CN102353519B - 三代微光像增强器分辨力评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三代微光像增强器分辨力测量装置及分辨力评价方法，属于光学测量与计量领域。其特点是，用光源组件、分辨力靶、平行光管、成像物镜、测试暗箱、CCD摄像机和计算机构建了分辨力测量装置，被测像增强器对经标准光源照射的分辨力靶成像到自身荧光屏上，再由CCD摄像机转换成靶线的帧图像送入计算机，计算机的内置图像处理软件采用归一化互相关模型和光学调制度模型相继对靶线的单帧图像进行处理，获得单帧处理结果，然后对多帧处理结果进行分析和相应的补充运算，获得最终的分辨力评价结果。本发明解决了三代微光像增强器分辨力测量中的客观评价问题，可推广至ICCD测试等其它需要客观评价分辨力的测量领域，具有广泛的应用前景。

Description

三代微光像增强器分辨力评价方法

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，主要涉及一种三代微光像增强器分辨力测量仪器，尤其涉及一套三代微光像增强器分辨力测量装置以及三代微光像增强器分辨力的评价方法。 

背景技术

近年来，随着科技进步，在空间天文探测、荧光探测、军用夜视侦察等领域对微光技术的要求越来越高，三代微光像增强器作为该领域核心器件其作用日益突出。三代微光像增强器参数的准确测量在科研和生产中对提高其性能有着重大的意义，也是国防工业诸多领域的迫切要求。分辨力是微光像增强器MTF曲线2％～3％调制度对应的空间频率，是反映微光像增强器性能的重要参数之一，决定着微光***在10^-31x～10^-11x以上照度时的作用距离和图像清晰度。微光像增强器分辨力的测量为微光像增强器的研制、生产和应用提供了准确的测量校准手段。 

传统的二代微光像增强器分辨力测量方法通常采用目视观察法，南京理工大学、石家庄军械学院和中国兵器工业第二0五研究所曾研制过二代微光像增强器分辨力测试设备，都是采用目视观察法。二代微光像增强器分辨力测试设备包括标准光源、积分球、中性衰减片、电源、分辨力靶、平行光管、成像物镜、待测微光像增强器、目镜，最后由人眼观察像增强器荧光屏上分辨力靶图像，判定像增强器分辨力。这种方法具有测量简单、直观的优点，但受人的主观因素影响，比如对同一目标，不同观测者观测结果不同，同一观测者因为持续观测时间长短、年龄、身体状况的不同，观测结果都会有所差异；所以目视观察法测量准确度不高，重复性较差。因此，微光夜视仪客 观评价是非常必要的。 

在《光学技术》2000年五月刊，第21卷第2期，P451-453中，刘正云等人使用灰度-梯度共生矩阵模型对二代微光夜视仪分辨力测量图像的纹理特征进行了分析，用灰度熵、梯度熵、灰度均方差等五个条纹特征参量辅助人为选择和转折点判断作为分辨力客观判据。其算法计算精度不高，无法由算法自行给出定量结论，必须辅助主观判断，且在视场中有亮的或暗的斑点或条纹图像本身尺寸很小时，都会导致结果出现规律性差。 

三代微光像增强器属于光电成像器件，其所成的图像和其它所有荧光屏成像一样，具有屏幕闪烁、暗背景噪声、离子斑等问题，因此，三代微光像增强器新的性能和指标对分辨力测量提出了更高的要求，迫切需要采用分辨力客观评价算法研制微光像增强器分辨力测量***，提高三代微光像增强器分辨力测量时的重复性和准确度。 

目前国内外未见有采用客观评价方法测量三代微光像增强器分辨力的公开报道。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一套测量三代微光像增强器分辨力的装置和客观评价三代微光像增强器分辨力的方法。 

