CN110514405A - 一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统及方法，本发明涉及光学性质测试技术领域，为解决现有技术中，红外镜头检测方法存在的低效、准确度差的技术问题，本发明的技术方案如下：包括黑体辐射源、机械靶轮、平行光管、镜头检测工装、视频采集卡和操作计算机，所述操作计算机作为检测系统的主控中心和数据处理终端，分别与黑体辐射源的控制端、机械靶轮的控制端、调焦电机的控制端、红外焦平面探测器和视频采集卡。

Description

一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光学性质测试技术领域，尤其涉及一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统及方法。

背景技术

红外热成像系统在军民领域被广泛应用，红外镜头作为红外热成像系统的关键组成器件，其成像质量好坏将直接影响热成像系统性能。目前红外镜头成像质量好坏的检测主要采用两种方法：1、人工目测的方法，其效率高，但一致性差，易受主观因素影响；2、利用专用MTF(调制传递函数)测试设备进行测量，其检测结果可信度高，但耗时长。可见，现有技术中关于红外镜头的检测方法，无法同时兼具高效、准确度高的特点。

发明内容

为解决现有技术中，红外镜头检测方法存在的低效、准确度差的技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统，包括黑体辐射源、机械靶轮、平行光管、镜头检测工装、视频采集卡和操作计算机；所述镜头检测工装包括调焦电机和红外焦平面探测器，所述调焦电机用于调节红外焦平面探测器前后运动，待测的红外镜头安装于镜头检测工装；所述黑体辐射源用于提供检测系统热源；所述机械靶轮用于安装各类靶标；所述平行光管用于产生平行光束；所述视频采集卡用于采集红外焦平面探测器输出的视频图像；所述操作计算机作为检测系统的主控中心和数据处理终端，分别与黑体辐射源的控制端、机械靶轮的控制端、调焦电机的控制端、红外焦平面探测器和视频采集卡连接。

进一步，所述机械靶轮包括靶轮本体、压片、靶轮控制器及伺服电机；所述靶轮本体开设有圆周分布的通孔，所述靶标通过压片及螺栓固定于通孔的端面，所述靶轮本体的中心与伺服电机的输出轴连接，所述靶轮控制器的输出端与伺服电机的控制端连接，所述靶轮控制器向伺服电机发送转动指令，伺服电机带动靶轮本体实现旋转。

进一步，所述靶标包括刀口靶标和畸变靶标，所述刀口靶标开设有半圆形透光孔，所述畸变靶标开设有呈Y字型等间距均匀分布的透光孔。

进一步，还包括自动聚焦板，所述操作计算机通过自动聚焦板与调焦电机的控制端连接，所述自动聚焦板通过接收镜头红外图像，执行内嵌的爬山算法，寻找镜头成像最清晰的电机位置，控制调焦电机，进而调节红外焦平面探测器位置，实现镜头的自动聚焦。

本发明还提供了一种非制冷红外镜头成像质量快速检测方法，包括如下步骤：

第一步，根据测试指标，利用机械靶轮的控制端选择对应靶标；

第二步，选择测试图像的感兴趣区域，针对清晰度、畸变、焦距和视场角指标，手动选择感兴趣区域；针对MTF指标，软件自动选择感兴趣区域；

第三步，选择最佳二值化阈值门限，针对畸变、焦距、视场角和MTF指标，手动选择最佳二值化门限；

第四步，降噪处理，利用图像降噪模型和滤波器对原始图像进行降噪处理；

第五步，检测结果量化，利用红外镜头清晰度评价算法、畸变评价算法、焦距评价算法、视场角评价算法和MTF评价算法量化红外镜头的清晰度、畸变、焦距、视场角和MTF指标；

