CN116095302A - 基于Labview的图像传感器性能参数测试装置、测试方法及测试系统 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种基于Labview的图像传感器性能参数测试装置、测试方法及测试系统。所述测试装置包括：图像数据采集模块、图像实时显示模块、图像处理模块；所述图像数据采集模块用于在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；所述图像实时显示模块用于接收并显示图像数据；所述图像处理模块用于根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数。本说明书实施例实现了对图像传感器的各类性能参数进行定量计算的目的。

Description

基于Labview的图像传感器性能参数测试装置、测试方法及测试系统

技术领域

本说明书实施例涉及图像传感器技术领域，更具体的，涉及一种基于Labview的图像传感器性能参数测试装置、测试方法及测试系统。

背景技术

通常，在图像传感器应用之前，对其各项性能参数进行测试是首要之事。根据测试结果可判断该器件是否满足整个系统的性能要求，保证系统的整体性能指标。现有技术中，对图像传感器进行测试的光电设备能够测出的图像传感器性能参数较少，无法对图像传感器的各类性能参数进行定量计算。

发明内容

本说明书实施例提供一种基于Labview的图像传感器性能参数测试装置、测试方法及测试系统，能够对图像传感器的各类性能参数进行定量计算。

为实现上述目的，本说明书实施例提供了一种基于Labview的图像传感器性能参数测试装置，包括：图像数据采集模块、图像实时显示模块、图像处理模块；

所述图像数据采集模块用于在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；

所述图像实时显示模块用于接收并显示所述图像数据；

所述图像处理模块用于根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中的至少一个。

进一步的，所述图像数据采集模块包括：

一阶段图像数据采集模块：用于在多个等间隔递增的曝光时间下进行图像数据采集；

二阶段图像数据采集模块：在多个不同波长的光源中按多个等间隔递增的曝光时间进行图像数据采集；

三阶段图像数据采集模块：在同一曝光时间下进行多帧图像采集。

进一步的，所述图像处理模块包括：

第一图像处理子模块：用于利用一阶段图像数据采集模块采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算饱和输出和系统增益；

第二图像处理子模块：用于利用二阶段图像数据采集模块采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算不同波长下的量子效率；

第三图像处理子模块：用于利用三阶段图像数据采集模块采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算光响应非均匀性参数。

进一步的，所述图像处理模块还用于根据系统增益绘制光子转移曲线、根据不同波长下的量子效率绘制光谱响应图像。

进一步的，还包括通信配置模块，所述通信配置模块用于通过串口命令控制下位机数据采集电路板的工作状态，以使下位机数据采集电路板在采集到图像数据后上传所述图像传感器输出的图像数据。

进一步的，还包括连接模块，所述连接模块用于通过发送命令，连接下位机数据采集电路板对应的串口，以使下位机数据采集电路板开始进行图像数据采集。

本说明书实施例还提供了一种基于Labview的图像传感器性能参数测试方法，包括，

在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；

接收并显示所述图像数据；

根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算所述图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中的至少一个。

进一步的，所述在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据，包括：

在多个等间隔递增的曝光时间下进行一阶段图像数据采集；

在多个不同波长的光源中按多个等间隔递增的曝光时间进行二阶段图像数据采集；

在同一曝光时间下进行多帧三阶段图像数据采集。

进一步的，所述根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，包括：

利用一阶段图像数据，根据EMVA1288标准计算饱和输出和系统增益；

利用二阶段图像数据，根据EMVA1288标准计算不同波长下的量子效率；

利用三阶段图像数据，根据EMVA1288标准计算光响应非均匀性参数。

本说明书实施例还提供了一种图像传感器性能参数测试系统，其特征在于，包括，光源及滤光装置、积分球、下位机数据采集电路板和前述任一项所述的基于Labview的图像传感器性能参数测试装置；

所述光源及滤光装置：用于提供单色光源；

所述积分球：用于将所述单色光源转换为均匀的单色光，照射至所述图像传感器；

所述下位机数据采集电路板：用于采集所述图像传感器所输出的图像数据，并将所述图像数据上传给所述基于Labview的图像传感器性能参数测试装置。

由上可见，在本说明书实施例中，采集图像传感器在明场和暗场环境中按不同曝光时间及不同波长光源下输出的图像数据，根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中至少一个，可以对图像传感器的各类光电参数进行定量测量，从而实现图像传感器性能的客观评价。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的基于Labview的图像传感器性能参数测试装置的操作界面图；

图2为本说明书实施例提供的图像数据采集的操作界面图；

图3为本说明书实施例提供的光子转移曲线图像处理的操作界面图；

图4为本说明书实施例提供的光谱响应图像处理的操作界面图；

图5为本说明书实施例提供的其他参数数据处理的操作界面图；

图6为本说明书实施例提供的图像传感器性能参数测试系统部分结构示意图；

图中：1、光源及滤光设置；2、暗室；3、积分球；4、均匀单色光；5、图像传感器；

6、下位机数据采集电路板；7、基于Labview的图像传感器性能参数测试装置。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书实施例保护的范围。