本发明提供的三代微光像增强器分辨力测量装置，包括光源组件、分辨力靶、平行光管、带有变焦功能的成像物镜、带有输入和出射窗口的测试暗箱、基座平台，带有温控功能的CCD摄像机、计算机，所述光源组件、平行光管和测试暗箱通过相应的支撑架固定在所述基座平台上，所述分辨力靶固连在平行光管上，其靶面位于平行光管的物方焦面上且靶面中心位于测量光路的光轴上，所述成像物镜和所述CCD摄像机分别通过二维平移机构和三维平移机构安装在所述基座平台，成像物镜的光轴和CCD摄像机的靶面中心均位于测量光路的光轴上，且放置在所述测试暗箱中的待测像增强器的荧光屏及其中心对应位于所述CCD摄像机的物方焦面及焦点上；所述光源组件发出 的光束照亮所述分辨力靶，分辨力靶的靶线图案经所述平行光管准直后由所述成像物镜聚焦到所述待测三代微光像增强器的光阴极面上；待测三代微光像增强器把准直靶线图案倍增后在其荧光屏上形成较亮的靶线图像；所述CCD摄像机采集待测三代微光像增强器荧光屏上的靶线图像并将其转换成电信号传输至所述计算机中；所述计算机控制所述CCD摄像机完成相关测试参数的设置；采集CCD摄像机输出的冷背景图像、热背景图像和分辨力靶的靶线图像；对采集的相应信号进行一系列的图像处理，最终获得所述待测三代微光像增强器的分辨力评价结果。 

采用本发明三代微光像增强器分辨力测量装置实现的三代微光像增强器分辨力评价方法包括以下步骤： 

第一步，初始化所述CCD摄像机的工作参数； 

第二步，根据键盘指令，相继采集所述CCD摄像机输出的冷背景图像A_L和热背景图像A_R并均存入存储器中， 

第三步，根据键盘指令，采集所述CCD摄像机输出的一帧分辨力靶图像F并存入存储器中，同时在显示屏上显示该图像； 

第四步，根据键盘指令，从存储器中调用冷背景图像A_L、热背景图像A_R和分辨力靶图像F，将分辨力靶图像F按照逐像素灰度值扣除冷背景图像A_L和热背景图像A_R对应像素点的灰度值，获得待测图像G及其对应的二维灰度矩阵，存储二维灰度矩阵并在显示屏上显示待测图像G； 

第五步，根据键盘命令，设置图像处理区域即ROI区，ROI区为被测像增强器最高可分辨或次高可分辨的分辨力靶线组所限定的区域； 

第六步，生成ROI区域内具有最低分辨力靶线组和具有次低分辨力靶线组中所有靶线单元对应的标准模板； 

第七步，用生成的各标准模板依次以逐行逐像素的方式遍历ROI区域的所有像素，同时，在每个像素点位置采用归一化互相关公式计算标准模板与子图的互相关系数NC值，逐一找出与各标准模板具有最大互相关系数NC值 的相应子图亦即匹配靶线单元，记录这些最大互相关系数NC值及其相应匹配靶线单元的序号(i，j)；将这些匹配靶线单元的互相关系数NC值与分辨阈值NC_分辨进行比较，在互相关系数NC值大于分辨阈值NC_分辨的匹配靶线单元中，将具有最高分辨力的匹配靶线单元作为最佳匹配靶线单元； 

第八步，在最佳匹配靶线单元中，取横靶线组中心位置的一列像素的灰度值I₁I₂...I_k并对这些灰度值进行大小排序，剔除k/Q个最大值后获得选择灰度值序列I_选且Q为正整数，如果k/Q不是整数，则个位数向下取整，并用下述公式计算最佳匹配横靶线组的调制度： 

$M=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{I_{\max }+I_{\min }}$

式中，I_avg为选择灰度值序列中各灰度值的均值，I_max为选择灰度值序列中大于均值的各灰度值的平均值，I_min为选择灰度值序列中小于均值的各灰度值的平均值；同理，计算最佳匹配竖靶线组的调制度；求最佳匹配靶线单元横靶线组和竖靶线组调制度的均值 

亦即最佳匹配靶线单元的光学调制度； 

第九步，将最佳匹配靶线单元的光学调制度 

与调制度阈值M_c进行比较：若 

继续判断最佳匹配靶线单元的光学调制度 

是否明显高于阈值M_c，若 

则最佳匹配靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果；如果 

则计算分辨力高于最佳匹配靶线单元的相邻单元的光学调制度 如果高分辨力相邻靶线单元的光学调制度 

满足 

则高分辨力相邻靶线单元对应的分辨力值为单帧处理的最终结果，否则维持最佳匹配靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果；若 

计算分辨力低于最佳匹配靶线单元的相邻单元的光学调制度 

如果满足 且 

则低分辨力相邻靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果；如果满足 

则再次利用归一化互相关公式计算低分辨力相邻靶线单元及其对应标准模板之间的互相关 系数NC_相邻，如果NC_相邻≥0.97NC，则最佳匹配靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果，如果NC_相邻＜0.97NC，则低分辨力相邻靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果并在显示屏上显示； 

