Ccd芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置及測試方法，其測試裝置主要包括He-Ne激光器、可調(diào)衰減器、擴(kuò)束鏡、針孔濾波器、光闌、準(zhǔn)直透鏡、改進(jìn)型邁克爾遜干涉儀、暗箱、圖像采集卡和PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。He-Ne激光器、可調(diào)衰減器、擴(kuò)束鏡、針孔濾波器、光闌、準(zhǔn)直透鏡依次位于改進(jìn)型邁克爾遜干涉儀入射光路上且各部分光軸為一條直線；暗箱位于改進(jìn)型邁克爾遜干涉儀的出射光路PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與暗箱中接有CCD的圖像采集卡相連。入射光線經(jīng)測試裝置處理成平行光，再經(jīng)干涉儀射出正弦干涉條紋，利用正弦干涉條紋圖樣作為靶標(biāo)，通過CCD成像，然后利用正弦干涉條紋對比度與像對比度比值的方法測試出CCD的調(diào)制傳遞函數(shù)。
【專利說明】CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝直及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測量領(lǐng)域，涉及CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試，具體涉及ー種使用可調(diào)頻正弦光柵作為靶標(biāo)的CXD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CXD芯片是光學(xué)成像領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的圖像傳感器之一，對其成像質(zhì)量的評價(jià)的需求不斷得到提高，而測量調(diào)制傳遞函數(shù)是當(dāng)前公認(rèn)的ー種比較理想的像質(zhì)評價(jià)的方法。目前，調(diào)制傳遞函數(shù)的測量裝置以及方法有很多，主要有固定靶標(biāo)測量調(diào)制傳遞函數(shù)法與隨機(jī)靶標(biāo)測量調(diào)制傳遞函數(shù)法。1977年S.B.Campana首先提出了利用點(diǎn)源或檢測靶測量C⑶的調(diào)制傳遞函數(shù)的方法。隨后，S.K.Simonds提出的刃邊法均屬于固定靶類方法。這些方法基本上用于測量連續(xù)成像器件調(diào)制傳遞函數(shù)的方法，但在用于離散器件時(shí)，卻出現(xiàn)了系統(tǒng)輸出取決于靶像與采樣陣列位相不相匹配的問題。隨后提出的方法對其有所改進(jìn)，但還是存在以下不足:(I)測得的CCD的響應(yīng)都是從有限區(qū)域而非整個(gè)陣列獲得的；(2)將靶標(biāo)引入CCD必須借助光學(xué)成像系統(tǒng)，而成像系統(tǒng)光學(xué)元件的質(zhì)量對CCD的調(diào)制傳遞函數(shù)測量結(jié)果有直接影響；(3)需要利用復(fù)雜的掃描技術(shù)得到檢測結(jié)果。G.Boreman等人在分析了用固定靶測量CCD的調(diào)制傳遞函數(shù)存在的諸如復(fù)雜的掃描技術(shù)和高質(zhì)量的光學(xué)元件等弊病的基礎(chǔ)上，于1986年提出了激光散斑測量CXD的調(diào)制傳遞函數(shù)的方法。這要比Kubota等人用均勻曝光的照相底片做隨機(jī)靶隨機(jī)有了很大的改進(jìn)。在該方法中，產(chǎn)生的散斑是通過ー個(gè)散斑孔徑照射到CCD上的，因而CCD的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF與孔徑函數(shù)的功率譜和散斑的功率譜有夫。由于激光散斑法具有無需光學(xué)系統(tǒng)、可對整個(gè)陣列檢測等優(yōu)點(diǎn)，研究者將目標(biāo)集中在產(chǎn)生散斑的方法上。用積分球產(chǎn)生散斑算是經(jīng)典的方法，而用全息方法產(chǎn)生散斑較之前向前邁進(jìn)了一大步。1995年，A.Danieis提出的隨機(jī)祀法對產(chǎn)生散斑的方式做了更大的改進(jìn)，他不是用激光輻射，而是用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)圖樣。從1996年開始，又開始把目光轉(zhuǎn)向了對衍射孔徑的改進(jìn)。W.Astar設(shè)計(jì)了一種孔徑，它只有零級通過率，因而它的光學(xué)傳遞函數(shù)在頻譜區(qū)內(nèi)相當(dāng)于ー個(gè)低通濾波器。當(dāng)?shù)屯V波器處于孔徑光學(xué)傳遞函數(shù)的截止頻率時(shí)，就形成了帶通濾波器。此后，W.Astar提出了擴(kuò)展頻率孔徑衍射的散斑全息圖測量調(diào)制傳遞函數(shù)的方法。雖然散斑法有很多優(yōu)點(diǎn)，但難于準(zhǔn)確的確定空間頻率且空間頻率不能連續(xù)變化。這些方法普遍需要高質(zhì)量的光學(xué)成像系統(tǒng)或高精度的復(fù)雜掃描技木，而且通常只能獲得CXD的ー個(gè)或幾個(gè)像元的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF以及不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)頻。因此，有必要提出一種全新的測試裝置以及測試方法獲得整個(gè)CXD陣列的調(diào)制傳遞函數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中提及的在測試過程中需要高質(zhì)量的光學(xué)成像系統(tǒng)和高精度的復(fù)雜掃描技術(shù)來測量CCD調(diào)制傳遞函數(shù)以及所測量的調(diào)制傳遞函數(shù)不連續(xù)，只能測量一個(gè)或幾個(gè)像元的調(diào)制傳遞函數(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了ー種用可調(diào)頻正弦光柵作為靶標(biāo)的CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)的測試裝置及方法，本發(fā)明的裝置及方法具有適用范圍廣，可重復(fù)性好，便于操作實(shí)現(xiàn)的CCD調(diào)制傳遞函數(shù)。