CN111586402A - 一种可见光空间相机静态传函测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种可见光空间相机静态传函测试系统及测试方法，解决目前可见光空间光学相机实验室静态传函测试中存在较大误差的问题，利用均匀照明光源、靶标组件、平行光管组成的传函测试系统。采用模拟太阳光谱的积分球均匀光源为靶标提供均匀辐射照明。靶标组件为是由低空间频率和奈奎斯特频率组成的透射式的靶标板及相应的机构组成。采用平行光管将靶标输出的光束转换为平行光，其口径不小于空间相机入光口，焦距不小于空间相机焦距3倍。空间相机获取靶标的图像，利用低空间频率靶标计算物方调制度，奈奎斯特频率靶标图像计算像方调制度，利用二者的关系计算相机静态传函，该测试结果扣除了平行光管和大气的传函，能更客观的评价空间相机成像质量。

Description

一种可见光空间相机静态传函测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及空间光学领域，具体涉及一种可见光空间相机实验室静态传函测试系统及测试方法。

背景技术

随着空间光学遥感器的发展，可见光空间相机的口径逐渐增大到1m，1.5m，甚至2.0m量级及更大口径，可见光相实验室静态传函是评价空间相机成像性能的重要技术指标，目前实验室静态传函测试方法一般采用三线靶标法，即在平行光管的焦面处放置均匀光源照明三线靶标，模拟无穷远的目标，空间相机获取对应的三线靶标的图像，利用图像计算图像对比度传函(CTF)，利用关系式MTF＝CTF*π/4，计算相机的MTF。在测试过程中，默认物方调制度为1.0。该测试方法中，MTF测试结果包含平行光管传函和大气传函，在测试结果中难以扣除，导致测试结果具有较大的误差。

发明内容

本发明为解决目前可见光空间光学相机实验室静态传函测试中存在较大误差的问题，提供一种可见光空间相机静态传函测试系统及测试方法。

一种可见光空间相机静态传函测试系统，包括照明光源、靶标组件和平行光管；所述靶标组件由靶标固定件，以及安装在靶标固定件上的靶标板构成；

所述照明光源发出的光源均匀照明靶标组件上的靶标板，所述靶标组件位于平行光管的焦面位置，所述平行光管将经过靶标板输出的光束转换为平行光束，入射到空间相机的焦平面探测器上，所述空间相机获取靶标图像；

所述靶标板上靶标的排布方式依次为：低空间频率靶标的白靶条、奈奎斯特频率靶标和低空间频率靶标的黑靶条；所述奈奎斯特频率靶标由n(n≥5)组靶条组成，按一定的位错形成靶标图案，每组靶条由三个白靶条和四个黑靶条组成；所述空间相机根据获取靶标板上对应的靶条图像，利用低空间频率靶标的白靶条和低空间频率靶标的黑靶条的图像计算物方调制度，利用奈奎斯特频率靶标中的图像计算像方调制度，根据所述物方调制度与像方调制度的关系计算相机静态传函MTF。

一种可见光空间相机静态传函测试方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、调整照明光源输出的辐射亮度，使得空间相机获得低空间频率靶标的白靶条内像元灰度值尽量大但不饱和，调整靶标组件上靶标方向及靶标组件在平行光管焦面处前后左右的相对位置，使空间相机4获得奈奎斯特频率靶标内靶条的清晰图像，采集靶标图像，同时获得奈奎斯特频率靶标图像，低空间频率靶标的白靶条和黑靶条图像，关闭照明光源1，空间相机获得暗场图像；

步骤二、利用低空间频率靶标的白靶条图像内的均匀区域，计算像元平均灰度值Ya；利用低空间频率靶标的黑靶条图像内的均匀区域，计算像元平均灰度值Yb；利用暗场图像中对应靶标区域内的像元，计算暗场平均灰度值Yc；用下式计算物方调制度M_o：

步骤三、选取奈奎斯特频率靶条图像中n组靶条内最清晰一组靶条图像，相邻白靶条和黑靶条中相邻像元灰度值，分别记为Xa、Xb，用下式计算相邻像元的像方调制度M_I：

步骤四、利用公式

计算静态传函，选取最大值作为最终测试结果。

本发明的有益效果：

本发明针对目前实验室静态传函测试问题，利用低空间频率靶标和奈奎斯特频率靶标，结合平行光管，对可见光空间相机实验室静态传函进行测试的系统及方法，该方法能有效扣除平行光管和大气对传函测试的影响，测试结果更准确，能更客观的评价空间相机成像质量。