第十步，多次重复第三步至第九步分别对后续多帧分辨力靶图像进行处理，从而得到相应数量的单帧分辨力处理结果，如果有半数及以上的单帧分辨力处理结果相同，将该结果作为三代微光像增强器分辨力评价方法的最终结果；如果多帧图像的单帧分辨力处理结果呈离散分布，则对各单帧分辨力处理结果所对应的靶线单元分别按第八步求光学调制度 

并逐一与调制度判据Mc比较，光学调制度 

最接近M_c的靶线单元所对应的分辨力值视为所述三代微光像增强器分辨力评价方法的最终结果并在显示屏上显示。 

本发明的整体技术效果体现在以下几个方面。 

(一)本发明通过光源组件、分辨力靶、平行光管、成像物镜、CCD摄像机和计算机建立了一套三代微光像增强器分辨力测量装置，其中，光源组件采用了均匀漫射弱照度光源，解决了现有技术在微光测量背景下光源均匀性差的问题，为客观评价测量三代微光像增强器的分辨力奠定了基础；此外，所用CCD摄像机带有制冷单元和温控器，大大消除了CCD本身的电子噪声和热噪声等，为软件分析和处理像三代微光增强器的噪声提供了硬件保障。 

(二)在本发明中，计算机中置有图像处理软件，该图像处理软件对相继经三代微光增强器和CCD摄像机所成的分辨力靶图像进行客观评价，其评价算法采用基于不同原理的双重模型，即归一化互相关模型和光学调制度模型，两模型互相独立又相辅相成，通过双重独立判据获得最终结论。因而，本发明能够准确测量三代微光像增强器分辨力，测量准确度高，重复性好，为三代微光像增强器的研制、生产和应用提供可靠的技术支持。 

(三)在图像处理过程中，将归一化互相关模型中的匹配系数作为独立判据，不仅能够定性衡量靶面刻线组是否清晰，而且还能够搜索到某一特定分辨力所对应的靶线组位置，为后续计算锁定图像处理区域。由此，不仅减 小了图像处理的运算量，而且也避免了不必要的计算所导致的错误结果。 

(四)本发明独创性地将光学调制度模型引入分辨力客观评价中，由于在微光领域低对比度条件下，采用光学调制度判据判定得出的图像可分辨性与人眼观察的结果具有高度一致性，因此，将光学调制度作为本发明的另一个独立判据，可定量得到分辨力数据，从而提高了本发明评价方法的客观性、精确性和准确性。 

附图说明

图1是本发明三代微光像增强器分辨力测量装置的构成示意图。 

图2是三代微光像增强器分辨力测量装置的测量光路图。 

图3是本发明三代微光像增强器分辨力评价方法的工作流程图。 

具体实施方式

下面结合附图及优选实例对本发明作进一步的详述。 

如图1所示，三代微光像增强器分辨力测量装置的优选实例主要包括光源组件1、分辨力靶2、平行光管3、成像物镜4、测试暗箱5、CCD摄像机6、基座平台7、计算机8和电源9。 

光源组件1由标准光源1-1、中性滤光片和可变光阑1-2以及积分球1-3组成。标准光源1-1选用卤钨灯，中性滤光片和可变光阑对卤钨灯发出的光束进行衰减，经积分球1-3积分后在出口处形成色温为2856K的光束，该光束的光照度范围在10^-31x～10^-11x之间，在有效光照面积内的不均匀性小于1％。在微光像增强器分辨力测量中，由于人眼的灵敏度高，弱光光源的均匀性对测量结果的影响很小，而CCD摄像机的灵敏度低于人眼，对弱光光源的均匀性要求很高。传统工艺中，弱照度光源的均匀性是难以保证的关键指标之一，测量中由于光源的不均匀照射，靶面各区域呈现不均匀的照度，导致像增强器对比度下降，从而引入无法估计的不确定因素，也对实验结果产生 无法预料的影响。因而在本发明中，为标准光源1-1供电的电源9选用高精度高稳定度恒流恒压源，以满足光源稳定和色温变化的要求。积分球1-3是形成漫反射光源的关键，它由两个内壁涂以白色漫反射层的半球壳组成。本发明中的积分球1-3的相关参数由照度漫射计算公式确定，其直径取为260mm，出光孔直径为20mm且面积为积分球总面积的7.7％，满足不应超过积分球总面积10％的要求。 

