率测试装置示意图；

图2是本发明另一个实施例的光纤传像元件的透过率测试装置示意图；

图3是本发明一个实施例的测量模板的示意图；

图4是本发明一个实施例的选择灰度值测量范围的示意图；

图5是本发明另一个实施例的选择灰度值测量范围的示意图；

图6是本发明实施例1测得的归一化透过率值变化趋势曲线图；

图7是本发明实施例2第一次测得的归一化透过率值变化趋势曲线图；

图8是本发明实施例2第二次测得的归一化透过率值变化趋势曲线图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

如图1-3所示，本发明的一个实施例提出的一种检测光纤传像元件中光纤间光串扰透过率的装置，其包括：检测系统和控制系统，其中，

所述检测系统包括：

柜体111，防止外界光线进入所述检测系统，为检测提供避光环境；

光源3，用于提供检测所需的光；

测量模板1，为检测提供标准图案，所述测量模板1由第一区域11和第二区域12组成，所述第一区域11的透过率小于所述第二区域12的透过率，两者的透过率之差大于90％；

在使用时，将待测光纤传像元件的第一表面与所述测量模板贴合，所述光源射出的光线依次经所述测量模板和所述待测光纤传像元件后，在所述待测光纤传像元件的与所述第一表面相对的第二表面形成第一图像和第二图像，其中所述第一图像与所述第一区域对应，所述第二图像与所述第二区域对应；及

图像采集机构，用于采集所述标准图案在待测光纤传像元件2上形成的图像；

所述光源3、测量模板1和图像采集机构依次设置在所述柜体111内；所述光源2和图像采集机构同轴设置，所述测量模板1垂直于所述光源2的轴线。

为了防止外界光线对检测结果的影响，以得到准确的图像灰度值，本发明实施例的检测系统必须在避光环境内进行检测。本发明实施例设置柜体，防止外界光线进入，屏蔽外界光源与设备自身对黑度的影响，为检测提供避光环境，本发明对柜体不做具体限制，例如暗室或暗箱，优选一体式可密封型控制柜体，其一侧设有可开合的操作门，用于放入或取出待测光纤传像元件。所述的柜体为金属，内表面涂有可吸光涂层。

本发明实施例对光源不做具体限制，可以采用同轴光源，也可以采用点光源。采用白色的同轴LED冷光源，可以有效确保光源均匀性和亮度，并获得长的使用寿命。要求均匀性(灰度差)：小于1.0；光源寿命：100000小时。本发明也可选择白色点光源，实际使用时需要加设一块乳化的漫射玻璃，使其成为漫射光，以满足本发明仪器所需的光源要求。本发明光源的光亮度要可控，每个待测光纤传像元件样品所需的光源亮度根据需要调整，但要保证每个待测光纤传像元件样品要使用同样光亮度的光源来检测其透过率。

本发明实施例的测量模板检测提供标准图案，本发明主要是检测光通过待测光纤传像元件的透过率，因此，测量模板上的第一区域和第二区域的透过率都要均匀，并且测量模板上的第一区域和第二区域之间有明显的交界线，能体现出光在交界线出的变化。第一区域和第二区域之间具有透过率差，其差别越大，检测的准确率越高。第一区域和第二区域的透过率相差越大越好，第一区域保证具有足够低的透过率，第二区域保证具有足够高的透过率，第一区域和第二区域的透过率之差优选大于93％，更优选大于98％。本发明对测量模板的形状不做具体限制，优选圆形或方形。测量模板的面积要大于待测光纤传像元件的最大截面面积，第一区域和第二区域的大小和形状可以相同或不同，优选第一区域和第二区域的形状都为方形。第一区域和第二区域为相连的第一方形区和第二方形区，第一方形区和第二方形区有一边重合。

需要说明的是，本发明实施例中的测量模板的第一区域和第二区域是为了区分两个区域的透过率不同，所述第一区域的透过率是指从第一区域的入射面到第一区域的射出面的透过率，所述第二区域的透过率是指从第二区域的入射面到第二区域的射出面的透过率，第一区域的入射面和第二区域的入射面朝向光源，第一区域的射出面和第二区域的射出面朝向待测光纤传像元件，第一区域和第二区域的两个入射面和两个射出面分别处在同一平面，且平行于待测光纤传像元件的第一表面。

