CN104065957B - 一种摄像机分解力测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于摄像机性能评价测试领域，具体涉及一种摄像机分解力测试装置及方法。本发明采用大视场积分球实现光源输出，在积分球出光口处放置透射式多组条纹鉴别率板，将被测摄像机设置在光学稳定平台上，并调整被测摄像机的摄像距离，用图像采集单元对被测摄像机输出图像进行采集上传至计算机，通过计算机判读出被测摄像机的水平分解力和垂直分解力，实现在某一焦距下、一定摄像距离处任意输出制式下摄像机分解力的精确测试。
Description
技术领域
本发明属于摄像机性能评价测试领域，具体涉及一种摄像机分解力测试装置及方法。
背景技术
随着我国军工、航空和航天领域行业的不断发展，为了对任务执行过程的观测和遥测参数的分析，在各飞行器产品上分别配备有弹载、箭载、机载和星载摄像机。
为了实现对观测目标的清晰成像和遥测信息的准确采集，对摄像机的分解力测试是必须进行的。
摄像机的分解力亦称清晰度或分辨力，包括水平分解力和垂直分解力，分别描述了摄像机输出图像的水平方向和垂直方向对目标细节的分辨能力。摄像机垂直分解力是指图像高度范围内水平黑白条数(TVL)，受摄像机视频制式和成像距离综合因素的影响；摄像机的水平分解力是指在与图像高度相等的水平尺寸内的垂直黑白条数(TVL)，除受视频制式和成像距离因素的影响外，还受成像画幅宽高比的影响。
目前对摄像机分解力的测试主要依据国标进行，摄像机拍摄特定输出制式和画幅宽高比的测试图，人眼通过高分辨率监视器观察输出图像来判定摄像机的分解力。
中华人民共和国国家标准(GB/T 15865-1995)《摄像机(PAL/SECAM/NTSC)测量方法：第一部分：非广播单传感器摄像机》和中华人民共和国电子行业标准(SJ/T 10203-91)《CCD彩色单板应用电视摄像机测量方法》中对摄像机的分解力测试都做出了相应规定。基本内容为：测量标准中规定光源色温为3100K±100K；将摄像机设置成手动聚焦或自动聚焦方式，使摄像机能够达到最佳聚焦；将光圈控制设置为自动光圈或手动调节光圈，使摄像机能够实现最佳曝光；摄像机拍摄测试图时，要使箭头限定的边框与监视器在欠扫描方式下所显示的图像边缘刚好一致。
但由于标准颁布时间较长，摄像机的测试条件和水平均以提高，上述标准在实际的测试中有一定的局限性。当摄像机为定焦距、定光圈时，焦距和光圈无法调节，该标准便不再适用；当调节摄像机与测试图的距离，能够实现测试图箭头限定的边框与监视器在欠扫描方式下所显示的图像边缘刚好一致，但由于测量标准没有对摄像距离加以限制和说明，此时能够分辨的黑白条数已不能作为真实测量结果。而且当摄像机的视频信号制式不同和摄像机输出图像画幅宽高比不同时，需要更换测试图，测试不方便。其次，标准中规定的测试工具主要是绘制在硬纸材制上的测试图，在长时间使用下，纸材质会受潮、氧化和发黄，测试图的反射率会发生变化、黑白条纹对比度下降，造成测试结果的不准确。另外，测试标准中规定的方法是通过人眼对能够分辨的最窄条纹进行主观判断，带有人为主观因素和身体的客观因素，测试结果无法准确量化。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种测试精度高、能够适用于不同视频制式、成像距离以及画幅宽度的摄像机分解力测试装置及方法。
本发明的具体技术方案是：
一种摄像机分解力测试装置，其特征在于：包括光学稳定平台、图像采集单元、计算机以及均安装在光学稳定平台上的大视场积分球、积分球光源、透射式多组条纹鉴别率板；
所述大视场积分球的入光口设置积分球光源，大视场积分球的出光口设置透射式多组条纹鉴别率板；所述透射式多组条纹鉴别率板的中心星点与大视场积分球的出光口同心；被测摄像机正对着透射式多组条纹鉴别率板，并且透射式多组条纹鉴别率板的中心星点的成像在被测摄像机的探测器靶面中心；