分辨力靶2为微光测试领域经常使用的USAF1951分辨力靶，尺寸为101.6mm×82.6mm×1.5mm，其上带有10组靶线单元，即在靶面上形成的等宽度和等间距的亮暗条纹。每组靶线单元均由等长的三条水平靶线和三条垂直靶线构成，靶线的长度是靶线宽度的五倍，靶线宽度和相邻靶线间隔相等。水平靶线和垂直靶线的间距为靶线宽度的两倍，从最大一组靶线单元起，每两组尺寸接近的靶线单元均按 

的比例缩小。 

平行光管3为F1000型变焦镜头且内部带有像质优良的双分离物镜，其焦距为1000mm，有效孔径为Φ100mm，分辨力1.3″，视场1°38′，视差≤0.20mm。成像物镜4带有变焦功能，其焦距为100mm，有效孔径为Φ80mm。测试暗箱5的前后侧壁上均带有通光窗口，被测像增强器5-1通过相应的夹具支撑在测试暗箱5的腔体内。 

光源组件1、平行光管3和测试暗箱5通过相应的支撑架7-1、7-2、7-4固定在基座平台7上，分辨力靶2固连在平行光管3上，其靶面位于平行光管3的物方焦面上且靶面中心位于平行光管3的光轴即测量光路的光轴上，同时，测试暗箱5中待测像增强器5-1的荧光屏中心也位于测量光路的光轴上。成像物镜4和CCD摄像机6分别通过二维平移机构7-3和三维平移机构7-5安装在基座平台7，测试时，通过调整二维平移机构7-3和三维平移机构7-5，使成像物镜4的光轴和CCD摄像机6的靶面中心位于测量光路的光轴上，且保证被测像增强器5-1的荧光屏位于CCD摄像机6的物方焦平面上。 

根据图2所示，标准光源1-1发出的光束相继经过中性滤光片和可变光 阑1-2和积分球1-3后形成均匀的漫射光束并照亮分辨力靶2；分辨力靶2上的全部靶线单元经平行光管3准直后由成像物镜4聚焦到测试暗箱5中的待测三代微光像增强器5-1的光阴极面上；待测三代微光像增强器5-1把准直靶线图案倍增后在其荧光屏上形成较亮的靶线图像；CCD摄像机6采集荧光屏上的靶线图像并将其转换成电信号传输至计算机8中。 

CCD摄像机6选用美国Photometric公司生产的COOLSNAP K4摄像机并受计算机8的控制，该摄像机带有制冷单元和温控器，最高采样频率20MHz；像素尺寸7.4μm×7.4μm，像素数为2048×2048，芯片面积15.16m×15.16mm，帧速率3fps。在CCD摄像机6处于工作状态下，当其快门关闭时所采集到的图像为冷背景图像，此冷背景图像实为CCD摄像机6本身固有热噪声和电子噪声；当其快门打开且标准光源1-1电源未打开时，其采集到的图像为热背景图像，该图像由试验环境产生；当其快门打开且标准光源1-1打开时，其采集到的图像为靶线图像。冷背景图像、热背景图像和靶线图像均为位图(bitmap)格式。 

计算机8内置采集卡、存储器和图像处理软件并配有鼠标和键盘，计算机8通过PCI总线与CCD摄像机6连接。存储器中预存有CCD摄像机和采集卡的初始工作状态数据、调制度阈值M_c、分辨力靶线单元与分辨力值对应表，同时，还能存储CCD摄像机6输出的各类图像。图像处理软件的功能是，控制CCD摄像机6完成相关测试参数的设置；采集CCD摄像机6输出的冷背景图像、热背景图像和分辨力靶2的靶线图像；对采集的相应图像进行一系列的图像处理，最终获得对待测三代微光像增强器5-1分辨力的客观评价结果。 

本发明分辨力评价方法由计算机8实现，当将待测三代微光像增强器5-1放置到分辨力测量装置后，图像处理软件按照图3所示的流程执行以下操作步骤。

第一步，初始化 

开机上电后，加载CCD摄像机、采集卡、鼠标、键盘的驱动程序，初始 化设备。结合键盘的输入数据设定CCD摄像机6和采集卡的工作状态，如无键盘输入，则调用存储器中的CCD摄像机和采集卡初始工作状态数据，设定二者的工作状态；此默认工作状态为focus模式和video监视模式，lightness和contrast参数均为50，工作温度为-25℃，采集频率为3帧/秒，采集模式为单帧采集，传输速率为20M/s； 

