紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試技術(shù)分析

章文炳,林杰

(福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院,福建泉州,362332）

紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試技術(shù)分析

章文炳,林杰

(福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院,福建泉州,362332）

本文對紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試技術(shù)進(jìn)行了分析，闡述了MTF測試技術(shù)的概念和MTF傾斜目標(biāo)靶測試原理，并對MTF測試受狹縫的影響進(jìn)行了說明，還將紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試斜縫法與斜刀口進(jìn)行了對比，最后總結(jié)了紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試技術(shù)的要點(diǎn)，旨在提高M(jìn)TF測試技術(shù)促進(jìn)紅外光電系統(tǒng)成像的質(zhì)量。

紅外光電成像系統(tǒng)；MTF測試技術(shù)

1 MTF測試技術(shù)概述

1.1 MTF測試技術(shù)概念

MTF測試技術(shù)是調(diào)制傳遞函數(shù)，評價(jià)紅外電成像系統(tǒng)整機(jī)成像質(zhì)量的重要指標(biāo)就是MTF測試技術(shù)。MTF測試技術(shù)常用的檢測方法有很多，主要的方法有：狹縫法、推掃法、刀口法等。但是測試方法的要求非常高，環(huán)節(jié)也十分復(fù)雜，所以在使用MTF測試技術(shù)時(shí)要選擇合適方法。

1.2 MTF測試技術(shù)應(yīng)用于紅外光電成像系統(tǒng)

由于紅外電成像系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，對紅外光電成像系統(tǒng)測試技術(shù)和測試設(shè)備的要求非常高，測試的環(huán)節(jié)也十分復(fù)雜，所以選擇MTF測試技術(shù)。CCD是紅外光電成像系統(tǒng)的探測器，但是CCD探測器的像元尺寸和采樣間隔會(huì)受到一定的限制，這就會(huì)給MTF測試技術(shù)的采樣工作帶來一定的困擾。所以為了不斷的提高M(jìn)TF測試技術(shù)的采樣率，使獲得紅外光電成像系統(tǒng)的MTF有一定的精確度，紅外光電成像系統(tǒng)在選擇MTF測試技術(shù)時(shí)通常選用MTF測試中的傾斜目標(biāo)靶測試方法。

2 MTF傾斜目標(biāo)靶測試原理

紅外光電成像系統(tǒng)測試中主要采用的傾斜目標(biāo)靶測試法中的斜縫法和斜刀口法。下面是對這兩種方法的詳細(xì)介紹：

2.1 基于傾斜目標(biāo)靶測試法的斜縫法

斜縫方式主要應(yīng)用于豎直狹縫CCD成像，當(dāng)豎直狹縫在CCD上成像時(shí)，CCD像元的排列十分緊密，所以MTF測試的采樣的間隔為每一個(gè)瞬時(shí)視場采樣一次。但是間隔的大小會(huì)受到狹縫傾斜角的影響，所以一旦狹縫發(fā)生傾斜，CCD各行的峰值信號就會(huì)在水平方向上發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致間隔錯(cuò)開。紅外光電成像系調(diào)制傳遞函數(shù)MTF是通過CCD狹縫像的各行峰值在固定的位置上對齊，然后將所有的數(shù)據(jù)平均交疊，最后再將所有的交疊的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉的變換這樣就得到了MTF。應(yīng)用斜縫法最大的優(yōu)勢就是：利用斜縫像與狹縫傾斜角的角度關(guān)系可以對探測器進(jìn)行單元細(xì)分，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)MTF精確采樣的目的。

2.2 基于傾斜目標(biāo)靶測試法的斜刀口法

在紅外光電成像系統(tǒng)中，存在一種豎直刀口圖像，這種圖像的數(shù)據(jù)每一行都是線擴(kuò)散函數(shù)逐漸積累的卷積和一個(gè)正常的階躍函數(shù)，但是紅外光電成像系統(tǒng)存在欠采樣的效應(yīng)，所以豎直刀口圖像的每一行數(shù)據(jù)的采樣率都不足，就導(dǎo)致了不能給系統(tǒng)提供足夠的數(shù)據(jù)用來重建高于系統(tǒng)的奈奎斯特頻率的MTF數(shù)據(jù)。斜刀口法與斜縫法類似，紅外光電成像系統(tǒng)的MTF測試結(jié)果都是通過傅里葉變換得到的。斜刀口法主要是通過對豎直刀口圖像上面的多行數(shù)據(jù)進(jìn)行并排，然后得到一整行的數(shù)據(jù)作為斜刀口法的刀口對數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)散，這樣能夠十分有效的增加豎直刀口圖像點(diǎn)數(shù)，從而有效的提高采樣率，采樣率提高之后就能夠在一定程度上提高斜刀口法的測試率，為傅里葉變換提供精確的數(shù)據(jù)支持，從而保證MTF測試的結(jié)果。