实施例一：

本说明书实施例提供一种基于Labview的图像传感器性能参数测试装置，该装置可以应用于上位机控制系统中，参阅图1，该装置包括：图像数据采集模块11、图像实时显示模块8、图像处理模块。

所述图像数据采集模块11用于在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；

所述图像实时显示模块8用于接收并显示所述图像数据；在测试过程中，根据图像实时显示模块8接收并显示的图像，测试人员能够查看并检查图像数据是否正确。

所述图像处理模块用于根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中的至少一个。

在一些实施例中，请参阅图2所示，所述图像数据采集模块用于在明场和暗场环境中对图像传感器进行一、二、三阶段图像数据采集；其中，一阶段图像数据采集包括在多个等间隔递增的曝光时间下进行图像数据采集；二阶段图像数据采集包括在多个不同波长的光源中按多个等间隔递增的曝光时间进行图像数据采集；三阶段图像数据采集包括在同一曝光时间下进行多帧图像数据采集。

1、所述图像处理模块可以利用一阶段采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算饱和输出和系统增益，具体计算方法如下：

根据公式

拟合出一条光子转移曲线，该曲线的走势先是逐渐上升，当达到饱和点时，曲线将不再上升，会呈现下降的趋势。因此，找到饱和点所对应的信号输出均值即为饱和输出值μ_y.sat。而对曲线中小于饱和点70％的部分，使用最小二乘法线性拟合，得到的斜率即为总体系统增益K值。其中

和

分别为明场、暗场情况下的图像数据方差值，μ_y和μ_y.dark分别为明场、暗场情况下的图像平均灰度值。

时域噪声

可以通过计算两幅M×N图像y^A和y^B方差的均值，如下公式：

图像传感器有效像元的平均灰度值μ_y(μ_y.dark)可以由两帧M×N图像y^A和y^B的第m行和n列取平均计算得到：

式中：K表示总体系统增益值；M和N分别表示图像总的行数和列数；m表示图像的第m行；n表示图像的第n列；y^A[m][n]表示图像y^A的第m行第n列；y^B[m][n]表示图像y^B的第m行第n列。

2、所述图像处理模块还可以利用二阶段采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算不同波长下的量子效率，具体计算方法如下：

在不同波长λ下，采集多幅图像，根据公式μ_y＝μ_y.dark+Rμ_p，拟合出一条线性曲线，该曲线斜率R为响应度，结合公式R＝Kη，由此可计算该波长下的量子效率η(λ)值；式中：μ_p表示在一定曝光时间内入射到像元上的光子数；η表示为量子效率。

3、同时，所述图像处理模块还可以利用三阶段采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算光响应非均匀性参数，具体计算方法如下：

对采集到的M×N的明场μ_y.50和暗场μ_y.dark图像做平均化处理，计算其均值：

暗场和50％明场图像的空域方差计算公式如下：

则光响应非均匀性PRNU(％)基于空域标准差，其公式如下：

式中：y_dark[m][n]表示暗场图像y_dark的第m行n列；μ_y.50表示到达饱和50％时采集的明场图像；y₅₀[m][n]表示明场图像y₅₀的第m行n列；

表示暗场图像的空域方差值；

表示明场图像的空域方差值。

所述图像处理模块还包括光子转移曲线图像处理12、光谱响应图像处理13和其他参数数据处理14。所述光子转移曲线图像处理用于根据系统增益绘制光子转移曲线，所述光谱响应图像处理用于根据不同波长下的量子效率绘制光谱响应图像，所述其他参数数据处理用于对其他性能参数进行数据处理。

例如，请参阅图3为光子转移曲线图像处理，依据EMVA1288标准的测试方法，点击图3相应按钮，即可计算出核心参数总体系统增益K值，并绘制光子转移曲线图，也可计算得出饱和输出参数值。

图4为光谱响应图像处理，依据EMVA1288标准的测试方法，点击图4界面按钮，即可计算不同波长下的量子效率值。

图5为其他参数数据处理，依据EMVA1288标准的性能参数测试原理和方法，计算得出光响应非均匀性、参数灵敏度、暗信号值参数。

在一些实施例中，所述基于Labview的图像传感器性能参数测试装置还包括通信配置模块10，所述通信配置模块用于通过串口命令控制下位机数据采集电路板的工作状态，以使下位机数据采集电路板在采集到图像数据后上传图像数据。

在一些实施例中，所述基于Labview的图像传感器性能参数测试装置还包括连接模块9，所述连接模块9用于向下位机数据采集电路板发送命令，连接下位机数据采集电路板对应的串口，以使下位机数据采集电路板开始进行图像数据采集。

综上，在本说明书实施例中，采集图像传感器在明场和暗场环境中按不同曝光时间及不同波长光源下输出的图像数据，根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中至少一个，可以对图像传感器的各类光电参数进行定量测量，从而实现图像传感器性能的客观评价。