第二步，采集冷背景图像和热背景图像 

当接到键盘输入的采集命令后，首先向CCD摄像机6发送冷背景采集命令，通过PCI总线采集CCD摄像机6输出的冷背景图像A_L并存入存储器中；然后，向CCD摄像机6发送热背景采集命令，在光源1-1未打开的情况下，通过PCI总线采集CCD摄像机6输出的热背景图像A_R并存入存储器中。 

第三步，采集分辨力靶图像 

当接到键盘输入的采集命令后，向CCD摄像机6发送分辨力靶采集命令，在光源1-1打开的情况下，通过PCI总线采集CCD摄像机6输出的一帧分辨力靶图像F并存入存储器中，同时在显示屏上显示该分辨力靶图像F。 

第四步，图像预处理 

在本发明中，图像预处理是指将分辨力靶图像F按照逐像素灰度值扣除冷背景图像A_L和热背景图像A_R对应像素点灰度值的一种处理方式，其具体算法公式如下： 

g(s，t)＝n(s，t)-n_L(s，t)-n_R(s，t)式中，n(s，t)、n_L(s，t)、n_R(s，t)依次为分辨力靶图像F、冷背景图像A_L、热背景图像A_R在像素点(s，t)的灰度值，g(s，t)为预处理后获得的待测图像G在像素点(s，t)的灰度值。当整帧图像预处理完毕后，就获得了待测图像G的二维灰度矩阵并将该矩阵存储到存储器中，同时在显示屏上显示待测图像G。 

第五步，设定ROI区域 

当收到键盘输入的ROI区域设定命令后，根据相应的公式计算ROI区域的尺寸。ROI区域即工作区域，指的是需要进行处理的图像区域，该区域为被 测像增强器最高可分辨的分辨力靶的组别所限定的正方形区域。由于本实施例所针对的分辨力靶为USAF1951靶，该靶包括-2、-1、0、1......6、7共10组，每组对应的ROI区域的边长L_i由下式确定： 

$L_i={\left(\frac{1}{2}\right)}^{i+1}[\frac{7}{2(1-\frac{1}{\sqrt[6]{2}})}-2\sqrt[6]{32}]$

式中，i表示分辨力靶的组别，即i＝-2、-1、0、1......6、7。目前，三代像增强器最高分辨力一般在第二组，因此，本实施例中，对应取i＝2，通过计算获得L₂＝3.56。定义ROI区域可以避免处理低分辨力的靶线区域，减少计算量。 

第六步，生成靶线单元标准模板 

标准模板是指依据所用分辨力靶上各个分立靶线单元的靶线数及形状和尺寸生成的理想靶线图像。 

对于本实施例而言，标准模板的宽度由以下公式确定： 

$D_{i,j}=12{\left(\frac{1}{2}\right)}^{i+1}{\left(\frac{1}{\sqrt[6]{2}}\right)}^j$

式中，j代表每组分辨率靶线中各靶线单元序号。在本实施例中，ROI区域内的最低分辨力靶线组为第二组，即i＝2，j的取值范围为1、2、3......6，j＝1对应分辨力组中具有最大线宽的靶线单元，j＝6对应分辨力组中具有最小线宽的靶线单元。对于USAF1951分辨力靶而言，其标准模板高度为宽度的5/12，模板中有三横三竖的矩形靶线，六根靶线大小相等，靶线长宽比为5∶1，靶线宽度E_i，j(单位mm)由以下公式确定： 

$E_{i,j}={\left(\frac{1}{2}\right)}^{i+1}{\left(\frac{1}{\sqrt[6]{2}}\right)}^j$

E_i，j同时亦为等距分布的三根横靶线或三根竖靶线之间的间距，横靶线组和竖靶线组之间的距离为2E_i，j。 

根据上述计算公式和相应的靶线参数关系，生成ROI区域内具有最低分辨力靶线组和具有次低分辨力靶线组中所有靶线单元对应的标准模板。对本实施例而言，依次生成i＝2且j＝1～6，i＝3且j＝1～6各单元对应的标准模板。 