3 MTF狹縫法測試實(shí)驗(yàn)

上文是對MTF傾斜目標(biāo)靶測試原理的介紹，為了驗(yàn)證MTF傾斜目標(biāo)靶測試原理就對MTF狹縫法測試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容就是基于不同的狹縫測試MTF（如圖1所示）。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)就是在紅外光電成像系統(tǒng)的視場中心，用探測器采集傾斜狹縫和斜刀口的像素點(diǎn)。通常情況下探測器在系統(tǒng)的每個(gè)單元采樣一次，所以探測器采樣的的間隔為15μm。但是在傾斜目標(biāo)靶測試法的狹縫法中，間隔的大小會(huì)受到狹縫傾斜角的影響，所以狹縫每傾斜一個(gè)角度探測器的愛系統(tǒng)中的采樣間隔就變化一次。在進(jìn)行狹縫法實(shí)驗(yàn)后可以總結(jié)出來一個(gè)結(jié)論：狹縫的寬度影響著探測器的采樣間隔和采樣頻率，這樣就會(huì)影響最終的MTF測試結(jié)果，所以只有狹縫寬度適中才能夠保證探測器的采樣間隔和采樣頻率，從而保證MTF測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

4 紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試斜縫法與斜刀口的對比

紅外光電成像系統(tǒng)MTF的測試方法十分多樣，為了選擇更適合紅外光電成像系統(tǒng)的測試方法，本文對MTF測試方法中的斜縫法與斜刀口法進(jìn)行了對比，得出了以下結(jié)論：

4.1 斜刀口法比斜縫法容易受到噪聲的影響

斜刀口法是由刀口對數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)散，從而獲得ESF數(shù)據(jù)的，在對ESF數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)的的微分就得到了LSF，得到LSF后就可以進(jìn)行傅里葉變換最后得到MTF。由以上原理可以總結(jié)出一個(gè)計(jì)算公式：F(j2πf）=FLSF(j2πf)＋j2πfFnoise(2πf），在公式的實(shí)際應(yīng)用中可以得出一個(gè)結(jié)論，即：公式中的系數(shù)f會(huì)伴隨著頻率的變化發(fā)生變化，這證明了在紅外光電成像系統(tǒng)中采用MTF測試技術(shù)中的斜刀口法時(shí)ESF技術(shù)會(huì)受到噪聲的影響，導(dǎo)致微分函數(shù)的變化較大，最終導(dǎo)致MTF的測試曲線受到影響。

4.2 減小斜刀口法的噪聲影響

由MTF測試技術(shù)中斜刀法測試法的原理可知，斜刀口法主要是通過對豎直刀口圖像上面的多行數(shù)據(jù)進(jìn)行并排，然后得到一整行的數(shù)據(jù)作為斜刀口法的刀口對數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)散獲取數(shù)據(jù)的，這樣的工作方法就是在研究如何減小斜刀口法噪聲影響之后提出來的。最開始為了減小斜刀法在測試過程中不斷受到噪聲影響，采取了ESF濾波方法。ESF濾波方法可以對MTF平滑曲線進(jìn)行處理再對其數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，雖然這樣能夠十分有效的控制MTF曲線的波動(dòng)，但是這種方法也存在一些缺陷,如：ESF濾波法的計(jì)算過程十分復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)容易出現(xiàn)失誤從而影響MTF測試的結(jié)果，另外ESF濾波法還會(huì)在一定程度上降低紅外光電成像系統(tǒng)自身的高頻響應(yīng)性。所以，最后研究出了通過數(shù)據(jù)并排陳列成行的方法，不僅能夠十分有效的減小斜刀口法的噪聲影響，還在一定程度上提高了MTF測試結(jié)果的準(zhǔn)確度。

5 總結(jié)

綜上所述，紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試技術(shù)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)，目前MTF測試方法中應(yīng)用最廣泛的是傾斜目標(biāo)靶測試法中的斜縫法和斜刀口法。本文對這兩種的方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明，并在其原理的基礎(chǔ)上對斜縫法和斜刀口法進(jìn)行了對比分析，在對比后發(fā)現(xiàn)斜刀口法比斜縫法容易受到噪聲的影響，隨后又針對此問題研究了減小斜刀口法的噪聲影響的具體方法，經(jīng)過一系列的論證又回歸到MTF測試技術(shù)的原理。這說明紅外光電成像系統(tǒng)MTF測試技術(shù)在目前來看已經(jīng)發(fā)展的十分完善。

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Analysis of MTF testing technology for infrared photoelectric imaging system

Zhang Wenbing,Lin Jie
(Quanzhou Institute of science and technology, Fujian Normal University, Quanzhou Fujian,362332)

This paper analyzes the infrared photoelectric imaging system MTF test technology, expounds the concept and MTF MTF test technology of inclined target test principle and test of MTF by slit effect are described, also infrared photoelectric imaging system MTF test method and oblique edge inclined seam are compared, finally summed up the main points infrared photoelectric imaging system of MTF testing technology, quality testing in order to improve the MTF technology for imaging infrared photoelectric system.

Infrared photoelectric imaging system；MTF measurement technology