第六步，输出结果，将红外镜头的测试结果和测试的环境参数以电子文档形式输出。

本发明中的一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统及方法，与现有技术相比，其有益效果为：

1、可有效避免人工目测方法导致的红外镜头检测结果一致性差，易受主观因素影响的问题，检测精度高，一致性好；

2、可有效避免MTF专用测试设备效率低的问题，在本发明的MTF指标测试中，软件自动选择感兴趣区域，相比人工方法，其结果高效准确，单次测量时间不超过1分钟，可实现红外镜头成像质量的快速检测；

3、部分检测环节可自动操作，如红外镜头的自动聚焦和MTF指标评价中感兴趣区域的自动选择，降低人为因素干扰，有效提升红外镜头的检测效率。

附图说明

图1是本发明中一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统的连接示意图；

图2是本发明中一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统的示意图；

图3是本发明中机械靶轮的示意图；

图4是采用本发明检测红外镜头的检测报告示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

如图1-3所示，本发明的一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统，包括黑体辐射源1、机械靶轮2、平行光管3、镜头检测工装4、视频采集卡5和操作计算机6。镜头检测工装4包括调焦电机41和红外焦平面探测器42，调焦电机41的输出轴通过丝杠组件与红外焦平面探测器42连接，调焦电机41用于调节红外焦平面探测器42前后运动，待测的红外镜头43安装于镜头检测工装4；黑体辐射源1用于提供检测系统热源；机械靶轮2用于安装各类靶标24；平行光管3用于产生平行光束；视频采集卡5用于采集红外焦平面探测器42输出的视频图像；操作计算机6作为检测系统的主控中心和数据处理终端，分别与黑体辐射源1的黑体控制器11、机械靶轮2的控制端、调焦电机41的控制端、红外焦平面探测器42和视频采集卡5连接。

机械靶轮2可通过靶轮控制器23实现360度旋转以及特定预置位的调用，实现靶标24的自由切换。具体结构为：机械靶轮2包括靶轮本体21、压片22、靶轮控制器23及伺服电机。靶轮本体21开设有圆周分布的通孔，靶标24通过压片22及螺栓固定于通孔的端面，靶轮本体21的中心与伺服电机的输出轴连接，靶轮控制器23的输出端与伺服电机的控制端连接，靶轮控制器23向伺服电机发送转动指令，伺服电机带动靶轮本体21实现旋转。

靶标24包括刀口靶标241和畸变靶标242，刀口靶标241和畸变靶标242的外形均为圆形，压片22与其适配，刀口靶标241开设有半圆形透光孔，畸变靶标242开设有呈Y字型等间距均匀分布的透光孔。根据镜头不同的检测指标，需要先选择不同样式的靶标24，本发明中主要使用的靶标24就是刀口靶标241和畸变靶标242。刀口靶标241用于镜头的清晰度测量、MTF测量、焦距和视场角测量，而畸变靶标242用于镜头畸变测量。

还包括自动聚焦板411，其是一块电路板，操作计算机6通过自动聚焦板411与调焦电机41的控制端连接，自动聚焦板411通过接收镜头红外图像，执行内嵌的爬山算法，寻找镜头成像最清晰的电机位置，控制调焦电机41，进而调节红外焦平面探测器42位置，实现镜头的自动聚焦。其中爬山算法是一种局部择优的方法，采用启发式方法，是对深度优先搜索的一种改进，它利用反馈信息帮助生成解的决策，属于人工智能算法的一种。

工作中，红外镜头43接收黑体辐射源1辐射的红外光线，并输入到红外焦平面探测器42上，焦平面探测器将红外信号转换为模拟电压信号，再经过读出电路转换成热图像视频信号，并将该信号输入到视频采集卡5中，供操作计算机6使用。当操作计算机6接收到采集卡的实时回传视频后，即可对红外视频进行显示，保存和综合处理。操作计算机6经过串口控制黑体控制器11调节黑体辐射源1的温度，控制机械靶轮2控制器自由切换靶标24，控制自动聚焦板411调节红外焦平面探测器42的位置实现自动聚焦，控制红外焦平面探测器42的亮度、对比度、增益等参数实现测试状态调节。