作为优选实施方式，所述第一区域11的透过率<2％，所述第二区域12的透过率>95％。

测量模板可以直接在市场上购得或者自制，自制步骤包括：选择透过率高于95％的玻璃板，(如，耐磨的石英玻璃片)，在玻璃板上涂覆吸光或反光的涂层，使其透过率小于2％。测量模板可直接采用国际标准的美标USAF1951分辨测试靶或相当的分辨率测试靶。在实际使用时，只要测量模板的表面不被划伤，经清洁后，还可以反复使用。

本发明实施例要求图像采集机构满足：像素值要高，像元要小，细节分辨能力越强，位深要大。优选高分辨、低噪声的数码相机，数码相机采用高位深、高分辨的感光元件ccd或cmos，数码相机的镜头采用显微镜头，镜头要求小于3μm的分辨率和优于0.5％成像畸变率，具有连续变倍镜头，放大率调节范围可达到2倍-100倍。

本发明实施例利用高分辨、低噪声的数码相机获取光信号通过光纤传像材料后的实时图像，并测量出像素点的成像灰度值。动态范围应高于60dB，像素间距不低于6μm，输出噪声：不高于5e-@60 Hz，像位深不低于8bit。相机的测得的数据可进行二次开发利用。通过对相机数据的二次开发，获得每个像素点的灰度值。因此，要求相机的像素值要高，像元要小，细节分辨能力越强，位深要大。

所述控制系统6包括：

图像数据处理单元，连接到所述图像采集机构，用于对所述图像采集机构采集的图像进行处理，得到光透过率值；及

控制单元，连接到所述检测系统和图像数据处理单元，用于控制所述检测系统和所述图像数据处理单元进行操作。

本发明实施例的图像数据处理单元，包括数据处理模块，该数据处理模块与图像采集控制模块相连接，对图像采集机构采集的图像进行处理，获取成像图片各点的灰度值后，根据测量点的需要，选择合适范围和测量位置，通过对图像采集机构采集的图像进行归一化处理，得到光透过率值，并用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件的杂光串扰性能。

本发明实施例通过适用光纤传像元件成像灰度值的测试与分析的软件对采集的图像进行数据处理，如利用MATLAB仿真软件系统进行图像的数据分析。相机成像系统通过串口通讯导线与计算机连接，采集CCD/CMOS数据，对数据进行归一化处理，将像素点上的灰度值转化成光透过率值。最后在显示器上显示出检测的结果，并可以进行分析和判断。

本发明实施例的控制单元，包括：光源控制模块，用于控制光源的开合；图像采集控制模块，用于控制图像采集机构工作，数据处理控制模块，用于控制数据处理单元工作。控制系统控制整个装置工作，实现光透过率的自动检测和计算，获得的结果直接反映被测产品的杂光串扰性能，测试效率高，外界影响因素小，尤其对操作人和制样的依赖性小，其测量精度优于5％。

作为优选实施方式，所述检测系统还包括：黑罩112，将所述光源3和测量模板1罩于其中，所述黑罩112靠近所述测量模板1的一面上设有开口，用于放置待测光纤传像元件2。

为了避免不必要的光线干扰测量的准确性，防止杂散光对灰度值测量的影响，需要加装一个黑罩，黑罩中的光纤传像元件不宜超过元件总高度的1/3，注意待测光纤传像元件的成像表面并不在此黑罩之中，以便采集待测光纤传像元件的成像表面的图像。

黑罩的材质可以与柜体相同或不同，本发明实施例不对黑罩的材质做具体的限定，黑罩的作用就是防止杂散光影响灰度值的测量准确性。作为优选实施方式，在所述光源3和所述测量模板2之间设置滤光片7。

