CN114040187B - 一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法及装置，针对深空探测彩色相机应用需要的各颜色通道在各个温度下的准确定量测试，以及大批量快捷测试，采用基于温控暗室、电机可控RGBD滤光片及自动曝光方式的光电参数测试，包括积分球，温控暗室，暗室具有玻璃开窗，玻璃开窗后为RGBD滤光片，待测试芯片与积分球、玻璃开窗及滤光片处于同轴放置，待测待测试芯片安装在芯片测试底板，暗室内电机及芯片测试底板通过测试线缆与测试计算机连接。通过计算机控制RGBD滤光片及芯片测试底板的自动曝光，实现在各个温度下对彩色相机图像传感器的三个颜色通道的明暗及暗场图像进行自动化快捷测试，从而满足深空探测任务的准确性及高可靠要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法及其装置，尤其涉及在基于RGB三色像素的彩色相机图像传感器筛选测试。
背景技术
深空探测彩色相机存在使用寿命长，使用温度场景差异较大。因此在地面挑选深空探测彩色相机所需图像传感器时，需要对各颜色通道在各个温度下的准确定量测试。深空探测彩色相机采用基于Bayer格式的彩色图像传感器，包含RGB三种像素，目前现有技术采用EMVA1288进行光电参数测试，EMVA1288是欧洲机器视觉协会(EMVA)制定的针对图像传感器及相机的光电参数测试制定的一套标准，目前国内外针对EMVA1288开发了多种测试平台，从而实现图像传感器及相机的光电参数测试。2009年美国SARNOFF公司开发了一套EMVA1288标准光电测试平台，测试系统主要由六个积分球、暗室、计算机及软件系统组成。该测试系统由于在暗室内设置了多个积分球造成暗箱体积偏大，且暗箱内结构复杂，整个相机性能测试成本也偏高。北京凌云光视数字图像技术有限公司在其专利201110167987.2中针对SARNOFF公司测试平台复杂性，提出采用双盘滤波部件的方式，从而减少多个积分球带来的结构复杂及成本问题。然而该系统采用的是单色滤光片与衰减片组合方式实现光源在不同强度和不同亮度等级的衰减变化效果，对于深空探测彩色相机采用基于Bayer格式的彩色图像传感器，该测试平台存在两个不足，第一是该测试平台采用单色滤光片，无法对RGB像素在各个颜色的宽谱响应特性；其次，该测试平台衰减片无法实现图像传感器暗场测试，而图像传感器的暗场参数是图像传感器的关键参数。中国空间技术研究院在其专利201310714296.9中，提出了一种基于FPGA技术的CMOS图像传感器测试装置，该装置可以实现不同工作温度的图像传感器光电参数测试，然而该测试平台采用的光源为单个积分球光源，该光源一般为宽光谱光源，对于深空探测彩色相机采用基于Bayer格式的彩色图像传感器，该测试平台存在的问题是RGB三种像素光谱响应不一致，因此在筛选测试时，采用宽谱段积分球光源形式进行测试，会出现其中有的颜色通道饱和，有的颜色通道还处于灰度值较低的状态，此时，饱和通道的像素由于溢出效应，使得临近像素受其影响，导致光电参数测试不准确。此外，由于每个颜色通道光谱响应不一致，在光电参数测试时，积分球光强及图像传感器的曝光时间控制无法采用同一个数值进行测试，导致每个颜色通道需要手动调整曝光时间设置，同时对于暗场测试，该测试装置还需要关闭光源实现，整体测试效率较低，对于大批量图像传感器测试来说，花费时间较长。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法及装置，解决了传统测试方法效率较低，花费时间较长问题。
本发明的技术方案是：一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试装置，包括积分球、温控暗箱、玻璃开窗、RGBD滤光片板、待测试芯片、芯片测试底板、测试线缆和测试计算机；
所述积分球放置在温控暗室外部，温控暗室具有玻璃开窗，玻璃开窗后为RGBD滤光片，待测试芯片与积分球、玻璃开窗及滤光片处于同轴放置，待测待测试芯片安装在芯片测试底板，暗室内滤光片及芯片测试底板通过测试线缆与测试计算机连接；通过计算机控制RGBD滤光片及芯片测试底板的自动曝光，实现在各个温度下对彩色相机图像传感器的三个颜色通道的明暗及暗场图像进行自动化快捷测试。
所述滤光片板包含4种滤光片，其中R、G、B三种颜色滤光片分别对应彩色图像传感器RGB三种像素光谱响应的波长，D滤光片为黑色挡板。
所述滤光片板R颜色滤光片在570～730nm透过率大于95％，其他波段透过率小于0.1％。
所述滤光片板G颜色滤光片在430～610nm透过率大于95％，其他波段透过率小于0.1％。
所述滤光片板R颜色滤光片在390～560nm透过率大于95％，其他波段透过率小于0.1％.