本发明利用靶标图像计算空间相机实验室静态传函，有效扣除了平行光管大气对传函测试的影响。在未来空间光学相机研制及检测过程广泛应用。具有广泛的工程应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统的构成图；

图2为本发明所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统中靶标组件的示意图；

图3为图2中奈奎斯特频率靶标的放大图；

图4为空间相机获取的靶标图像示意图；

图中：1、照明光源，2、靶标组件，3、平行光管，4、空间相机，2-1、靶标板、2-2靶标固定件，2-1A、低空间频率靶标的白靶条，2-1B、奈奎斯特频率靶标，2-1C、低空间频率靶标的黑靶条，3-1、低空间频率靶标的白靶条图像，3-2、奈奎斯特频率靶条图像，3-3、低空间频率靶标的黑靶条图像。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，一种可见光空间相机静态传函测试系统，包括照明光源1、靶标组件2和平行光管3；所述靶标组件2由靶标板2-1和靶标固定件2-2组成，靶标板2-1由低空间频率靶标的白靶条2-1A，奈奎斯特频率靶标2-1B，低空间频率靶标的黑靶条2-1C组成；如图1所示，照明光源1为能模拟太阳光谱输出的积分球光源，发出的辐射均匀照明靶标组件2上的靶标板2-1(如图2所示)，再经过平行光管3转换为平行光束，入射到空间相机4的焦平面探测器上，空间相机4获取对应靶标板2-1上的三种靶标图像。利用靶标图像计算空间相机的静态传函MTF。

本实施方式中，平行光管3口径不小于空间相机4口径，平行光管3的焦距不小于空间相机4焦距的3倍。

结合图2和图3说明本实施方式，所述靶标组件2由靶标板2-1和靶标固定组件2-2组成，靶标板2-1由低空间频率靶标白靶条2-1A，奈奎斯特频率靶标2-1B，低空间频率靶标黑靶条2-1C组成，奈奎斯特频率靶标2-1B由2-a，2-b……2-n，n(n≥5)组靶条组成，如图3所示。所述靶标板2-1安装在靶标固定件2-2上，靶标固定件2-2上带有旋转结构，可带动靶标旋转，靶标固定件2-2上带有前后和水平位移调整结构，便于靶标组件2在平行光管3的焦面位置进行微调。

所述低空间频率靶标由白靶条2-1A和黑靶条2-1C构成，根据空间相机4的像元尺寸，平行光管3的焦面和空间相机4的像元尺寸之间的物像关系，计算一个尺寸为p像元对应平行光管3焦面处的尺寸为d，所述白靶条2-1A和黑靶条2-1C靶标尺寸均大于等于25d，构成一组低空间频率靶标。这两靶标的在物理空间上不相邻，对应空间相机的传函为1.0，利用低空间频率靶标图像平均灰度值计算物方调制度；如图3所示，所述奈奎斯特频率靶标2-1B，其构成形式如2-a，2-b……2-n所示，由n(n≥5)组靶条组成，每组靶条三个白靶条和四个黑靶条组成，白靶条与黑靶条的宽度均为1d，长度不小于10d，相邻两组靶条的距离为(1-1/n)d或(1+1/n)d，便于像元与靶条对齐。图3中，所述奈奎斯特频率靶标2-1B中所有白靶条具有相同的高透过率，所有的黑靶条相同的低透过率。

具体实施方式二、结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统的测试方法，具体过程为：

按图1所示，搭建测试系统，在测试前调整照明光源1输出的辐射亮度，使得低空间频率靶标白靶条2-1A对应的图像区域内像元灰度值尽量大但不饱和，调整靶标2-1的方向及靶标组件2在平行光管3焦面处前后左右的相对位置，使空间相机4获得奈奎斯特频率靶标2-1B内靶条的清晰图像通过测试，空间相机4获得对应的靶标图像，如图4所示，关闭照明光源1，空间相机4获得暗场图像。

利用低空间频率靶标的白靶条图像3-1内较均匀的区域计算像元平均灰度值Ya，低空间频率靶标的黑靶条图像3-3内较均匀的区域计算像元平均灰度值Yb，利用暗场图像计算靶标对应区域内的暗场平均灰度值Yc，利用公式