[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:所提供的CXD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置包括He-Ne激光器、可調(diào)衰減器、針孔濾波器、光闌、準(zhǔn)直透鏡、邁克爾遜干涉儀、待測C⑶芯片、暗箱、圖像采集卡和PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，全息干板以及微光度計(jì)在測試時(shí)要用到，但不屬于本裝置的組件。所述He-Ne激光器、可調(diào)衰減器、擴(kuò)束鏡、針孔濾波器、光闌、準(zhǔn)直透鏡依次置于邁克爾遜干涉儀的入射光路上且各組件的光軸在一條直線上；待測CXD芯片與的圖像采集卡連接裝入暗箱內(nèi)以免雜散光影響測量，所述暗箱通過不透光管道連接在邁克爾遜干涉儀的出射光路上，所述PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與圖像采集卡連接，讀取圖像信息。[0005]本發(fā)明應(yīng)用上述測試裝置測試CXD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)的方法，包括以下步驟:[0006](1)開啟He-Ne激光器，光束通過可調(diào)衰減器進(jìn)行初次的激光強(qiáng)度衰減，調(diào)節(jié)衰減器能夠連續(xù)調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度；[0007](2)初次衰減的激光通過擴(kuò)束鏡擴(kuò)展光束直徑并通過針孔濾波器濾去雜波之后的激光束的質(zhì)量得到初步改善，然后調(diào)節(jié)光路中的光闌使得光束中能量分布均勻的部分通過光闌的出射孔徑；[0008](3)調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡在光路中的前后位置，使入射進(jìn)邁克爾遜干涉儀的光為平行光， 使邁克爾遜干涉儀出射光線成清晰的干涉條紋；[0009](4)利用全息干板記錄正弦干涉條紋圖樣，用測微光度計(jì)對記錄的干涉條紋圖樣進(jìn)行掃描記錄得到干涉條紋的對比度M1 ；[0010](5)將暗箱連接到干涉儀的出射光路，并且用相應(yīng)的接口線將圖像采集卡與PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，同時(shí)使正弦干涉條紋在待測CXD上成像；[0011](6)在PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的圖像采集軟件通過圖像采集卡讀取待測C⑶所成正弦圖像的光強(qiáng)最大值Imax與最小值Imin,計(jì)算正弦圖像的對比度:
【權(quán)利要求】
1.一種CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置，其特征在于:所述的CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置包括He-Ne激光器(1)、可調(diào)衰減器(2)、擴(kuò)束鏡(3)、針孔濾波器(4)、光闌(5)、準(zhǔn)直透鏡(6)、邁克爾遜干涉儀(7)、圖像采集卡(8)、暗箱(9)、PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(10)和待測 CCD芯片(11);所述He-Ne激光器(I)、可調(diào)衰減器(2)、擴(kuò)束鏡(3)、針孔濾波器(4)、光闌(5)、準(zhǔn)直透鏡(6)依次置于邁克爾遜干涉儀(7)的入射光路并各組件的光軸為一條直線； 待測C⑶芯片(11)與圖像采集卡(8)連接裝入暗箱(9)內(nèi)以免雜散光影響測量，所述暗箱 (9 )通過不透光管道連接在邁克爾遜干涉儀(7 )的出射光路上，所述PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(10 ) 與圖像采集卡(8 )連接，讀取所成圖像信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CXD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置，其特征在于:在邁克爾遜干涉儀(7)中將分光鏡(7-1)固定在角度可調(diào)的角度盤上，通過在0°到90°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)角度盤的角度獲得不同空間頻率的正諧波。
3.用權(quán)利要求1所述的CCD芯片調(diào)制傳遞函數(shù)測試裝置測試調(diào)制傳遞函數(shù)的方法，其特征包括以下步驟:
步驟一:開啟He-Ne激光器(1)，光束通過可調(diào)衰減器(2)進(jìn)行初次激光強(qiáng)度衰減，調(diào)節(jié)衰減器能夠連續(xù)調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度；
步驟二:初次衰減的激光通過擴(kuò)束鏡(3)擴(kuò)展光束直徑并通過針孔濾波器(4)濾去雜波之后，激光束的質(zhì)量得到初步改善，然后調(diào)節(jié)光闌(5)的出射孔徑，使光束中能量分布均勻的部分能夠通過光闌；
步驟三:調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡(6)在邁克爾干涉儀入射光路與光闌(5)之間光路中的前后位置，使射入邁克爾遜干涉儀(7)的光束為平行光，使邁克爾遜干涉儀(7)出射光線構(gòu)成清晰的正弦干涉條紋圖樣；
步驟四:利用全息干板從邁克爾干涉儀(7)出射光路處記錄正弦干涉條紋圖樣，用測微光度計(jì)(12)對記錄的干涉條紋圖樣進(jìn)行掃描記錄得到干涉條紋的對比度M1 ；
步驟五:將暗箱(9)連接到干涉儀的出射光路，圖像采集卡(8)與PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(10)連接，同時(shí)使正弦干涉條紋在待測CXD上成像；
步驟六:PC數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(10)的圖像采集軟件通過圖像采集卡(8)讀取待測C⑶所成正弦圖像的光強(qiáng)最大值Imax與最小值Imin，計(jì)算正弦圖像的對比度:
【文檔編號】G01M11/02GK103592108SQ201310644035
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月1日
【發(fā)明者】邵曉鵬, 高鵬, 王琳, 徐軍, 駱秋樺, 曹蕾, 程坤 申請人:西安電子科技大學(xué)