基于测量最小可分辨对比度的CCD相机成像质量的评价

　　0　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(Modulation Transfer Function,MTF)的方法来评价CCD相机的成像质量.测量CCD相机MTF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[1-2].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(Minimum Resolvable Contrast,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,也可以在各试验现场进行.

　　1　MRC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

　　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[5-7].测量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[8],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以根据需要连续调节.

　　2　MRC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.