第七步，计算归一化互相关系数 

将生成的标准模板置于待测图像G的ROI区域左上角，并按照逐行逐像素的方式移动该标准模板，每移动一次，利用归一化互相关公式计算当前标准模板与子图的归一化互相关系数(简称互相关系数)NC，直至当前标准模板遍历ROI区域的所有像素。子图为待测图像G被标准模板所覆盖的部分。然后找出对应最大互相关系数NC值的子图，记录最大互相关系数NC值及其对应的子图位置。具体做法是，按照分辨力由低到高的标准模板顺序，逐个用标准模板遍历ROI区域的所有像素，最终找出与各标准模板具有最大互相关系数NC值的相应子图，亦即匹配靶线单元，记录这些最大互相关系数NC值及其相应子图所对应的靶线单元序号(i，j)。 

互相关系数NC值越大，说明子图与标准模板越相似，当互相关系数NC值为1时为理想匹配位置，而在实际情况中，互相关系数NC不可能为1，因此只需在待测图像G上找到具有最大互相关系数NC值所对应的子图位置，则可认为该位置的靶线单元就是当前标准模板的匹配靶线单元。这样，每个标准模板都对应一个匹配靶线单元。将这些匹配靶线单元的互相关系数NC值与分辨阈值NC_分辨进行比较，在互相关系数NC值大于分辨阈值NC_分辨的匹配靶线单元中，找出具有最高分辨力的靶线单元并作为最佳匹配靶线单元。 

在与全部标准模板对应的这些匹配靶线单元中，其互相关系数NC值太小时，该靶线单元实际上是无法分辨的，而互相关系数NC值太大时，也不能真实反映被测像增强器的分辨力，因此需要设置一个合适的互相关系数NC值即分辨阈值NC_分辨，以找出既可分辨且分辨力又高的靶线单元。通常，需要通过大量的实验首先获得既可分辨且分辨力又高的靶线单元，然后，将该单元所对应的互相关系数NC值作为分辨阈值NC_分辨。NC_分辨取值范围一般在0.5～0.7， 本实施例中NC_分辨取0.68。 

由于被测微光像增强器是荧光屏成像，存在固有的屏幕亮暗型闪烁和屏幕抖动闪烁现象。为此，本发明利用归一化互相关模型准确性高、适应性好、对图像灰度值的线性变换不敏感的特点，对标准模板及其覆盖的待测图像G的子图进行匹配运算，从而可以减小被测像增强器屏幕亮暗型闪烁对分辨力测量评价的影响；此外，由于归一化互相关模型的计算结果是求解最佳匹配靶线单元，因此，可以很好地解决屏幕抖动闪烁对分辨力测量评价的影响。 

第八步，计算光学调制度 

光学调制度的大小很大程度上反映了图像的可分辨性，可以从整体上判断图像的清晰程度。不同靶线的清晰度和其灰度曲线的光学调制度成正比关系。同时，光学调制度的大小和人眼观测的图像清晰程度有很好的一致性，光学调制度越高，图像越清晰，反之亦然。本发明中，光学调制度按以下步骤计算： 

8.1在最佳匹配靶线单元中，取横靶线组中心位置的一列像素的灰度值I₁I₂...I_k并对这些灰度值进行大小排序，剔除k/Q个最大值后获得选择灰度值序列I_选且Q为正整数。如果k/Q不是整数，则个位数向下取整。Q值取决于被测像增强器荧光屏的离子斑数量等级，其大小既要保证有效剔除离子斑，又要尽量保证留有较多像素数用于后续处理。在本实施例中，取Q＝12。 

对选择灰度值序列I_选求算数平均值得到I_avg将选择灰度值序列I_选中大于均值I_avg的灰度值求算术平均值得到I_max，而对小于I_avg的灰度值求算数平均值得到I_min。之后，用下述公式计算横靶线组的调制度： 

$M=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{I_{\max }+I_{\min }}$

8.2取最佳匹配靶线单元竖靶线组中心位置一行像素的灰度值，用8.1的方法计算竖靶线组的调制度。 

8.3求最佳匹配靶线单元横靶线组和竖靶线组调制度的均值 

即最佳匹配靶线单元的光学调制度。将该靶线单元的光学调制度 

与存储器中的调制度阈值M_c进行比较，若 

表明该最佳匹配靶线单元在调制度判据下可分辨，则进入9.1步骤；若 表明该最佳匹配靶线单元在调制度判据下不可分辨，则进入9.2步骤。 

调制度阈值M_c是经多次试验和反复验证后确定的分辨临界点。一般而言，调制度低于0.1，分辨力靶图像将难以分辨，因而，调制度阈值M_c的取值一般在0.1≤M_c≤0.2范围。 

