傳輸型CCD 相機成像分辨率自動測試研究

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

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

對于CCD 相機，可利用其對特定目標生成的數(shù)字影像，通過實施高效的數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，自動實現(xiàn)對相機分辨率量化測試，從而客觀判定相機成像質(zhì)量。

1 理論分析

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

式中：N光為光學系統(tǒng)分辨率;NCCD 為CCD器件的分辨率。

雖然上述計算可以估算出CCD相機整機的理論分辨率，但由于存在整機裝配誤差、系統(tǒng)控制誤差以及依靠人工判讀測試帶來的主觀不確定性，經(jīng)常難以準確反映相機最終成像水平，因此需要在CCD 相機整機檢測時對分辨率指標實施精確量化測試，從而客觀綜合反映CCD相機整機成像質(zhì)量。

為此，本文提出基于光柵目標影像對比度分析的分辨率自動測試方法。該方法是將CCD相機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)測試原理，按照正弦級數(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，則對比度傳遞函數(shù)可表示為：

由于光電探測器將光通量轉(zhuǎn)換為電信號，利用電子學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)關系式變?yōu)椋?/p>

M 和M0 分別為輸出對比度(又稱調(diào)制度)和輸入對比度。設目標影像最大光強為Imax,最小光強為Imin,則對比度定義為：

在CCD 相機實際成像過程中，除目標影像外還會有背景亮度產(chǎn)生的光強Ib,此時對比度定義修正為：

在實驗室條件下，所采用的靶標為高對比度，可定義相應的M0 =1.這樣對CCD 相機整機分辨率的測量原理轉(zhuǎn)化為，對分辨率靶標光柵圖案影像進行對比度分析計算，通過與確認的最小可分辨基準閾值進行比較，從而自動確定相機達到的分辨級別，經(jīng)系統(tǒng)換算快速得出分辨率量化結(jié)果。

2 測試系統(tǒng)組成及測試過程

CCD相機分辨率測試系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括標準光源、光柵靶標、平行光管、圖像采集卡、圖像存儲器、工控機以及數(shù)據(jù)分析處理軟件。

系統(tǒng)測試前要確認各設備的初始位置，靶標要準確標定在平行光管的焦面處，平行光管的出口對應到相機入口處，平行光管的光軸與相機光學系統(tǒng)的光軸要共軸，同時要保證CCD 像元與靶標條紋的中心線對準。

測試時，開啟積分球，使其均勻照亮