專利名稱：一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法及其專用
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
紅外焦平面陣列(IRFPA)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)為在奈奎斯特頻率范圍內(nèi)，在正弦空間頻率的調(diào)制輻照作用下，IRFPA輸出信號的調(diào)制度與輻照信號調(diào)制度之比。MTF是空間頻率的函數(shù)。
MTF{f) =( I )
M1(Z)對于IRFPA，傳統(tǒng)的MTF測量方法有對比度法和掃描法。對比度法通過測量IRFPA對于正弦圖案(或條形目標(biāo))的響應(yīng)，由不同空間頻率下物和像的對比度之比來得到，它是一種直接測量方法。根據(jù)定義，MTF為IRFPA對正弦圖案的對比度傳遞系數(shù)，因此只需將測得的正弦圖案的物和像的對比度相除即可得到MTF。如果取物的對比度為1，則其像的對比度就等于MTF。對比度法可以利用干涉激光器形成楊氏條紋來實現(xiàn)，但由于激光器輸出的是單一波長，測得的MTF值不能反映被測IRFPA的多光譜MTF特性，因而激光器方法適用性不強(qiáng)。對比度法也可利用白噪聲目標(biāo)，將白噪聲目標(biāo)的輸出、輸入噪聲功率譜相除后開方來得到MTF，雖然白噪聲目標(biāo)包含各種頻率，但這種方法測量精度很有限，同樣存在適用性不強(qiáng)的弱點。總的來講，比度法的測量精度有限，適用性較差，因而國內(nèi)外用的都比較少。掃描法是采用目標(biāo)掃描移動，通過測量IRFPA對目標(biāo)信號的響應(yīng)，然后進(jìn)行傅立葉變換來得到MTF，它是一種間接測量方法。按照所使用目標(biāo)的不同，間接測量法可分為點光源掃描法、狹縫掃描法等。IRFPA對目標(biāo)光信號的響應(yīng)包含了 MTF信息。如果目標(biāo)是一個點光源，IRFPA的響應(yīng)是點擴(kuò)展函數(shù)(PSF-Point Spread Function);如果目標(biāo)是一個狹縫，IRFPA的響應(yīng)是一個線擴(kuò)展函數(shù)(LSF-Line Spread Function)。對線擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行積分運算可以得到刀口擴(kuò)展函數(shù)(ESF-Edge Spread Function)。實際測量時，理想的點光源不可能得到，通常用尺寸很小的紅外小光點來近似。小光點目標(biāo)是對沖擊函數(shù)的逼近，測得的MTF還需要加修正因子進(jìn)行修正。如果紅外小光點的尺寸大于IRFPA像元的尺寸，則小光點的光強(qiáng)分布必須全面表述，以便計算照射到像元上的輻射量，這樣會給修正帶來極大困難。在長波紅外波段，由于衍射效應(yīng)比較顯著，小光點的尺寸很難做到30iim以下。目前很多IRFPA像元的尺寸已經(jīng)小于30 y mX 30 y m，從IRFPA的發(fā)展趨勢來看,像元尺寸會越來越小,今后要得到接近IRFPA像元尺寸的紅外小光點更是困難。因此點光源法存在較大的局限性。狹縫掃描法的思路是模擬一個理想的線光源，給被測IRFPA輸入一個5 (x)的物，然后對輸出的像函數(shù)LSF (x)進(jìn)行傅立葉變換，求模后得到MTF。當(dāng)入射狹縫為有限寬度時，像函數(shù)的傅立葉變換并不等于光學(xué)傳遞函數(shù)0TF，而是相差一個修正因子。狹縫掃描法測得的MTF為
權(quán)利要求
1.一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法，其特征在于，該方法采用了雙刀口掃描方式，刀口擴(kuò)展函數(shù)采用了三項費米函數(shù)進(jìn)行擬合，并采用定焦計算技術(shù)，以消除離焦帶來的影響。
2.如權(quán)利要求I所述的一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法，其特征在于所述雙刀口掃描方式選取雙刀口作為目標(biāo)，通過刀口掃描移動得到刀口擴(kuò)展函數(shù)ESF (x)，然后對刀口擴(kuò)展函數(shù)ESF (x)進(jìn)行求導(dǎo)得到線擴(kuò)展函數(shù)LSF (x)，最后進(jìn)行離散傅立葉變換得到MTF。