由于三代微光像增强器是荧光屏成像，存在固有的离子斑。为此，本发明在光学调制度的计算中，通过去掉k/Q个最大灰度值，可有效剔除离子斑造成的较大异常灰度值，从而去除了离子斑对分辨力测量评价的干扰。 

第九步，获得单帧图像分辨力计算的结果 

9.1当 继续判断最佳匹配靶线单元的光学调制度 

是否明显高于阈值M_c，若 

则最佳匹配靶线单元的序号为单帧处理结果；如果 

则计算分辨力高于最佳匹配靶线单元的相邻单元的光学调制度 

如果高分辨力相邻靶线单元的光学调制度 满足 

则该高分辨力靶线单元的序号为单帧处理结果，否则维持最佳匹配靶线单元的序号为单帧处理结果。 

9.2当 

计算分辨力低于最佳匹配靶线单元的相邻单元的光学调制度 

如果满足 

且 

则该低分辨力相邻靶线单元的序号为单帧处理结果；如果满足 

则进一步利用归一化互相关公式计算低分辨力相邻靶线单元及其对应标准模板之间的互相关系数NC_相邻，如果互相关系数NC_相邻和最佳匹配靶线单元的互相关系数NC比较也无较大变化，即NC_相邻≥0.97NC，则最佳匹配靶线单元的序号为单帧处理结果，如果NC_相邻＜0.97NC，则低分辨力相邻靶线单元的序号为单帧处理结果。 

上述分辨力靶线单元的序号表现为第i组第j单元，还需通过查表(表1)方式查找该序号所对应的分辨力值，并将该分辨力值作为单帧的最终处理结果并显示在屏幕上。 

第十步，获得多帧图像分辨力计算的结果 

为使计算结果更加精确，对一幅分辨力靶图像进行多帧采集，通常选用10帧即可，然后多次(10次)重复第三步至第九步分别对每帧分辨力靶图像进行处理，从而得到相应数量的单帧分辨力处理结果。这样，就会存在以下两种情况： 

1).有半数及以上的单帧分辨力最终处理结果相同，即可将该结果作为三代微光像增强器分辨力评价方法的最终结果。 

2).多帧图像的单帧分辨力最终处理结果呈离散分布，即没有一种单帧分辨力最终处理结果比例超过半数，此时，对各单帧分辨力处理结果所对应的靶线单元分别按第八步求光学调制度 

并逐一与调制度判据M_c比较，光学调制度 

最接近M_c的靶线单元对应的分辨力值视为三代微光像增强器分辨力评价方法的最终结果。 

表1分辨力靶线单元与分辨力值对应表 

                                  单位：线对 

Claims (2)

1.一种三代微光像增强器分辨力评价方法，该方法是在三代微光像增强器分辨力测量装置上实现的，所述三代微光像增强器分辨力测量装置包括光源组件(1)、分辨力靶(2)、平行光管(3)、带有变焦功能的成像物镜(4)、带有输入和出射窗口的测试暗箱(5)、基座平台(7)、带有温控功能的CCD摄像机(6)、计算机(8)，所述光源组件(1)、平行光管(3)和测试暗箱(5)通过相应的支撑架(7-1、7-2、7-4)固定在所述基座平台(7)上，所述分辨力靶(2)固连在平行光管(3)上，其靶面位于平行光管(3)的物方焦面上且靶面中心位于测量光路的光轴上，所述成像物镜(4)和所述CCD摄像机(6)分别通过二维平移机构(7-3)和三维平移机构(7-5)安装在所述基座平台(7)，成像物镜(4)的光轴和CCD摄像机(6)的靶面中心均位于测量光路的光轴上，且放置在所述测试暗箱(5)中的待测像增强器(5-1)的荧光屏及其中心对应位于所述CCD摄像机(6)的物方焦面及焦点上；所述光源组件(1)发出的光束照亮所述分辨力靶(2)，分辨力靶(2)的靶线图案经所述平行光管(3)准直后由所述成像物镜(4)聚焦到所述待测三代微光像增强器(5-1)的光阴极面上；待测三代微光像增强器(5-1)把准直靶线图案倍增后在其荧光屏上形成较亮的靶线图像；所述CCD摄像机(6)采集待测三代微光像增强器(5-1)荧光屏上的靶线图像并将其转换成电信号；