本发明还提供了一种非制冷红外镜头43成像质量快速检测方法，包括如下步骤：

第一步，根据测试指标，利用机械靶轮2的控制端选择对应靶标24；

第二步，选择测试图像的感兴趣区域，针对清晰度、畸变、焦距和视场角指标，手动选择感兴趣区域；针对MTF指标，软件自动选择感兴趣区域；

第三步，选择最佳二值化阈值门限，针对畸变、焦距、视场角和MTF指标，手动选择最佳二值化门限；

第四步，降噪处理，利用图像降噪模型和滤波器对原始图像进行降噪处理；

第五步，检测结果量化，利用红外镜头43清晰度评价算法、畸变评价算法、焦距评价算法、视场角评价算法和MTF评价算法量化红外镜头43的清晰度、畸变、焦距、视场角和MTF指标；

第六步，输出结果，将红外镜头43的测试结果和测试的环境参数以电子文档形式输出。

针对申请人公司的某款长波红外镜头43，焦距为54mm，利用本发明评价其成像质量，包括镜头清晰度、畸变、焦距、视场角和MTF，检测结果如图4所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统，其特征在于，包括黑体辐射源、机械靶轮、平行光管、镜头检测工装、视频采集卡和操作计算机；所述镜头检测工装包括调焦电机和红外焦平面探测器，所述调焦电机用于调节红外焦平面探测器前后运动，待测的红外镜头安装于镜头检测工装；所述黑体辐射源用于提供检测系统热源；所述机械靶轮用于安装各类靶标；所述平行光管用于产生平行光束；所述视频采集卡用于采集红外焦平面探测器输出的视频图像；所述操作计算机作为检测系统的主控中心和数据处理终端，分别与黑体辐射源的控制端、机械靶轮的控制端、调焦电机的控制端、红外焦平面探测器和视频采集卡连接。

2.根据权利要求1所述的一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统，其特征在于，所述机械靶轮包括靶轮本体、压片、靶轮控制器及伺服电机；所述靶轮本体开设有圆周分布的通孔，所述靶标通过压片及螺栓固定于通孔的端面，所述靶轮本体的中心与伺服电机的输出轴连接，所述靶轮控制器的输出端与伺服电机的控制端连接，所述靶轮控制器向伺服电机发送转动指令，伺服电机带动靶轮本体实现旋转。

3.根据权利要求1所述的一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统，其特征在于，所述靶标包括刀口靶标和畸变靶标，所述刀口靶标开设有半圆形透光孔，所述畸变靶标开设有呈Y字型等间距均匀分布的透光孔。

4.根据权利要求1所述的一种非制冷红外镜头成像质量快速检测系统，其特征在于，还包括自动聚焦板，所述操作计算机通过自动聚焦板与调焦电机的控制端连接，所述自动聚焦板通过接收镜头红外图像，执行内嵌的爬山算法，寻找镜头成像最清晰的电机位置，控制调焦电机，进而调节红外焦平面探测器位置，实现镜头的自动聚焦。

5.一种非制冷红外镜头成像质量快速检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，根据测试指标，利用机械靶轮的控制端选择对应靶标；

第二步，选择测试图像的感兴趣区域，针对清晰度、畸变、焦距和视场角指标，手动选择感兴趣区域；针对MTF指标，软件自动选择感兴趣区域；

第三步，选择最佳二值化阈值门限，针对畸变、焦距、视场角和MTF指标，手动选择最佳二值化门限；

第四步，降噪处理，利用图像降噪模型和滤波器对原始图像进行降噪处理；

第五步，检测结果量化，利用红外镜头清晰度评价算法、畸变评价算法、焦距评价算法、视场角评价算法和MTF评价算法量化红外镜头的清晰度、畸变、焦距、视场角和MTF指标；

第六步，输出结果，将红外镜头的测试结果和测试的环境参数以电子文档形式输出。