计算物方调制度，该物方调制度包含平行光管3和大气的影响在内；

在奈奎斯特频率靶条图像3-2中n组靶条内选择最清晰的一组靶标图像，利用相邻白靶条和黑靶条中相邻像元灰度值，分别记为Xa、Xb，计算相邻像元的像方调制度

利用公式

计算静态传函，选取最大值作为最终测试结果。

Claims (7)

1.一种可见光空间相机静态传函测试系统，包括照明光源(1)、靶标组件(2)和平行光管(3)；其特征是：所述靶标组件(2)由靶标固定件(2-2)，以及安装在靶标固定件(2-2)上的靶标板(2-1)构成；

所述照明光源(1)发出的光源均匀照明靶标组件(2)上的靶标板(2-1)，所述靶标组件(2)位于平行光管(3)的焦面位置，所述平行光管(3)将经过靶标板(2-1)输出的光束转换为平行光束，入射到空间相机(4)的焦平面探测器上，所述空间相机(4)获取靶标图像；

所述靶标板(2-1)上靶标的排布方式依次为：低空间频率靶标白靶条(2-1A)、奈奎斯特频率靶标(2-1B)和低空间频率靶标黑靶条(2-1C)；所述奈奎斯特频率靶标(2-1B)由n组靶条组成，每组靶条由三个白靶条和四个黑靶条组成；

所述空间相机(4)获取靶标板(2-1)上对应的靶条图像，利用低空间频率靶标白靶条(2-1A)和低空间频率靶标黑靶条(2-1C)的图像计算物方调制度，利用奈奎斯特频率靶标(2-1B)中的图像计算像方调制度，根据所述物方调制度与像方调制度的关系计算相机静态传函MTF。

2.根据权利要求1所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统，其特征在于：

所述靶标板(2-1)上的靶标尺寸，根据平行光管(3)的焦面和空间相机(4)的焦面探测器像元尺寸之间的物像关系，计算一个尺寸为p像元对应平行光管(3)焦面处的尺寸为d；

所述低空间频率靶标白靶条(2-1A)和低空间频率靶标的黑靶条(2-1C)，在物理空间上不相邻，其宽度均大于等于25d，长度大于等于宽度。

3.根据权利要求1所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统，其特征在于：所述奈奎斯特频率靶标(2-1B)中，由n组靶条组成，n≥5，每组靶条中的白靶条与黑靶条的宽度为1d，长度大于等于10d；每组靶条之间的距离为(1-1/n)d或(1+1/n)d。

4.根据权利要求1所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统，其特征在于：所述低空间频率靶标白靶条(2-1A)、低空间频率靶标黑靶条(2-1C)和奈奎斯特频率靶标(2-1B)中所有白靶条具有相同的高透过率，所有黑靶条具有相同的低透过率。

5.根据权利要求1所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统，其特征在于：所述照明光源(1)为具有模拟太阳光谱的积分球光源，光源的出光口大于所述靶标板(2-1)的直径，为其提供均匀的照明。

6.根据权利要求1所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统，其特征在于：所述平行光管(3)的口径大于空间相机(4)的入光口，平行光管(3)的焦距大于等于空间相机(4)焦距的3倍。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统的测试方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、调整照明光源(1)，使得空间相机(4)获得低空间频率靶标白靶条(2-1A)对应图像的像元灰度值尽量大但不饱和，调整靶标组件(2)上靶标方向及靶标组件(2)在平行光管(3)焦面处前后左右的相对位置，使空间相机(4)获得奈奎斯特频率靶标(2-1B)内靶条的清晰图像；关闭照明光源(1)，空间相机(4)获得的暗场图像；

步骤二、利用低空间频率靶标的白靶条图像(3-1)内的均匀区域，计算像元平均灰度值Ya；利用低空间频率靶标的黑靶条图像(3-3)内的均匀区域，计算像元平均灰度值Yb；利用暗场图像靶标对应区域的像元，计算暗场平均灰度值Yc；用下式计算物方调制度M_o：

步骤三、选取奈奎斯特频率靶条图像(3-2)中n组靶条内最清晰的一组靶条图像，利用相邻白靶条和黑靶条中相邻像元灰度值，分别记为Xa、Xb，用下式计算相邻像元的像方调制度M_I：

步骤四、利用公式

计算静态传函，选取最大值作为最终测试结果。

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