傳輸型CCD 相機(jī)成像分辨率自動(dòng)測(cè)試研究

目前傳輸型CCD相機(jī)已取代傳統(tǒng)膠片相機(jī)成為主流攝影設(shè)備，然而各生產(chǎn)廠家對(duì)相機(jī)成像分辨率這一核心指標(biāo)的測(cè)量還基本采用基于人工判讀的測(cè)試方法。

人工判讀測(cè)試分辨率，對(duì)膠片相機(jī)而言簡(jiǎn)單、方便，但由于不同人眼的視覺靈敏度不同以及檢測(cè)條件的差異，因此難免引入不同程度的主觀誤差，時(shí)常難以達(dá)成統(tǒng)一的測(cè)量結(jié)果，從而影響了測(cè)試精度。

對(duì)于CCD 相機(jī)，可利用其對(duì)特定目標(biāo)生成的數(shù)字影像，通過實(shí)施高效的數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)分辨率量化測(cè)試，從而客觀判定相機(jī)成像質(zhì)量。

1 理論分析

影響CCD相機(jī)成像分辨率的因素主要包括：光學(xué)系統(tǒng)、CCD器件及相應(yīng)電路處理系統(tǒng)等。其中光學(xué)系統(tǒng)可利用干涉檢測(cè)法或傳遞函數(shù)等對(duì)其像質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，從而客觀地獲取相應(yīng)的分辨率量化結(jié)果;CCD器件本身的理論極限分辨率可以根據(jù)其像元尺寸直接計(jì)算求得;對(duì)于電路處理系統(tǒng)，在理想情況下其對(duì)圖像分辨率測(cè)試方面的影響可忽略不計(jì)，在此暫不予以考慮。綜合上述因素，CCD 相機(jī)整機(jī)理想情況下的分辨率N 可由下式計(jì)算求得：

式中：N光為光學(xué)系統(tǒng)分辨率;NCCD 為CCD器件的分辨率。

雖然上述計(jì)算可以估算出CCD相機(jī)整機(jī)的理論分辨率，但由于存在整機(jī)裝配誤差、系統(tǒng)控制誤差以及依靠人工判讀測(cè)試帶來(lái)的主觀不確定性，經(jīng)常難以準(zhǔn)確反映相機(jī)最終成像水平，因此需要在CCD 相機(jī)整機(jī)檢測(cè)時(shí)對(duì)分辨率指標(biāo)實(shí)施精確量化測(cè)試，從而客觀綜合反映CCD相機(jī)整機(jī)成像質(zhì)量。

為此，本文提出基于光柵目標(biāo)影像對(duì)比度分析的分辨率自動(dòng)測(cè)試方法。該方法是將CCD相機(jī)整體作為光能量信息傳遞系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)測(cè)試原理，按照正弦級(jí)數(shù)展開的定義，將矩形分布函數(shù)展開成不同頻率正弦分布的疊加，則對(duì)比度傳遞函數(shù)可表示為：

由于光電探測(cè)器將光通量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用電子學(xué)方法可將所有高次諧波成分全部濾掉，這樣所得到的傳遞函數(shù)關(guān)系式變?yōu)椋?/p>

M 和M0 分別為輸出對(duì)比度(又稱調(diào)制度)和輸入對(duì)比度。設(shè)目標(biāo)影像最大光強(qiáng)為Imax,最小光強(qiáng)為Imin,則對(duì)比度定義為：

在CCD 相機(jī)實(shí)際成像過程中，除目標(biāo)影像外還會(huì)有背景亮度產(chǎn)生的光強(qiáng)Ib,此時(shí)對(duì)比度定義修正為：

在實(shí)驗(yàn)室條件下，所采用的靶標(biāo)為高對(duì)比度，可定義相應(yīng)的M0 =1.這樣對(duì)CCD 相機(jī)整機(jī)分辨率的測(cè)量原理轉(zhuǎn)化為，對(duì)分辨率靶標(biāo)光柵圖案影像進(jìn)行對(duì)比度分析計(jì)算，通過與確認(rèn)的最小可分辨基準(zhǔn)閾值進(jìn)行比較，從而自動(dòng)確定相機(jī)達(dá)到的分辨級(jí)別，經(jīng)系統(tǒng)換算快速得出分辨率量化結(jié)果。

2 測(cè)試系統(tǒng)組成及測(cè)試過程

CCD相機(jī)分辨率測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括標(biāo)準(zhǔn)光源、光柵靶標(biāo)、平行光管、圖像采集卡、圖像存儲(chǔ)器、工控機(jī)以及數(shù)據(jù)分析處理軟件。

系統(tǒng)測(cè)試前要確認(rèn)各設(shè)備的初始位置，靶標(biāo)要準(zhǔn)確標(biāo)定在平行光管的焦面處，平行光管的出口對(duì)應(yīng)到相機(jī)入口處，平行光管的光軸與相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的光軸要共軸，同時(shí)要保證CCD 像元與靶標(biāo)條紋的中心線對(duì)準(zhǔn)。

測(cè)試時(shí)，開啟積分球，使其均勻照亮