实施例二：

本说明书实施例提供一种基于Labview的图像传感器性能参数测试方法，该方法可以基于实施例一所述的装置实现，所述方法可以包括以下步骤：

步骤S71，在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；

步骤S72，接收并显示图像数据；

步骤S73，根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中的至少一个。

在一些实施例中，所述步骤S71，包括，在明场和暗场环境中对图像传感器进行一、二、三阶段图像数据采集；其中，一阶段图像数据采集包括在多个等间隔递增的曝光时间下进行图像数据采集；二阶段图像数据采集包括在多个不同波长的光源中按多个等间隔递增的曝光时间进行图像数据采集；三阶段图像数据采集包括在同一曝光时间下进行多帧图像数据采集。

在一些实施例中，所述步骤S73，包括，利用一阶段采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算饱和输出和系统增益；利用二阶段采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算不同波长下的量子效率；利用三阶段采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算光响应非均匀性参数。

实施例三：

本说明书实施例提供了一种图像传感器性能参数测试系统，请参阅图6所示，包括，光源及滤光设置1、积分球3、图像传感器5、下位机数据采集电路板6和本说明书实施例中的基于Labview的图像传感器性能参数测试装置7。所述测试系统可以提供明场、暗场两种测试条件，图像传感器5与积分球3、下位机数据采集电路板6一同设置于暗室2中，图像传感器5对应于所述积分球3的出光孔设置，用于感应积分球照射出的均匀单色光。所述光源及滤光设置1包括溴钨灯光源和提供单色光源的单色仪，光源及滤光设置1产生的单色光，积分球3将入射光转换成测试所需的均匀单色光4，积分球3输出的均匀单色光照射到待测的图像传感器5上，下位机数据采集电路板6采集图像数据，并通过通信接口和通信电缆，传输到基于Labview的图像传感器性能测试装置7中，通过图像实时显示模块实时显示图像数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本说明书实施例。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本说明书实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本说明书实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于Labview的图像传感器性能参数测试装置，其特征在于，包括：图像数据采集模块、图像实时显示模块、图像处理模块；

所述图像数据采集模块用于在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；

所述图像实时显示模块用于接收并显示所述图像数据；

所述图像处理模块用于根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像数据采集模块包括：

一阶段图像数据采集模块：用于在多个等间隔递增的曝光时间下进行图像数据采集；

二阶段图像数据采集模块：在多个不同波长的光源中按多个等间隔递增的曝光时间进行图像数据采集；

三阶段图像数据采集模块：在同一曝光时间下进行多帧图像采集。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：

第一图像处理子模块：用于利用一阶段图像数据采集模块采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算饱和输出和系统增益；

第二图像处理子模块：用于利用二阶段图像数据采集模块采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算不同波长下的量子效率；

第三图像处理子模块：用于利用三阶段图像数据采集模块采集的图像数据，根据EMVA1288标准计算光响应非均匀性参数。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述图像处理模块还用于根据系统增益绘制光子转移曲线、根据不同波长下的量子效率绘制光谱响应图像。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括通信配置模块，所述通信配置模块用于通过串口命令控制下位机数据采集电路板的工作状态，以使下位机数据采集电路板在采集到图像数据后上传所述图像传感器输出的图像数据。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括连接模块，所述连接模块用于通过发送命令，连接下位机数据采集电路板对应的串口，以使下位机数据采集电路板开始进行图像数据采集。

7.一种基于Labview的图像传感器性能参数测试方法，其特征在于，包括，

在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据；

接收并显示所述图像数据；

根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算所述图像传感器性能参数，所述图像传感器性能参数包括饱和输出、系统增益、量子效率、光响应非均匀性参数中的至少一个。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述在明场和暗场环境中采集所述图像传感器在不同曝光时间及不同波长光源下所输出的图像数据，包括：

在多个等间隔递增的曝光时间下进行一阶段图像数据采集；

在多个不同波长的光源中按多个等间隔递增的曝光时间进行二阶段图像数据采集；

在同一曝光时间下进行多帧三阶段图像数据采集。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据EMVA1288标准，利用接收的图像数据计算图像传感器性能参数，包括：

利用一阶段图像数据，根据EMVA1288标准计算饱和输出和系统增益；

利用二阶段图像数据，根据EMVA1288标准计算不同波长下的量子效率；

利用三阶段图像数据，根据EMVA1288标准计算光响应非均匀性参数。

10.一种图像传感器性能参数测试系统，其特征在于，包括，光源及滤光装置、积分球、下位机数据采集电路板和权利要求1至6任一项所述的基于Labview的图像传感器性能参数测试装置；

所述光源及滤光装置：用于提供单色光源；

所述积分球：用于将所述单色光源转换为均匀的单色光，照射至所述图像传感器；

所述下位机数据采集电路板：用于采集所述图像传感器所输出的图像数据，并将所述图像数据上传给所述基于Labview的图像传感器性能参数测试装置。

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