为模拟待测光纤传像元件的实际使用的入射光源，在产品入射端面与平行白光源间可增加滤光片来对所述光源射出的光线进行滤光，如夜视技术中使用的光纤传像元件，滤镜采用VG9滤光片或相当的绿色滤光片，通过增加绿色滤光片来模拟实际使用的光源。

作为优选实施方式，在所述滤光片7和所述测量模板1之间设置漫射玻璃8。

选择白色点光源时，实际使用时需要在产品入射端和滤光片间再增加一块乳化的漫射玻璃(毛玻璃)，用于光的漫射，以满足光纤传像元件所需的光源要求。

作为优选实施方式，所述图像采集机构包括相机5和相对应的镜头4。

所述图像采集机构用于采集所述标准图案在待测光纤传像元件上形成的图像。

作为优选实施方式，所述相机5采用CCD或CMOS感光元件。

数码相机采用高位深、高分辨的CCD或CMOS感光元件可采集光信号通过待测光纤传像元件后的实时图像。

作为优选实施方式，所述镜头4为显微镜头，具有连续变倍镜头，光学放大率调节范围可达到2-100倍。

数码相机的镜头采用显微镜头，镜头要求小于3μm的分辨率和优于0.5％成像畸变率，具有连续变倍镜头，光学放大率调节范围可达到2倍-100倍。

作为优选实施方式，所述检测系统还包括：检测台，由花岗岩和三维精密机械传动组件组合而成，用于放置所述光源和所述测量模板。

检测台是采用00级花岗岩与三维精密机械传动组件组合而成，可以实现移动定位精度优于3.0μm，重复定位精度优于2.0μm，满足高精度检测要求。检测台的机械传动组件可以传动检测模板、或者光源、或光纤传像元件，使光纤传像元件上的测量点位于第一区域和第二区域的交界线上，并使该测量点位于光源和图像采集机构的轴线上。

作为优选实施方式，所述检测系统还包括：机架，用于固定所述检测台和所述图像采集机构。

机架采用一体式的不锈钢材料构件。

本发明检测光纤传像元件中光纤间光串扰透过率的装置的检测原理：利用数字成像设备(高精度CMOS/CCD相机+高分辨率显微镜头)对置于USAF测试靶或相当的分辨率靶的交界线上的光学纤维进行成像(照明光源为透射光源，并覆盖漫射玻璃+VG9绿色滤色片)，通过计算机对成像图片(不低于8bit数字图像)的灰度值进行分析处理，得到光学纤维光纤间光透过率测试结果。可以利用前述的检测光纤传像元件中光纤间光串扰透过率的装置来表征光纤传像元件中光纤间光串扰性能。

如图1-4所示，本发明的一个实施例还提供了一种利用前述的检测光纤传像元件中光纤间光串扰透过率的装置来表征光纤传像元件杂光串扰性能的方法，其具体包括以下步骤：

S1、在测量模板1两侧分别设置光源3和待测光纤传像元件2，使所述待测光纤传像元件2的第一表面2B与所述测量模板1的1A紧密贴合；

所述测量模板1由第一区域11和第二区域12组成；所述第一区域11的透过率小于所述第二区域12的透过率，两者的透过率之差大于90％；

进一步优选的，使所述待测光纤传像元件2内的光纤21与所述测量模板1垂直。

本发明实施例对待测光纤传像元件不做具体限制，光纤传像元件可以是直的，锥形的，也可以是弯曲的，而且光纤传像元件中的单根光纤可以是直的、扭曲的，也可以是锥形的，只要能将模板的图像传至第二表面，任何光纤传像元件的光串扰性能都适用本方法来表征。

为使待测光纤传像元件的第一表面与测量模板紧密贴合，先在测量模板上注入适量的耦合油，再与待测光纤传像元件贴合。所述的紧密贴合保证待测光纤传像元件与测量模板之间没有任何的孔隙，完全贴合在一起。

S2、在避光环境111内，所述光源3射出的光线31依次经所述测量模板1和所述待测光纤传像元件2后，使所述测量模板1上与所述待测光纤传像元件重合的第一区域11和第二区域12在所述待测光纤传像元件2的第二表面2A形成图像1’；所述第二表面2A为所述待测光纤传像元件2的与所述第一表面2B相背的表面；

