本發(fā)明涉及調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的測試原理和方法，特別是一種對于圖像融合電路板的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)測量的系統(tǒng)。

技術(shù)背景

在線性移不變的前提下，光學(xué)系統(tǒng)可以被看作一個空間頻率的濾波器，其成像特性和像質(zhì)評價可以用物像之間的頻譜之比(即所謂的光學(xué)傳遞函數(shù))來表示，而光學(xué)傳遞函數(shù)的模就是調(diào)制傳遞函數(shù)。

光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的評價，一直是應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域中眾所矚目的問題，而調(diào)制傳遞函數(shù)已被公認目前評價光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量客觀、有效的方法。因此，對于圖像融合電路，也很有必要對其調(diào)制傳遞函數(shù)進行研究。

調(diào)制傳遞函數(shù)的主要測試方法有直接測量和間接測量。直接測量法是直接測量光學(xué)系統(tǒng)不同空間頻率物和像的調(diào)制度，基于探測器對于正弦函數(shù)或條形目標的響應(yīng)。間接測量是測量光學(xué)系統(tǒng)對脈沖光信號的響應(yīng)，基于傅里葉變換的計算。融合電路的調(diào)制傳遞函數(shù)是不能直接測得的，需要通過間接測量的方式實現(xiàn)。間接測量方法使用固定的狹縫目標、點光源或刀口，并且移動目標。對于線性不變系統(tǒng)，所有的測試技術(shù)在測試精確度范圍內(nèi)應(yīng)得到相同的MTF結(jié)果值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一套圖像融合電路板的調(diào)制傳遞函數(shù)的測試系統(tǒng)，即先讓光源的光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像于標準CCD上，所成的像一路經(jīng)過待測融合電路板和圖像采集卡，另一路直接傳輸?shù)綀D像采集卡上，分別采集兩路信號，隨后通過計算機系統(tǒng)完成CCD的調(diào)制函數(shù)和經(jīng)過融合電路板后的調(diào)制傳遞函數(shù)的測量，兩者相除得到融合電路的調(diào)制傳遞函數(shù)。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種圖像融合電路調(diào)制傳遞函數(shù)測試系統(tǒng)，分為調(diào)制函數(shù)測試前端設(shè)備和調(diào)制函數(shù)測試后端設(shè)備；調(diào)制函數(shù)測試前端設(shè)備包括積分球、光源、光欄、濾光片、擋光板、平行光管、狹縫、CCD和光學(xué)導(dǎo)軌；調(diào)制函數(shù)測試后端設(shè)備包括高分辨率采集卡和計算機系統(tǒng)；積分球、光源、光欄、濾光片、擋光板、平行光管、狹縫、CCD均位于光學(xué)導(dǎo)軌上，光源后放置光欄和濾光片，濾光片后為積分球的光入射口，擋光板在積分球內(nèi)部且位于其光入射口正前方，平行光管放置于積分球的光出射口之后，平行光管后端放置狹縫，狹縫放置CCD，CCD后端分別連接有第一傳輸線和第二傳輸線，第一傳輸線連接到待測圖像融合電路板，第二傳輸線連接到高分辨率采集卡，待測圖像融合電路板與高分辨率采集卡相連，高分辨率采集卡連接到計算機處理系統(tǒng)。

所述調(diào)制函數(shù)測試前端設(shè)備中，積分球、光源、光欄、濾光片、擋光板、平行光管、狹縫、CCD同光軸，CCD的物鏡位于平行光經(jīng)過狹縫后成像的焦平面上。

