基于激光干扰红外成像系统的调制传递函数研究

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1、基于激光干扰红外成像系统的调制传递函〔研究摘要：调制传递函数是描述光学成像系统传递频率信息特性的重要指标。为客观评估激光辐照干扰红外成像系统的效果，完成了激光辐照红外成像系统的试验，采集了不同能量激光干扰红外热像仪后的红外热图像。基于刃边法，分析像中刀刃边缘的不同程度干扰情况，计算激光辐照的刀刃边缘扩展函得到相应红外成像系统的调制传递函数曲线，定量分析了不同能量密度激光辐照红外成像系统的干扰结果。关键词：红外成像系统；激光干扰；刃边法：刀刃边缘扩展函数；调制传递函数中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1673-504803-0059-060引言调制传递函数是光学成像系统质

2、量评价的指标之一，是用于定性和定量描述光学成像系统性能的基本物理量。MTF反映光学成像系令y的频率传递特性，对成像系统进行质量评价更具有可靠性。因此，直接从图像上得到激光辐照红外成像系统的干扰信息更具有权威性。目前，国内外常用的MTF的计算方法有点源法、狭缝法和刃边法。点源法与狭缝法对光源的亮度和目标的精度都有较高的要求。相比而言，刃边法对光源与目标的要求都不是特别高，得到的图像以及处理的结果也比较好。刃边法可以利用较多的数据点，处理方法比较合理，可以有效减少图像噪声带来的影响，提高MTF测量的精度。本文利用刃边法，对激光辐照干扰红外成像系统得到的图像进行处理，经过边缘检测、霍夫变

3、换得到拟合的直线边界，进而获得边缘扩展函数、线扩展函数以及调制传递函数。1刃边法测试的原理刃边法是在图像上选择具有一定反差的亮暗的边界，通过测定成像系统对这一边界的模糊状况来确定系统在各种空间频率的响应。若亮暗突变的边界用i表示，成像系统的响应函数是h，对于一个线性空间不变系统，输出的函数图像o表示为式中：h是垂直于刃边方向的一维响应函数；h是沿刃边方向的一维响应函数。可以通过求两个垂直方向的响应函数得到系统的二维响应函数，从而简化了计算难度。由式和式可知，如果垂直于刃边方向亮暗突变边界用i表示，系统在该方向上的一维响应函数用h表示，则该方向上的输出函数图像o为式中：i称作阶跃函数

4、，对阶跃函数进行微分得到冲击函数5。由5函数的筛选性质可知，任意函数与S卷积得到任意函数本身。式表明，对边缘扩展函数微分可以得到系统的响应函数，由于响应函数是垂直于刃边方向的一维函数，因此也称为线扩展函数。对线扩展函数归一化后进行傅里叶变换，即可得到成像系统一个方向的调制传递函数。同理可以获得另一个方向上的调制传递函数，从而获得系统的二维调制传递函数。2激光辐射红外成像传感器干扰试验红外成像系统性能受激光干扰程度通常取决于输出图像的恶化程度，因此，从图像质量评价的角度对激光干扰效果进行评估，能够比较准确地评估激光对红外成像系统所成像的干扰程度。试验采用的激光器输出能量比较强，为防止

5、红外热像仪出现不可逆的损伤，本文设计并搭建了试验平台，如图1所示。由试验原理可知，激光器的输出能量依次经过多个分束镜后，使进入红外热像仪的能量尽量降低，以保证入射激光能量不会导致红外热像仪的硬损伤。主要试验仪器：激光器；热像仪。刃边法测量时，主要思路是从含有边缘响应的图像中提取边缘扩展函数，对边缘扩展函数进行求导，进而得出线扩展函数，进一步对线扩展函数进行傅里叶变换，计算出系统的MTF。这里的MTF是根据图像计算出的，包括光学系统MTF、电子线路MTF、探测器MTF，各MTF之间是相乘的关系，等于各个环节的乘积。本文在进行激光干扰MTF的试验中，用不同功率大小的激光进行干扰，观察激

6、光干扰后在热图像采集到的图像，并且用同一种功率大小的激光对刃边不同部位的干扰程度进行分析。照射红外成像系统激光功率密度为0.212mW/mm2,由于对刃边不同部位的干扰程度不同，在试验中，选择了同一刃边的4个不同部位，分别进行了激光辐照前与激光辐照后的对比分析，不同部位的图像如图2所示。图2是激光辐照前的原E2是在一定激光功率的辐照下得到的图像。从图中可以看出激光辐照后，刃边不同部位的干扰程度不同，在刃边上部和下部分布的散斑比较少，在刃边中上部分布的散斑比较多，而在刃边中下部的散斑比较集中，出现特别明亮的区域。3激光辐照红外系统干扰的计算分析3.1激光辐照红外成像系统刃边法的边缘扩

7、展函数选择激光辐照前与激光辐照后刃边不同部位得到的像，见图3。3〜分别是a处激光辐照前与激光辐照后的边缘扩展函数；图3〜分别是b处激光辐照前与激光辐照后的边缘扩展函数：图3〜分别是c处激光辐照前与激光辐照后的边缘扩展函数；图3〜分别是d处激光辐照前与激光辐照后的边缘扩展函数。计算本试验的边缘扩展函数，先分别对激光辐照前与激光辐照后的图像进行边缘检测，接着对图像进行霍夫变换得到直线方程.再根据直线方程对边缘进行相应函数拟合。本试验在边缘检测后之所以进行霍夫变换.是因为激