这里需要说明的是，本发明实施例中，所述待测光纤传像元件的第一表面和第二表面为相背设置的两个表面，这里的第一和第二只是为了区分两个不同的面，并不是对它们的具体限制。

作为优选实施方式，如图4和图5所示，在步骤S2中，所述的使所述测量模板1上的第一区域11和第二区域12在所述待测光纤传像元件2的第二表面2A形成图像1’包括：选取所述待测光纤传像元件2的第二表面2A上的任一点作为测量点，移动所述待测光纤传像元件2或所述测量模板1，使所述测量点位于所述第一区域11和所述第二区域12的交界线LG上，在所述待测光纤传像元件2的第二表面2A上得到相应的第一图像11’和第二图像12’，其中所述第一图像11’与所述第一区域11对应，所述第二图像12’与所述第二区域12对应。

进一步优选的，使所述测量点位于所述第一区域11和所述第二区域12的交界线LG的中点O上。

需要说明的是，被待测光纤传像元件覆盖的区域不大于第一区域和所述第二区域，也就是说测量模板要大于待测光纤传像元件，并且待测光纤传像元件上的测量点需要位于所述第一区域和所述第二区域的交界线LG上，那么第一图像和第二图像不一定是第一区域和第二区域的全像，只有和待测光纤传像元件重合的第一区域和第二区域能在其第二表面成像。

S3、采集所述图像1’，对所述图像1’进行处理，得到所述图像1’上对应每个像素点的灰度值；

本发明实施例利用数码相机采集所述待测光纤传像元件的第二表面的图像。

S4、对所述灰度值进行归一化处理，得到任一位置点的归一化透过率值，并用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件上任一位置点的杂光串扰性能。

作为优选实施方式，在步骤S4中，所述归一化处理包括：

选取包含所述测量点的测量范围，计算出所述测量范围内与所述交界线的平行方向上的平均灰度值，然后选择其中的最大平均灰度值和最小平均灰度值，进行归一化计算，得到所述测量范围内任一位置点的归一化透过率值；所述测量范围包括所述第一图像11’和所述第二图像12’，并使所述测量点在所述第一图像11’和所述第二图像12’的界线上。

图像归一化的方法采用线性函数转换，表达式如下：

y＝(x-MinValue)/(MaxValue-MinValue)

说明：x、y分别为转换前、后的值，MaxValue、MinValue分别为样本的最大值和最小值。

在本发明实施例中，x是指从图像中获得的灰度值，y是指对该灰度值进行归一化计算后得到的数值，也就是归一化透过率值，MaxValue是指所述测量范围内与所述交界线的平行方向上的最大平均灰度值，MinValue是指所述测量范围内与所述交界线的平行方向上的最小平均灰度值。

归一化透过率值的计算及其变化趋势：获取成像图片各点的灰度值后，根据测量点的需要，选择合适测量范围和测量位置，同时，也就获得该范围内所有像素点灰度值。因此，要求相机的像素值要高，像元要小，细节分辨能力越强，位深要大。通过计算机计算获得所选范围的平均灰度值，再对平均值进行作变化趋势图，获得灰度的变化趋势图，如图5所示。

作为优选实施方式，如图4和图5所示，所述测量范围为以所述测量点为圆心的圆形91；或，所述测量范围为以所述交界线LG为中心线的方形92。

本发明实施例中，测量范围的确定，可以选择方形区域或圆形区域，所述第一区域的形状和面积和所述第二区域的形状和面积完全相同。所述第一区域为方形，所述第二区域为方形；或，所述第一区域为圆形，所述第二区域为圆形。测量范围以交界线为中心线两边对称，两边的形状和大小相同，这种测量范围在实际的计算和作图时，会使表征的结果更准确，使图像更直观。