所述图像采集单元的输入端与被测摄像机连接，图像采集单元的输出端与计算机连接，计算机用于将图像采集单元传输的数据进行处理，确定被测摄像机的分解力。
上述图像采集单元为视频信号采集卡。
上述测试装置还包括安装在光学稳定平台上提供被测摄像机水平方向移动的水平移动装置；所述水平移动装置包括第一步进电机、第一丝杠以及第一固定块，第一步进电机的输出端与第一丝杠连接，第一丝杠平行固定在光学稳定平台上，第一固定块套装在第一丝杠上，被测摄像机固定安装在第一固定块上；当第一步进电机驱动第一丝杠转动时，被测摄像机在第一固定块的带动下在水平方向上移动。
上述测试装置还包括安装在水平移动装置上提供被测摄像机垂直方向移动的垂直移动装置；所述垂直移动装置包括第二步进电机、第二丝杠以及第二固定块，第二步进电机的输出端与第二丝杠连接，第二丝杠垂直固定在第一固定块上，第二固定块套装在第二丝杠上，被测摄像机固定安装在第二固定块上；当第二步进电机驱动第二丝杠转动时，被测摄像机在第二固定块的带动下在垂直方向上移动。
上述测试装置还包括分别于第一步进电机和第二步进电机连接，控制第一步进电机和第二步进电机转动的运动部件驱动控制单元。
根据上述测试装置，现提出该装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调整被测摄像机与透射式多组条纹鉴别率板之间的距离，使其达到理论最佳成像距离s，计算机记录下理论最佳成像距离s；
2)调节积分球光源的输出能量使透射式多组条纹鉴别率板呈现出清晰的明暗条纹像，并通过被测摄像机拍摄；
3)图像采集单元采集被测摄像机拍摄的明暗条纹像并将其传输至计算机；
4)读取计算机储存的透射式多组条纹鉴别率板上各组条纹宽度进行精确标定的数据数组，通过查找表的方式自动查询摄像机水平方向和垂直方向能够分辨的最窄条纹组对应的条纹宽度l1和l2；
5)通过步骤1)得到的被测摄像机与透射式多组条纹鉴别率板之间的距离s以及步骤4)得到的摄像机水平方向和垂直方向能够分辨的最窄条纹组对应的条纹宽度l1和l2；计算机分别通过公式计算出被测摄像机水平分解力以及垂直分解力；
式中：f为被测摄像机的焦距、当计算水平分解力时：D为被测摄像机所用探测器靶面的水平方向有效尺寸、当计算垂直分解力时：D为被测摄像机所用探测器靶面的垂直方向有效尺寸。
上述步骤6)中水平分解力会受到被测摄像机输出图像画幅宽高比限制，通过计算机计算出对应水平分辨电视线P，具体的计算公式为
式中：M为由步骤5)计算出的被测摄像机水平分解力、为图像高度与宽度之比，H代表图像高度，W代表图像宽度。
本发明的优点在于：
1、本发明避免了测试标准中规定对调焦的限制，使得定焦距摄像机分解力的测试成为可行；
2、本发明通过调节积分球光源能量可实现被测摄像机进光量的改变，避免了测试标准中对调光圈的限制，使得定光圈摄像机分解力的测试成为可行；
3、本发明不受传统测试标准中规定的测试图边界必须与图像视场边缘刚好一致的限制，使得在无法调焦的情况下，能够完成摄像机分解力的测试；
4、本发明不受摄像机输出视频信号制式的限制，由计算机完成对摄像机输出视频信号的采集，无论模拟制式(PAL/SECAM/NTSC)还是数字视频格式，本发明均能完成分解力的准确测试；
5、本发明引入了对摄像机分解有关键影响的因素——摄像距离，使测试结果准确、可信；
6、本发明使用大视场积分球作为光源输出，其出光口面均匀性为98％，避免了传统测试中漫反射测试图发射光的不均匀性；
8、本发明采用透射式鉴别率板作为拍摄目标，其条纹刻线宽度不会发生变化，黑白条纹对比度不会随长时间使用而发生变化；
9、本发明由计算机控制长导轨进和升降调整机构的运动，位移准确，避免了人员操作带来的不准确因素；