所述調(diào)制函數(shù)測試前端設(shè)備中，該光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率為β，極限分辨率為μ_c，則狹縫的寬度a最大值為a_max＝1/βμ_c，即狹縫[9]的取值范圍為(0，a_max)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：(1)在市面上的產(chǎn)品中，并沒有用于測量融合電路板的MFT的設(shè)備，本發(fā)明實現(xiàn)了創(chuàng)新；(2)調(diào)制傳遞函數(shù)測試前端設(shè)備各組件基于底座的光學(xué)導(dǎo)軌上，可以很好的保證同光軸且易于調(diào)節(jié)，光源組件中的鹵素?zé)糇鳛楣庠?，同時結(jié)合光欄和濾光片，使得光強度和光的波長可以調(diào)節(jié)；(3)在前端狹縫設(shè)計中，充分考慮分布函數(shù)及濾波函數(shù)的零點限制，計算得到滿足條件的適合縫寬；(4)測試設(shè)備后端采用電路系統(tǒng)，即均勻光經(jīng)過狹縫，通過前端光學(xué)系統(tǒng)后，成像于標準CCD，CCD圖像分別通過后端的圖像融合電路和高分辨率采集卡，再由后端設(shè)備的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)計算測試調(diào)制傳遞函數(shù)，這樣測得的MFT更為準確；(5)利用間接測量方法計算測試融合電路調(diào)制傳遞函數(shù)，該方法簡單創(chuàng)新，易于實現(xiàn)；(6)該裝置操作簡單，測量準確。

附圖說明

圖1為圖像融合電路調(diào)制傳遞函數(shù)測試系統(tǒng)示意圖。

圖2為圖像融合電路MTF測試曲線。1：CCD+融合電路MTF曲線(MTFtotal)；2：CCD的MTF曲線(MTFCCD)；3：融合電路MTF曲線(MTFcircle)。

具體實施方式

發(fā)明原理

1.融合電路MTF測量原理：

MTF是輸出調(diào)制度和輸入調(diào)制度的比值，在零空間頻率處被歸一化為1。MTF反映的系統(tǒng)對空間頻率的響應(yīng)，它是光學(xué)傳遞函數(shù)的模值，而光學(xué)傳遞函數(shù)則是點擴展函數(shù)的傅里葉變換。調(diào)制傳遞函數(shù)適用于線性空間不變系統(tǒng)，這個函數(shù)的居停形式則完全由成像系統(tǒng)的成像性能所決定，因此傳遞函數(shù)客觀地反映了成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，對于由一系列具有一定頻率特性(空間的或時間的)的分系統(tǒng)所組成的成像系統(tǒng)，只要逐個求出分系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其乘積就是整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，可用如下公式描述：

$MTF=\underset{i=1}{\overset{n}{\Π}}{\mathrm{MTF}}_i$

圖像融合電路將完成兩個主要工作：圖像配準與圖像融合。圖像像素失配引入模糊函數(shù)b(x,y)，會導(dǎo)致像素的模糊。因為圖像配準是空間的仿射變換，它是以某點為原點的所做的平移、縮放和旋轉(zhuǎn)，系數(shù)誤差會導(dǎo)致不同位置的配準誤差的值的不同，所以失配模糊函數(shù)b(x,y)不具有平移不變性。

圖像融合方法的好壞與最終融合圖像的質(zhì)量密切相關(guān)，差的融合方法甚至?xí)?dǎo)致融合質(zhì)量的下降。常見的融合方法有加權(quán)法、PCA法、最大測度法、金字塔法(Laplace、對比度等)、小波法(等)、中心-環(huán)繞增強、色彩傳遞法等。常見圖像融合方法都是對局部區(qū)域像素進行操作，引入融合函數(shù)f(x,y)。

圖像融合電路需要對輸入視頻信號進行采集，并經(jīng)過配準和融合后進行視頻DA輸出。根據(jù)對PAL制視頻采集分析可知，此過程將引入混疊效應(yīng)，同時也可能引入其他噪聲。把此過程引入的稱為電路函數(shù)e(x,y)

如果CCD的響應(yīng)函數(shù)為h(x,y)，其頻域函數(shù)為F(h(x,y))，那么融合成像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)為

O(f)＝F(h(x,y))F(b(x,y))F(f(x,y))F(e(x,y))

式中F(b(x,y))、F(f(x,y))和F(e(x,y))分別為b(x,y)、f(x,y)和e(x,y)頻域變換。經(jīng)過融合電路后的調(diào)制傳遞函數(shù)為

MTF_total(f)＝MTF_CCD(f)·MTF_b(f)·MTF_f(f)·MTF_e(f)