作为优选实施方式，使所述测量点与所述测量模板1上的所述第一区域11和所述第二区域12的交界线LG的中点O重合。

灰度值的变化表征光透过率的变化趋势：本方法的关键是如何将用一个普适性的指标来描述这种灰度值的变化趋势。选择出测量范围内平均灰度值的最大值和最小值，把测量范围内平均的灰度全部归一化为0到1的数值，并将这个数值称为“归一化透过率值”，并根据这些数值做出变化趋势图，进而获得测量范围内任一位置的归一化透过率值。因此，可以根据器件使用性能的个性要求，选择某一位置的归一化透过率值作为考核光纤传像元件中光纤间杂光串扰性能的指标。当要测量的位置位于低透过率的第一区域时，其在此区域的归一化透过率值越大，表明光纤传像元件中光纤间光串扰性能就越强，反之，则越弱。当要测量的位置位于高透过率的第二区域时，其在此区域的归一化透过率值越小，表明光纤传像元件中光纤间光串扰性能就越强，反之，则越弱。

本发明实施例中，像素偏移量取决于相机的像素点大小，以每个像素的最小偏移位移量，位移量为像素点数量*像元大小。

作为优选实施方式，在光线射到所述测量模板1的1B上之前，先对所述光源3射出的光线31进行滤光。

为模拟待测光纤传像元件的实际使用的入射光源，在产品入射端面与平行白光源间可增加滤光片来对所述光源射出的光线进行滤光，如夜视技术中使用的光纤传像元件，滤镜采用VG9滤光片或相当的绿色滤光片，通过增加绿色滤光片来模拟实际使用的光源。

作为优选实施方式，射到所述测量模板1的1B上的光线为漫射光。

选择第二点光源时，实际使用时需要在产品入射端和滤光片间再增加一块乳化的漫射玻璃(毛玻璃)，用于光的漫射，以满足光纤传像元件所需的光源要求。

本发明实施例对入射光源进行屏蔽处理，除了入射到光纤传像元件的光线外，其它光线都要屏蔽防止杂光对灰度值测量的影响。

本发明实施例所述方法的测试原理：基于标准图像经光纤传像元件传输后形成的图像，通过对图像数据进行灰阶的分析，获得不同像素点的灰度值，对不同位置的灰度值进行归一化处理，得到归一化透过率值，并利用该归一化透过率值来表征光纤传像元件中光纤间的杂光串扰性能。

本发明实现自动检测和计算，测试效率高，外界影响因素小，尤其对操作人和制样的依赖性小，可实现对产品的直接测量，结果直接反映被测产品的杂光串扰性能，并有效提高检测结果的准确性和重复性。

本发明目的是发明一种稳定可靠、简单易操作、直接表征光纤传像元件中光纤间的杂光串扰性能的装置及其方法，并希望基于该方法建立相应的规范和标准，以及相应的标准检测装备。截止目前，尚未见到基于图像灰度值的测量来计算不同位置点的归一化透过率值，并以此值来表征成像的清晰度的相关专利或文献。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种利用前述装置检测光纤传像元件中光纤间光串扰透过率的方法，具体包括以下步骤：1)启动光纤传像元件对比度测试系统控制软件；