所述滤光片板D颜色滤光片在300～110nm透过率小于0.1％。
一种利用所述装置进行适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法，步骤如下：
1)将待测试芯片装在测试板后，上位机打开测试软件，测试软件初始化，测试开始；
2)上位机初始化过程中，光源预热，首次测试光源预热30分钟，待光源稳定；
3)设置测试温度点，暗室温度稳定后开始测试；
4)选择一个测试通道，上位机控制电机将相应滤光片移动到积分球出口处；
5)采用自动曝光方式获取曝光时间初始值；
6)根据曝光时间初始值，根据曝光时间初始值，设置需要测试的曝光时间，并进行明场图像采集；
7)明场测试结束，上位机控制电机将D滤光片移动到积分球出口处；
8)按照上述步骤6)的曝光时间完成暗场图像采集；
9)该通道测试完毕之后，重复上述步骤4)～7)的过程，完成下一个颜色通道测试；计算得到RGB三个通道的光电参数；
10)上述步骤4)～9)测试完成后，返回步骤3)测试下一个温度点，重复上述步骤4)～7)的过程，直到所有温度点测试完成。
所述步骤6)中以曝光时间初始值的0.05～2.5倍的设置需要测试的曝光时间。
所述步骤6)中间隔步长为0.05倍的曝光时间进行明场图像采集。
采用EMVA1288标准光电测试方法计算得到RGB三个通道的光电参数。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)采用RGBD滤光片，与现有技术的单色滤光片或无滤光片测试装置对比，本测试装置实现基于Bayer格式的彩色图像传感器的RGB通道的准确定量的宽谱光电参数测试，从而保证像素在各个颜色的宽谱响应特性，对于深空探测彩色相机的定标测量及颜色校正提供RGB各颜色通道的定量系数。
2)采用RGBD滤光片，在每个颜色通道明场测试结束，可直接将D滤光片直接移动到暗室玻璃窗口，使得待测试芯片处于无光环境，从而实现明场到暗场的连续测试，积分球光源在各个温度点及各个颜色通道测试时都是连续开启状态，避免了积分球多次开启导致的光源照度变化，从而实现高效率稳定测试。
3)由于图像传感器不同批次及同批次不同器件的光电响应不一致性，采用同一组曝光时间测试会导致光电参数测试覆盖性不全，因此本装置在每个颜色通道光电参数测试时，首先采用自动曝光的方式确定其曝光初始值，确定曝光初始值之后，根据探测器的光电响应特性，以曝光时间初始值的0.05～2.5倍的设置需要测试的曝光时间，间隔步长为0.05倍的曝光时间进行明场图像采集，从而避免了不同芯片及每个颜色通道需要手动调节曝光时间的问题。
附图说明
图1所示为本发明的一种适用于彩色图像传感器筛选测试装置；
图2所示为本发明的滤光片板示意图；
图3所示为本发明的彩色图像传感器筛选测试流程。
具体实施方式
一种适用于彩色图像传感器筛选测试装置，见图1所示，其中RGBD滤光片板2如图2所示。针对RGB彩色格式图像传感器，图2所示的滤光片板2包含4种滤光片，其中R、G、B三种颜色滤光片分别对应彩色图像传感器RGB三种像素光谱响应的波长，D滤光片为黑色挡板，用于暗场测试时光源遮挡。针对图1及图2所示彩色图像传感器筛选测试装置，其测试流程如3图所示。
本发明提出一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法及其装置，其中测试装置包括积分球1、温控暗箱2、玻璃开窗、RGBD滤光片板4、待测试芯片5、芯片测试底板6、测试线缆7和测试计算机8；
所述积分球放置在温控暗室外部，温控暗室具有玻璃开窗，玻璃开窗后为RGBD滤光片，待测试芯片与积分球、玻璃开窗及滤光片处于同轴放置，待测待测试芯片安装在芯片测试底板，温控暗室内滤光片及芯片测试底板通过测试线缆与测试计算机连接；通过计算机控制RGBD滤光片及芯片测试底板的自动曝光，实现在各个温度下对彩色相机图像传感器的三个颜色通道的明暗及暗场图像进行自动化快捷测试。
滤光片板包含4种滤光片，其中R、G、B三种颜色滤光片分别对应彩色图像传感器RGB三种像素光谱响应的波长，D滤光片为黑色挡板。
滤光片板R颜色滤光片在570～730nm透过率大于95％，其他波段透过率小于0.1％。
滤光片板G颜色滤光片在430～610nm透过率大于95％，其他波段透过率小于0.1％。
滤光片板B颜色滤光片在390～560nm透过率大于95％，其他波段透过率小于0.1％.
