基于测量最小可分辨对比度的ccd相机成像质量

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1、万方数据第38卷第3期2009年3月光子学报ACTAPHOTONICASINICAV01．38No．3March2009基于测量最小可分辨对比度的CCD相机成像质量的评价罗华1，张元2。(1哈尔滨学院理工学院，哈尔滨150086)(2哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨150080)摘要：针对评价CCD相机成像质量MTF方法的缺点，引入了最小可分辨对比度MRC这个评价指标，并研帝3了相应测量MRC的系统．在这个系统中采用两个重叠积分球分另Ij对靶标的正反两面照明，通过改变这两个积分球的亮度就可以获得可变的对比度．实验结果表明：测量MRC系统测量亮度的误差可控制在±0．3cd／m2以内；CCD

2、相机的MRC随着空间频率的增加而增加；测量CCD相机的MRC是评价CCD相机成像质量的一种快速有效的方法．关键词：CCD相机；成像质量；MRC；MTF中图分类号：TH741．4文献标识码：A文章编号：l004—4213(2009)03—68l一4O引言CCD相机是一种集光、电、机为一体的电子产品，近些年已广泛地应用于机器视觉检测、航天侦察、机器人导航、工业检测、医学分析等领域．CCD相机作为图像的输入设备，它的成像质量直接决定了其应用系统的性能．目前国内外广泛采用测量调制传递函数(ModulationTransferFunction，MTF)的方法来评价CCD相机的成像质量．测量CCD相机MT

3、F时，需要在特定的背景下提供给CCD相机特定的测试图案，CCD相机对此图案成像后，再对图像进行必要的特征提取，通过较复杂的计算才能得到CcD相机的MTF，因此MTF的测量不适于在复杂的现场，只限于在实验室cI‘2J．而且MTF只反映CCD相机对不同空间频率的分辨能力，不能反映其灵敏度[3]．为了克服MTF评价方法的上述缺点，本文在CCD相机成像质量评价中引入了最小可分辨对比度(MinimumResolvabIeContrast，MRC)这个评价指标，并研制了一套CCD相机的MRC测量系统[4】．该MRC测量系统可满足不同测试环境的需求，数据处理简单，测量方便、快捷，不仅可在实验室完成，也可以在

4、各试验现场进行．1MRC的测量原理测量MRC的原理是：将具有不同空间频率的测试图案放置于背景中，改变测试图案的对比度，观Tel：13936521799Email：luohua6800@sina．com收稿日期：2008一03—3l察者通过待测的CCD相机观察测试图案，当观察者刚好能分辨出测试图案时，测试图案的对比度被称为CCD相机在该空间频率下的最小可分辨对比度MRC．定义测试图案的对比度为C=Ltarge。／LbBckg。。Ild(1)式中L岫。。、Lh。如una分别表示测试图案的目标亮度和背景亮度．测量MRC的原理可用图1表示．图1测量MRC原理Fig．1Schematicdiagramo

5、fmeasunngMRC图1中的对比度控制器和靶标发生器配合提供测试MRC所必需的不同对比度、不同空间频率的测试图案．光学准直系统模拟测试图案位于无限远处，投射到CCD相机上．由MRC的测量原理可知测量MRC的关键之一是测试图案的选取．由于图2的周期性条形图案直观、制作简单、可反映分辨细节，所以最常用L5‘7】．oOo图2两种条形测试图案Fig．2Twokindsofbartestpattenls万方数据682光子学报38卷测鼍MRc的另一个关键是如何获取测试图案的不同对比度．本文提出了一种新的变对比度的方法吲，这种方法可以对测试图案正反面的亮度分别进行调节、测量和显示，因此测试图案的对比度可

6、以根据需要连续调节．2MRC测量系统设计基于上述测量MRC的原理和实现变对比度的方法，设计了CCD相机的MRC测量系统．该系统的总体框图如图3，它包括光学系统和电气系统两部分．光学系统采用单个光源由分光系统分光产生目标亮度和背景亮度，并投射到两个积分球之中．这样可以使目标和背景的光谱一致，并可减小光源引起的不确定度；靶标处在两个积分球中间，靶标的结构如图4，靶标上含有实心靶、空心靶和不同空间频率的四条条形测试图案，实心靶用于标定背景亮度；空心靶用于标定目标亮度．两个积分球对靶标进行正面和反面的均匀照明；靶标成像系统把靶标的像投射到无穷远处，提供给CCD相机．图3MRC测量系统Fig．3Sche

7、maticdiagramofsystemofmeasuringMRC图4靶标轮结构Fig．4Structureoftargetwheel电气系统完成两个积分球亮度的测量与调节及靶标轮的转动控制．当光源光强调节为一定值时，通过调节两个积分球入口处的金属衰减片的透光情况来调节进入目标积分球和背景积分球的光强度．金属衰减片由步进电机带动，步进电机的控制由工控机来实现．衰减片的结构如图5．衰减片为一半圆铝