其特征在于：所述计算机(8)按以下操作步骤对三代微光像增强器的分辨力进行评价：

第一步，初始化所述CCD摄像机(6)的工作参数；

第二步，根据键盘指令，相继采集所述CCD摄像机(6)输出的冷背景图像A_L和热背景图像A_R并均存入存储器中；

第三步，根据键盘指令，采集所述CCD摄像机(6)输出的一帧分辨力靶图像F并存入存储器中，同时在显示屏上显示该图像；

第四步，根据键盘指令，从存储器中调用冷背景图像A_L、热背景图像A_R和分辨力靶图像F，将分辨力靶图像F按照逐像素灰度值扣除冷背景图像A_L和热背景图像A_R对应像素点的灰度值，获得待测图像G及其对应的二维灰度矩阵，存储二维灰度矩阵并在显示屏上显示待测图像G；

第五步，根据键盘命令，设置图像处理区域即ROI区，ROI区为被测像增强器最高可分辨或次高可分辨的分辨力靶线组所限定的区域；

第六步，生成ROI区域内具有最低分辨力靶线组和具有次低分辨力靶线组中所有靶线单元对应的标准模板；

第七步，用生成的各标准模板依次以逐行逐像素的方式遍历ROI区域的所有像素，同时，在每个像素点位置采用归一化互相关公式计算标准模板与子图的互相关系数NC值，逐一找出与各标准模板具有最大互相关系数NC值的相应子图亦即匹配靶线单元，记录这些最大互相关系数NC值及其相应匹配靶线单元的序号(i，j)；将这些匹配靶线单元的互相关系数NC值与分辨阈值NC_分辨进行比较，在互相关系数NC值大于分辨阈值NC_分辨的匹配靶线单元中，将具有最高分辨力的匹配靶线单元作为最佳匹配靶线单元；

第八步，在最佳匹配靶线单元中，取横靶线组中心位置的一列像素的灰度值I₁ I₂...I_k并对这些灰度值进行大小排序，剔除k/Q个最大值后获得选择灰度值序列I_选且Q为正整数，如果k/Q不是整数，则个位数向下取整，并用下述公式计算最佳匹配横靶线组的调制度：

$M=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{I_{\max }+I_{\min }}$

式中，I_max为选择灰度值序列中大于选择灰度值序列均值的各灰度值的平均值，I_min为选择灰度值序列中小于选择灰度值序列均值的各灰度值的平均值；同理，计算最佳匹配竖靶线组的调制度；求最佳匹配靶线单元横靶线组和竖靶线组调制度的均值

亦即最佳匹配靶线单元的光学调制度；

第九步，将最佳匹配靶线单元的光学调制度

与调制度阈值M_c进行比较：若

继续判断最佳匹配靶线单元的光学调制度

是否明显高于阈值M_c，若

则最佳匹配靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果；如果

则计算分辨力高于最佳匹配靶线单元的相邻单元的光学调制度

如果高分辨力相邻靶线单元的光学调制度

满足

则高分辨力相邻靶线单元对应的分辨力值为单帧处理的最终结果，否则维持最佳匹配靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果；若

计算分辨力低于最佳匹配靶线单元的相邻单元的光学调制度

如果满足

且

则低分辨力相邻靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果；如果满足

则再次利用归一化互相关公式计算低分辨力相邻靶线单元及其对应标准模板之间的互相关系数NC_相邻，如果NC_相邻≥0.97NC，则最佳匹配靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果，如果NC_相邻＜0.97NC，则低分辨力相邻靶线单元对应的分辨力值为单帧处理最终结果并在显示屏上显示；

第十步，多次重复第三步至第九步分别对后续多帧分辨力靶图像进行处理，从而得到相应数量的单帧分辨力处理结果，如果有半数及以上的单帧分辨力处理结果相同，将该结果作为三代微光像增强器分辨力评价方法的最终结果；如果多帧图像的单帧分辨力处理结果呈离散分布，则对各单帧分辨力处理结果所对应的靶线单元分别按第八步求光学调制度

并逐一与调制度判据M_c比较，光学调制度

最接近M_c的靶线单元所对应的分辨力值视为所述三代微光像增强器分辨力评价方法的最终结果并在显示屏上显示。

2.根据权利要求1所述的三代微光像增强器分辨力评价方法，其特征在于：所述分辨阈值NC_分辨的取值在0.5～0.7范围内；所述调制度阈值M_c的取值在0.1≤M_c≤0.2范围。

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