2)在USAF测试靶上注入适量的耦合油，放入光学纤维传像元件，使光学纤维与测试靶紧密贴合；

3)打开暗箱操作门，将贴合好的测试靶和光学纤维传像元件放置在光学工作平台上；测试靶和光学纤维传像元件已经由夹具相对定位，只需将夹具安置在工作台上的定位销上即可；

4)关闭暗箱操作门，使光学工作台及整个测试系统处于密闭的黑暗操作环境中，滤除外界自然光的干扰影响；

5)点击控制软件上的启动按钮，首先获得光源关闭状态下的图像，然后系统打开透射底光源，以测试靶上图案的交界线的中点为中心位置，得到测量点在中心位置的图像，测量点在距中心位置分别为5.25mm和8.125mm处的任一位置上的图像，将得到的上述图像数据都传输到计算机中，得到图像数据中每像素点的灰度值；确定一个测量范围，计算出该测量范围内与交界线平行方向上的平均灰度值，然后选择最大和最小平均灰度值进行归一化处理，获得0-1的归一化的透过率值，通过内置软件的计算获得光学纤维传像元件在不同位置上的归一化透过率；最后获得测试结果，取部分有代表性的结果列在表1中，在表1中，0.000mm是指中心位置；5.250mm是指距中心位置为5.25mm处的任一位置点；8.125mm是指距中心位置为8.125mm处的任一位置点，根据表1中的数据作图，得到归一化透过率-位置曲线，如图6所示，在图6中，a表示中心位置0.000mm处的归一化透过率-位置曲线，b表示离中心位置5.25mm处的归一化透过率-位置曲线，c表示离中心位置8.125mm处的归一化透过率-位置曲线；

6)恢复机械的零位，关闭电源，取出光学纤维传像元件并清洁分辨率测试靶，完成测试工作。

表1测量范围内像素点灰度值和归一化的透过率值

通过表1和图6可以看出，通过本发明方法可以获得光纤传像元件任意点的灰度值及其归一化的透过率值。灰度值高的区域是白区，而其值低的区域为黑区，获得通过黑、白区时光透过率的变化趋势就可以表征出黑白交界处白区光串到黑区的大小，即光纤间光的串扰性能，当黑区的归一化透过率值越大，光串扰性能越强，反之，则越弱。可见，光纤间光的串扰性能由弱到强依次为：a曲线、b曲线、c曲线。

实施例2

一种检测光纤传像元件中光纤间光串扰透过率的方法的检测结果准确性验证，具体包括以下步骤：

1)启动光纤传像元件对比度测试系统控制软件；

2)在USAF测试靶上注入适量的耦合油，放入光学纤维传像元件，使光学纤维与测试靶紧密贴合；

3)打开暗箱操作门，将贴合好的测试靶和光学纤维传像元件放置在光学工作平台上；测试靶和光学纤维传像元件已经由夹具相对定位，只需将夹具安置在工作台上的定位销上即可；

4)关闭暗箱操作门，使光学工作台及整个测试系统处于密闭的黑暗操作环境中，滤除外界自然光的干扰影响；

5)点击控制软件上的启动按钮，首先获得光源关闭状态下的图像，然后系统打开透射底光源，获得中心位置的图像，将取得的图像上对应的所有灰度数据传输到计算机，选择以中心位置为中心点的2.2×2.2mm的方形区域作为测量范围，对平行黑白交界线方向上的灰度值取平均值，对2.2×2.2mm方形范围内平均灰度值最大和最小的值进行归一化处理，获得0-1的归一化的透过率值，通过内置软件中像素偏移量获得位置坐标，从而获得光学纤维传像元件在不同位移上的归一化透过率；最后获得第一次测试结果，将2.2×2.2mm方形范围内的像素点平均灰度值和归一化透过率列在表2中，其对应的归一化透过率-位置曲线，如图7所示，在图7中，d表示第一次测量的中心位置0.000mm处的归一化透过率-位置曲线。如果选择位置偏移0.1mm处的归一化透过率作为表征光串扰性能的指标，在第一次测量的中心位置的光串扰能透过率为0.0084；

6)恢复机械的零位，关闭电源。再次点击控制软件上的启动按钮，首先获得光源关闭状态下的图像，然后系统打开透射底光源，获得中心位置的图像，将中心位置上的数据传输到计算机，选择与步骤5)中相同的范围内的灰度值，计算出与黑白交界线平行方向上的平均灰度值，然后选择最大和最小平均灰度值进行归一化计算；通过内置软件的计算获得光学纤维传像元件在不同位移的归一化透过率；最后获得第二次测试结果，将该测量范围内的像素点平均灰度值和归一化透过率列在表2中，其对应的归一化透过率-位置曲线，如图8所示，在图8中，e表示第二次测量的中心位置0.000mm处的归一化透过率-位置曲线。如果选择位置偏移0.2991mm处的归一化透过率作为表征光串扰性能的指标，在第二次测量的中心位置的光串扰能透过率为0.0082。与上一次同一位置光串扰透过率的0.0083对比，其误差为1.22％。

