可见光成像系统MRC测试技术的研究

　　1　引　言

　　近年来,在可见光成像系统的成像质量评价中引入了最小可分辨对比度(minimum resolvablecontrast, MRC)这个评价指标[1],它既可以反映可见光成像系统对细节的分辨能力,又可反映其灵敏程度;而且MRC的数据处理简单,测量方便,不仅可在实验室完成,也可以在各试验现场进行。因此在可见光成像系统的像质评价中采用MRC这个参数,结合常用的调制传递函数(MTF)指标,可以更方便、全面、快速地评价可见光成像系统在各种条件下的成像质量[2~4]。

　　在我国,MRC的测试工作才刚刚起步,还没有研制出成型的MRC测试设备,而国外已有相应的MRC测量仪器。本文从阐述MRC的测量原理入手,介绍了目前国外有关MRC的几种定义方法及测量中所采用的测试图案,分析了国外现行的实现MRC测量的方法。我们在此基础上,提出了改进的实现MRC测量的方法,研制了相应的测量MRC的仪器,并应用于CCD相机的MRC测试中,从而有效地评价了CCD相机的成像质量。

　　2　MRC测量原理

　　MRC的测量原理是:将具有不同空间频率或不同尺寸的测试图案放置于背景中,测试图案的对比度可以改变。在确定的空间频率或尺寸下,观察者通过被检测的可见光成像系统刚好能分辨出测试图案时,此时的测试图案的对比度称为该成像系统在这个空间频率或尺寸下的最小可分辨对比度。测量MRC的原理框图如图1所示。

　　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、不同空间频率或不同尺寸的测试图案。光学准直系统模拟测试图案位于无限远处,投射到可见光成像系统上。目前国内外关于测试图案对比度C的定义有以下4种形式[1,3~5]:

　　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。最常用的测试图案为如图2所示的两种周期性条形图案。

　　标准周期性条形图案直观、制作简单、可反映分辨细节,但具有以下弊端:(1)条形测试图案的周期性在理论上和实践上均不能精确表征现代一维和二维空间采样成像系统;(2)没有反映空间相位的影响;(3)由于具有不同知识、经验的观察者,或同一观察者处于不同的精神状态时,其判断标准不同,难以给出一个客观、统一的测量结果[3]。

　　为了克服由条形测试图案上述不足引起的测量MRC的不确定性和局限性,1998年荷兰学者P. Bijl和J. M. Valeton提出了图3所示的三角形测试图案。这种测试图案更接近真实目标,而且使观察者的任务变得简单,尤其是该图案的非周期性,解决了周期性测试图案引起的问题,更适合于评价CCD相机、扫描系统等现代数字成像系统的成像质量[3]。但该图案反映细节方面不及条形测试图案。