滤光片板D颜色滤光片在300～110nm透过率小于0.1％。
本发明彩色图像传感器筛选测试步骤如下：
1)将待测试芯片装在测试板后，上位机打开测试软件，测试软件初始化，测试开始；
2)上位机初始化过程中，光源预热，首次测试光源预热30分钟，待光源稳定；
3)设置测试温度点，暗室温度温定后开始测试；
4)选择测试通道，上位机控制电机将相应滤光片移动到积分球出口处；
5)采用自动曝光方式获取曝光时间初始值；
6)根据曝光时间初始值，根据曝光时间初始值，以曝光时间初始值的0.05～2.5倍的设置需要测试的曝光时间，间隔步长为0.05倍的曝光时间进行明场图像采集；
7)明场测试结束，上位机控制电机将D滤光片移动到积分球出口处；
8)按照上述6)的曝光时间完成暗场图像采集；
9)该通道测试完毕之后，重复上述4)～7)的过程，完成下一个颜色通道测试。
10)上述4)～9)测试完成后，返回3)测试下一个温度点，重复上述4)～7)的过程，直到所有温度点测试完成。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种使用深空探测彩色相机图像传感器筛选测试装置进行深空探测彩色相机图像传感器筛选测试的方法，所述方法包括：
1)将待测试芯片装在测试板后，上位机打开测试软件，测试软件初始化，测试开始；
2)上位机初始化过程中，光源预热，首次测试光源预热30分钟，待光源稳定；
3)设置测试温度点，温控暗箱温度稳定后开始测试；
4)选择一个颜色通道，上位机控制电机将相应颜色滤光片移动到积分球出口处；所述颜色通道包括RGB三种颜色；所述颜色通道包括R通道、G通道和B通道三个颜色通道”
5)采用自动曝光方式获取曝光时间初始值；
6)根据曝光时间初始值，设置需要测试的曝光时间，并进行明场图像采集；
7)上位机控制电机将D滤光片移动到积分球出口处；
8)按照上述步骤6)的曝光时间完成暗场图像采集；
9)该颜色通道测试完毕之后，重复上述步骤4)～7)的过程，完成下一个颜色通道测试；采用EMVA1288标准光电测试方法计算得到RGB三个通道的光电参数；
10)上述步骤4)～9)测试完成后，返回步骤3)测试下一个测试温度点，重复上述步骤4)～9)的过程，直到所有测试温度点测试完成；
所述深空探测彩色相机图像传感器筛选测试装置，包括积分球、温控暗箱、玻璃开窗、RGBD滤光片、待测试芯片、芯片测试底板、测试线缆和测试计算机；
所述积分球放置在温控暗箱外部，温控暗箱具有玻璃开窗，玻璃开窗后为RGBD滤光片，待测试芯片与积分球、玻璃开窗及RGBD滤光片处于同轴放置，待测试芯片安装在芯片测试底板上，温控暗箱内的RGBD滤光片及芯片测试底板通过测试线缆与测试计算机连接；通过测试计算机控制RGBD滤光片及芯片测试底板的自动曝光，实现在各个测试温度点下对彩色相机图像传感器的三个颜色通道的明场及暗场图像进行自动化快捷测试；
所述RGBD滤光片包含4种滤光片，其中R、G、B三种颜色滤光片分别对应彩色图像传感器RGB三种像素光谱响应的波长，D滤光片为黑色挡板。
2.根据权利要求1所述的一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法，其特征在于：所述步骤6)中以曝光时间初始值的0.05～2.5倍的设置需要测试的曝光时间。
3.根据权利要求1所述的一种适用于深空探测彩色相机图像传感器筛选测试方法，其特征在于：所述步骤6)中间隔步长为曝光时间初始值的0.05倍的曝光时间进行明场图像采集。
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