10、本发明由计算机采集摄像机输出图像，通过图像算法完成对摄像机拍摄的条纹进行判读和计算，避免了传统测试中人眼通过监视器判读带来的主观因素，测试精度高、重复性好。
附图说明
图1为本发明的结构简图。
1-大视场积分球、2-积分球光源、3-透射式多组条纹鉴别率板、4-水平移动装置、5-垂直移动装置、6-运动部件驱动控制单元、7-光学稳定平台、8-图像采集单元、9-计算机、10-被测摄像机。
具体实施方式
本发明为了实现对摄像机分辨率的准确测试，采用大视场积分球实现光源输出，在积分球出光口处放置透射式多组条纹鉴别率板，将摄像机固定在长导轨上，通过长导轨来调节摄像距离，用计算机对摄像机输出图像进行采集并判读出摄像机所能分辨的最窄条纹宽度，实现在某一焦距下、一定摄像距离处任意输出制式下摄像机分解力的精确测试。
下面结合附图1，对本发明的装置进行详述：
一种摄像机分解力测试装置，包括光学稳定平台7、图像采集单元8、计算机9以及安装在光学稳定平台7上的大视场积分球1、积分球光源2、透射式多组条纹鉴别率板3；
该装置的具体连接关系是：大视场积分球1的入光口设置积分球光源2(注：积分球光源色温为3000K±100K)；大视场积分球1的出光口设置透射式多组条纹鉴别率板3；透射式多组条纹鉴别率板3的中心星点与大视场积分球1的出光口同心；被测摄像机10正对着透射式多组条纹鉴别率板3，并且透射式多组条纹鉴别率板3的中心星点的成像在被测摄像机10的探测器靶面中心；
图像采集单元5为视频信号采集卡，可实现对复合模拟视频信号、SDI和HD等视频信号的采集，其输入端与被测摄像机连接，其输出端与计算机连接。图像采集单元5用于采集被测摄像机10拍摄的图像，计算机9用于将图像采集单元5传输的数据进行计算处理，最终确定被测摄像机10的分解力。
由于计算机9计算被测摄像机10的分解力时，需要提供被测摄像机10与透射式多组条纹鉴别率板3之间的距离，而人工调整误差比较大，因此本发明的装置还包括安装在光学稳定平台7上提供被测摄像机10水平方向移动的水平移动装置4；水平移动装置4包括第一步进电机、第一丝杠以及第一固定块，第一步进电机的输出端与第一丝杠连接，第一丝杠平行固定在光学稳定平台上，第一固定块套装在第一丝杠上，被测摄像机固定安装在第一固定块上；当第一步进电机驱动第一丝杠转动时，被测摄像机在第一固定块的带动下在水平方向上移动。
为了进一步确保透射式多组条纹鉴别率板3的中心星点的成像在被测摄像机10的探测器靶面中心，该测试装置安装在水平移动装置4上提供被测摄像机垂直方向移动的垂直移动装置5；垂直移动装置5包括第二步进电机、第二丝杠以及第二固定块，第二步进电机的输出端与第二丝杠连接，第二丝杠垂直固定在第一固定块上，第二固定块套装在第二丝杠上，被测摄像机固定安装在第二固定块上；当第二步进电机驱动第二丝杠转动时，被测摄像机在第二固定块的带动下在垂直方向上移动。
当然，上述自动控制被测摄像机的水平方向移动和垂直方向移动，该装置上还设置有分别于第一步进电机和第二步进电机连接，控制第一步进电机和第二步进电机转动的运动部件驱动控制单元6。
通过上述对测试装置的介绍，该测试装置采用何种方法对被测摄像机进行精准的测试，还需要详细叙述，该方法具体的步骤是：
步骤1)调整被测摄像机与透射式多组条纹鉴别率板之间的距离，使其达到理论最佳成像距离s，计算机记录下理论最佳成像距离s；
步骤2)调节积分球光源的输出能量使透射式多组条纹鉴别率板呈现出清晰的明暗条纹像，并通过被测摄像机拍摄；
步骤3)图像采集单元采集被测摄像机拍摄的明暗条纹像并将其传输至计算机；
步骤4)读取计算机储存的透射式多组条纹鉴别率板上各组条纹宽度进行精确标定的数据数组，通过查找表的方式自动查询摄像机水平方向和垂直方向能够分辨的最窄条纹组对应的条纹宽度l1和l2；
步骤5)通过步骤1)得到的被测摄像机与透射式多组条纹鉴别率板之间的距离s以及步骤4)得到的摄像机水平方向和垂直方向能够分辨的最窄条纹组对应的条纹宽度l1和l2；计算机分别通过公式计算出被测摄像机水平分解力以及垂直分解力；