7)恢复机械的零位，关闭电源，取出光学纤维传像元件并清洁分辨率测试靶，完成测试工作。

表2 2.2×2.2mm方形范围内像素点平均灰度值和归一化透过率

由表2和图7、图8中可以看出，本装置测得的光串扰透过率值的准确度高，重复性好。

本发明装置通过设置检测系统控制单元和数据处理单元可实现光透过率的自动检测和计算，获得的结果直接反映被测产品的杂光串扰性能，测试效率高，外界影响因素小，尤其对操作人和制样的依赖性小，其测量精度优于5％。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，包括：

S1、在测量模板两侧分别设置光源和待测光纤传像元件，使所述待测光纤传像元件的第一表面与所述测量模板紧密贴合；

所述测量模板由第一区域和第二区域组成；所述第一区域的透过率小于所述第二区域的透过率，两者的透过率之差大于90％；

S2、在避光环境内，所述光源射出的光线依次经所述测量模板和所述待测光纤传像元件后，使所述测量模板上与所述待测光纤传像元件重合的第一区域和第二区域在所述待测光纤传像元件的第二表面形成图像；

所述第二表面为所述待测光纤传像元件的与所述第一表面相背的表面；

S3、采集所述的图像，对所述图像进行处理，得到所述图像上对应每个像素点的灰度值；

S4、对所述灰度值进行归一化处理，得到任一位置点的归一化透过率值，并用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件上任一位置点的杂光串扰性能。

2.根据权利要求1所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的使所述测量模板上与所述待测光纤传像元件重合的第一区域和第二区域在所述待测光纤传像元件的第二表面形成图像，包括：

选取所述待测光纤传像元件的第二表面上的任一点作为测量点，移动所述待测光纤传像元件或所述测量模板，使所述测量点位于所述第一区域和所述第二区域的交界线上，在所述待测光纤传像元件的第二表面上得到相应的第一图像和第二图像，其中所述第一图像与所述第一区域对应，所述第二图像与所述第二区域对应。

3.根据权利要求2所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，在步骤S4中，所述归一化处理包括：

选取包含所述测量点的测量范围，计算出所述测量范围内与所述交界线的平行方向上的平均灰度值，然后选择其中的最大平均灰度值和最小平均灰度值，进行归一化计算，得到所述测量范围内任一位置点的归一化透过率值；

所述测量范围由所述第一图像的部分区域和所述第二图像的部分区域组成。

4.根据权利要求3所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，所述测量范围为以所述测量点为圆心的圆形；或，

所述测量范围为以所述交界线为中心线的方形。

5.根据权利要求2所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，使所述测量点与所述测量模板上的所述第一区域和所述第二区域的交界线的中点重合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，在步骤S4中，所述用得到的归一化透过率值来表征光纤传像元件上所述测量点的杂光串扰性能，包括：

通过所述归一化透过率值随位移量的变化来表征光纤传像元件上所述测量点的杂光串扰性能，当所述位移量在第一区域的归一化透过率值越小或在所述第二区域的归一化透过率值越大时，其杂光串扰性能就越强，反之，则越弱；其中，所述位移量为像素点数量×像元大小。

7.根据权利要求1所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，所述第一区域的透过率<2％，所述第二区域的透过率>95％。

8.根据权利要求1所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，对所述光源射出的光线进行屏蔽处理，只保留射到所述待测光纤传像元件上的光线。

9.根据权利要求1所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，在光线射到所述测量模板上之前，对所述光源射出的光线进行滤光；和/或，在光线射到所述测量模板上之前，对所述光源射出的光线进行处理，使射到所述测量模板上的光线为漫射光线。

10.根据权利要求2所述的光纤传像元件中光纤间光串扰性能的表征方法，其特征在于，使所述光源的中心点、所述交界线的中点、所述待测光纤传像元件上的测量点在同一条直线上；并且采集所述图像用的图像采集机构的轴线与所述直线重合。

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