3.如權(quán)利要求2所述的一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法，其特征在于在焦面附近選取多個聚焦位置進(jìn)行如上所述的刀口掃描，得到不同聚焦?fàn)顟B(tài)下的多條MTF曲線，最后計算出這些MTF曲線包含的面積值，采用2階多項式對這些面積值進(jìn)·行擬合，利用MTF面積最大法計算出準(zhǔn)確的焦面位置，通過插值運算得到準(zhǔn)確焦面位置對應(yīng)的MTF曲線。
4.一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法專用裝置，其特征在于，該裝置包括控制器、面源黑體、濾光片、平行放置且通光寬度可調(diào)的雙刀口、基于雙拋物鏡的全反射式I : I成像光學(xué)系統(tǒng)、待測紅外焦平面陣列、可X、Y、Z方向三維移動的精密位移臺、多通道可編程直流偏置源、多通道可編程時鐘驅(qū)動源、低噪聲放大器，高速、高分辨率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及測控軟件。
5.如權(quán)利要求4所述的一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量裝置，其特征在于該裝置通過以下方式進(jìn)行雙刀口掃描測量雙刀口掃描方式為面源黑體發(fā)出的寬光譜紅外輻射經(jīng)過濾光片后照在一對平行放置且通光寬度可調(diào)的刀口上，通過基于雙拋物鏡的全反射式I : I成像光學(xué)系統(tǒng)將刀口像成像在被測IRFPA的光敏面上，被測IRFPA固定在三維位移臺，工件臺將其調(diào)平并將刀口像的直邊調(diào)節(jié)到與工件臺掃描方向垂直，被測IRFPA的輸出信號先由低噪聲放大器進(jìn)行放大，然后由高速、高分辨率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，采集數(shù)據(jù)送到計算機(jī)，再通過圖形恢復(fù)技術(shù)將刀口圖像顯示在計算機(jī)屏幕上，選擇一塊光照均勻的區(qū)域作為自動調(diào)焦區(qū)域，讓三維位移臺、被測IRFPA及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，然后使用綜合動態(tài)調(diào)焦技術(shù)進(jìn)行精確定焦，得到清晰的刀口像，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集每個掃描位置上感興趣區(qū)域中各像元的信號輸出，測控軟件通過一定的算法提取出感興趣區(qū)域中兩個刀口完整掃過的兩列或兩行像元，得到這兩列或兩行像元的刀口掃描數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量裝置，其特征在于，自動調(diào)焦完成后，調(diào)節(jié)刀口寬度，使光照像元寬度為10個像元左右，選擇同時包含兩個刀口的一個矩形區(qū)域作為感興趣區(qū)域，控制位移臺在垂直于刀口像的方向上作步進(jìn)移動，使得刀口像相對于被測IRFPA光敏元作小步距掃描，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集每個掃描位置上感興趣區(qū)域中各像元的信號輸出。
7.如權(quán)利要求5所述的一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量裝置，其特征在于，在兩列或兩行刀口掃描數(shù)據(jù)中提取對稱位置上的掃描數(shù)據(jù)，利用雙刀口掃描曲線的對稱性判斷被測器件的調(diào)平程度，同時分析判斷掃描過程中有無機(jī)械振動、雜散光、電噪聲等外界干擾。
全文摘要
一種紅外焦平面陣列調(diào)制傳遞函數(shù)的雙刀口掃描測量方法及其專用裝置。這種方法選取通光寬度可調(diào)的雙刀口作為目標(biāo)，通過雙拋物鏡反射式1∶1成像光學(xué)系統(tǒng)和三維精密位移機(jī)構(gòu)實現(xiàn)刀口掃描，得到刀口擴(kuò)展函數(shù)ESF(x)，然后對刀口擴(kuò)展函數(shù)ESF(x)進(jìn)行求導(dǎo)得到線擴(kuò)展函數(shù)LSF(x)，最后進(jìn)行離散傅立葉變換得到MTF。本發(fā)明采用了雙刀口掃描方式和三項費米函數(shù)進(jìn)行擬合，克服了多項式擬合的缺陷。該方法適用性強(qiáng)、測量精度高，可以覆蓋短波紅外、中波紅外、長波紅外三個波段。
文檔編號G01M11/02GK102721530SQ20121018167
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者劉紅元, 史學(xué)舜, 吳斌, 應(yīng)承平, 王恒飛, 陳坤峰 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所