式中：f为被测摄像机的焦距、当计算水平分解力时：D为被测摄像机所用探测器靶面的水平方向有效尺寸、当计算垂直分解力时：D为被测摄像机所用探测器靶面的垂直方向有效尺寸。
另外，摄像机水平分解力的专业定义是指在和图像等高度的水平方向上所能分辨的条纹，因此，当目标的不变时，而摄像机输出图像的画幅宽度不同，图像所能呈现的目标宽度是不一样的。例如，我们在用16：9的显示格式去看一个原来是4：3格式的电影时，人物和景物会变宽。被测摄像机的水平分解力会受到幅宽高比限制，因此，需要通过计算机计算出对应水平分辨电视线P，具体的计算公式为：其中M为由步骤5)计算出的被测摄像机水平分解力，为图像高度与宽度之比，H代表图像高度，W代表图像宽度。
Claims (4)
1.一种摄像机分解力测试装置，其特征在于：包括光学稳定平台、图像采集单元、计算机以及均安装在光学稳定平台上的大视场积分球、积分球光源、透射式多组条纹鉴别率板；
所述大视场积分球的入光口设置积分球光源，大视场积分球的出光口设置透射式多组条纹鉴别率板；所述透射式多组条纹鉴别率板的中心星点与大视场积分球的出光口同心；被测摄像机正对着透射式多组条纹鉴别率板，并且透射式多组条纹鉴别率板的中心星点的成像在被测摄像机的探测器靶面中心；
所述图像采集单元的输入端与被测摄像机连接，图像采集单元的输出端与计算机连接，计算机用于将图像采集单元传输的数据进行处理，确定被测摄像机的分解力；
所述图像采集单元为视频信号采集卡；
所述测试装置还包括安装在光学稳定平台上提供被测摄像机水平方向移动的水平移动装置；所述水平移动装置包括第一步进电机、第一丝杠以及第一固定块，第一步进电机的输出端与第一丝杠连接，第一丝杠平行固定在光学稳定平台上，第一固定块套装在第一丝杠上，被测摄像机固定安装在第一固定块上；当第一步进电机驱动第一丝杠转动时，被测摄像机在第一固定块的带动下在水平方向上移动；
所述测试装置还包括安装在水平移动装置上提供被测摄像机垂直方向移动的垂直移动装置；所述垂直移动装置包括第二步进电机、第二丝杠以及第二固定块，第二步进电机的输出端与第二丝杠连接，第二丝杠垂直固定在第一固定块上，第二固定块套装在第二丝杠上，被测摄像机固定安装在第二固定块上；当第二步进电机驱动第二丝杠转动时，被测摄像机在第二固定块的带动下在垂直方向上移动。
2.根据权利要求1所述的摄像机分解力测试装置，其特征在于：测试装置还包括分别与第一步进电机和第二步进电机连接，控制第一步进电机和第二步进电机转动的运动部件驱动控制单元。
3.一种权利要求1的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步 骤：
1)调整被测摄像机与透射式多组条纹鉴别率板之间的距离，使其达到理论最佳成像距离s，计算机记录下理论最佳成像距离s；
2)调节积分球光源的输出能量使透射式多组条纹鉴别率板呈现出清晰的明暗条纹像，并通过被测摄像机拍摄；
3)图像采集单元采集被测摄像机拍摄的明暗条纹像并将其传输至计算机；
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式中：f为被测摄像机的焦距、当计算水平分解力时：D为被测摄像机所用探测器靶面的水平方向有效尺寸、当计算垂直分解力时：D为被测摄像机所用探测器靶面的垂直方向有效尺寸。
4.根据权利要求3所述的测试装置的测试方法，其特征在于：所述水平分解力会受到被测摄像机输出图像画幅宽高比限制，通过计算机计算出对应水平分辨电视线P，具体的计算公式为：
式中：M为由步骤5)计算出的被测摄像机水平分解力、为图像高度与宽度之比，H代表图像高度，W代表图像宽度。
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