因此，融合電路的調(diào)制傳遞函數(shù)為

MTF_circuit(f)＝MTF_b(f)·MTF_f(f)·MTF_e(f)

融合電路的調(diào)制傳遞函數(shù)是不能直接測得的，將通過間接測量的方式實現(xiàn)。首先利用圖像采集卡完成CCD的調(diào)制函數(shù)MTF_CCD(f)測量，然后測量經(jīng)過融合電路板后的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_total(f)，兩者相除得到融合電路的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_circuit(f)：

${\mathrm{MTF}}_{circuit}\left(f\right)=\frac{{\mathrm{MTF}}_{total}\left(f\right)}{{\mathrm{MTF}}_{CCD}\left(f\right)}$

2.狹縫的設(shè)計

理想情況下，狹縫應(yīng)該是一個高度無限大、寬度為0，而“面積”為1的δ(x)函數(shù)，但實際測量時，狹縫必須滿足一定寬度要求才能有足夠的光能量以便測量。與此同時，狹縫寬度不是越大越好，它會受到濾波函數(shù)第一個零點位置的限制。因此，如何選擇適當(dāng)?shù)莫M縫寬度是本項目首先需要解決的問題。由于狹縫有實際寬度a，其分布函數(shù)為

$f\left(x\right)=\frac{1}{a}rect\left(\frac{x}{a}\right)$

對橫向放大率為β的系統(tǒng)，為了消除縫寬影響，測量結(jié)果應(yīng)除以濾波函數(shù)Π(μ)：

$\Π\left(\mathrm{\μ}\right)=\frac{sin\left(\mathrm{\π}\mathrm{\β}a\mathrm{\μ}\right)}{\mathrm{\π}\mathrm{\β}a\mathrm{\μ}}$

可以看出，濾波函數(shù)Π(μ)第一個零點位置在μ₀＝1/(βa)處，隨著縫寬增大，該零點位置由高頻向低頻靠近。顯而易見：濾波函數(shù)Π(μ)第一個零點位置落在系統(tǒng)極限分辨率μ_c以外，此時濾波函數(shù)的修正才有意義。因此，狹縫寬度的最大值a_max應(yīng)滿足

本測量裝置中，平行光管焦距為f_collimatormm，CCD鏡頭的焦距為f_CCDmm，所以系統(tǒng)橫向放大率β＝f_CCD/f_collimator，所以待測狹縫寬度的最大值為:

$a_{max}=\frac{f_{col\lim ator}}{f_{CCD}\×{\mathrm{\μ}}_c}{a}_{max}=\frac{1}{{\mathrm{\β\μ}}_c}$

3.整體測試過程

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的測試過程做進一步詳細描述：

本發(fā)明公開了一種圖像融合電路板的調(diào)制傳遞函數(shù)測試系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，前端設(shè)備各組件基于底座的光學(xué)導(dǎo)軌上，保證同光軸，光源組件中的鹵素?zé)糇鳛楣庠矗鈾诤蜑V光片用于調(diào)節(jié)光強度和控制波長，鹵素?zé)舭l(fā)出的光線分別經(jīng)過光欄和濾光片傳出，通過積分球進入平行光管。積分球?qū)Ⅺu素?zé)舭l(fā)出的光轉(zhuǎn)化為均勻光，均勻光通過狹縫，成像于標準CCD，CCD將獲得的圖像信號分別傳輸給圖像融合電路板和高分辨率圖像采集卡，此時圖像采集卡獲得的圖像經(jīng)過計算處理系統(tǒng)處理(傅立葉轉(zhuǎn)換FFT)后得到CCD的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_CCD，第二路圖像信號經(jīng)過待測圖像融合電路板后再次被圖像采集卡采集，傳輸?shù)接嬎闾幚硐到y(tǒng)，經(jīng)過處理(傅立葉轉(zhuǎn)換FFT)后得到CCD和待測圖像融合電路板的綜合調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_total。通過理論分析，將MTF_total除以MTF_CCD即可得到待測電路板的調(diào)制傳遞MTF_circle。MTF_circle、MTF_total和MTF_CCD之間的曲線關(guān)系如圖2所示。