CN109257595A - 一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的*** - Google Patents

一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***，包括：星点投影装置，图像传感器，微位移台，图像采集装置，处理器；利用所述星点投影装置将星点投影至所述图像传感器表面预设区域；利用所述微位移台调节所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移；所述图像采集装置用于当所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移每增加预设步长，采集并存储一幅星点图像；所述处理器用于对采集到的多幅星点图像进行处理，根据计算得到的所述每幅星点图像的像斑椭率对所述图像传感器的像元内响应非均匀性进行测评。本发明所提供的***利用星点投射到图像传感器表面并控制其移动，测量图像传感器对星点所成像斑的椭率从而评估其像元内响应非均匀性。

Description

一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***
技术领域
本发明涉及图像传感器性能测试技术领域，特别是涉及一种测试图像传感器器像元内响应非均匀性的***。
背景技术
图像传感器的光响应非均匀性包括像元间响应非均匀性和像元内响应非均匀性两个方面。其中，像元间响应非均匀性指标较为常见(通常所提到的像元内响应非均匀性、光响应非均匀性、PRNU等均指像元间响应非均匀性)，是由不同像元之间不同的量子效率、填充因子等造成的，用来评价图像传感器不同像元对相同光辐照的响应度差异；而像元内响应非均匀性则是由像元光敏区域的非对称结构造成的，即同一微小星点投射在像元内的不同区域，通过光电效应产生的电荷数量存在差异，因而可以通过计算图像传感器对连续移动的星点所成像斑的椭率来评价其像元内的响应非均匀性。
在深空探测相机、星敏感器等应用领域，被观测目标通过光学***投射到图像传感器表面的像通常仅覆盖少数几个像元。由于图像传感器像元内响应非均匀性的存在，对星点目标所成像的几何形状会被改变，如对圆形星点可能得到椭圆形的像斑，进而影响对目标的识别分析，以及对部分重叠目标的分辨。当像元内响应非均匀性较大时，这种影响将更加显著，因此需要对图像传感器的像元内响应非均匀性进行测试评估。
综上所述可以看出，如何对图像传感器的像元内响应非均匀性进行测试是目前有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***，以解决现有技术中像元内非均匀性对图像传感器成像的影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***，包括：星点投影装置，待检测的图像传感器，微位移台，图像采集装置，处理器；其中，所述星点投影装置用于将星点投影至所述图像传感器表面的预设区域；所述微位移台用于调节所述星点投影装置和所述图像传感器之间的位置；，从而调节所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移；所述图像采集装置用于当所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移每增加预设步长，采集并存储一幅星点图像；所述处理器用于对采集到的多幅星点图像进行处理，根据计算得到的所述每幅星点图像的像斑椭率对所述图像传感器的像元内响应非均匀性进行测评。
优选地，所述星点投影装置包括：
星点靶标，平行光管，物镜；
其中，所述平行光管安装于所述星点靶标的右侧，所述物镜安装于所述平行光管的右侧，所述物镜安装于所述图像传感器的左侧；
所述星靶标位于所述平行光管的焦面上，且与所述平行光管入瞳的光轴垂直；
所述平行光管出瞳与所述物镜入瞳的光轴重合；所述图像传感器垂直于所述物镜出瞳的光轴；
入射光源光束通过所述星点靶标后，进入所述平行光管，并经所述物镜后透射至所述图像传感器表面。
优选地，所述星点靶标固定于所述微位移台上，以便于控制所述星点靶标移动，从而使所述星点在所述图像传感器表面上移动。
优选地，所述微位移台具体用于：控制所述星点靶标以平行于所述图像传感器像元的行/列方向移动。
优选地，所述微位移台用于控制所述星点靶标以预设步长逐步向所述图像传感器移动，从而控制所述星点在所述图像传感器表面上移动的步长小于等于所述像元宽度的1/10，且所述星点在所述移动传感器表面移动的距离为预设数量的像元宽度的距离。
优选地，所述处理器具体用于：
对所述采集到的多幅星点图像进行处理，计算得到每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量；
计算所述每幅星点图像内像斑的质心位置；
利用所述每幅星点图像内像斑的所述像斑流量和所述质心位置，计算得到所述每幅星点图像内像斑的像斑椭率；
利用所述每幅星点图像内像斑的像斑椭率中的最大值，对所述图像传感器像元内响应非均匀性进行评估测试。
优选地，所述计算得到每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量包括：
利用计算所述每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量；其中，Ii为序号为i的像元，i∈S，S为测光孔径集合，像元的坐标值为(xi,yi)。
优选地，所述计算所述每幅星点图像内像斑的质心位置包括：
利用测量所述每幅星点图像中所述像斑的质心位置(X,Y)。
优选地，所述利用所述每幅星点图像内像斑的所述像斑流量和所述质心位置，计算得到所述每幅星点图像内像斑的像斑椭率包括：
利用计算所述像斑的像斑椭率；
其中，
σ1为所述集合S内每行像元灰度值的标准偏差的平均值，σ2为所述集合S内每列像元灰度值的标准偏差的平均值。
优选地，所述图像传感器固定于所述微位移台上，以便于控制所述图像传感器以及所述图像传感器的驱动电路沿垂直于所述星点投影装置光轴的方向移动。
本发明所提供的测试图像传感器像元内响应非均匀性的***，包括：星点投影装置，待检测的图像传感器，微位移台，图像采集装置和处理器。利用所述星点投影装置将星点投影至所述图像传感器表面的预设区域内。利用所述微位移台控制所述星点投影装置和所述图像传感器之间的相对位移，从而控制所述星点在所述图像传感器表面移动。所述图像采集装置用于当所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移每增加预设步长，采集并存储一幅星点图像。所述处理器用于分别计算采集到的多幅星点图像内像斑的像斑椭率，从而利用所述各幅星点图像的像斑椭率对所述图像传感器像元内响应非均匀性的评测。本发明所提供的***，利用星点投射到图像传感器表面并控制其移动，测量图像传感器对星点所成像斑的椭率从而评估其像元内响应非均匀性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的测试图像传感器像元内响应非均匀性的***的一种结构框图；
图2为本发明实施例提供的测试图像传感器像元内响应非均匀性的***的另一种结构框图；
具体实施方式
本发明的核心是提供一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***，利用星点投射到图像传感器表面并控制其移动，测量图像传感器对星点所成像斑的椭率从而评估其像元内响应非均匀性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***的结构框图。本实施例所述提供的测试图像传感器像元内响应非均匀性的***包括：星点投影装置，待检测的图像传感器，微位移台，图像采集装置，处理器；其中，所述星点投影装置用于将星点投影至所述图像传感器表面的预设区域；所述微位移台用于调节所述星点投影装置和所述图像传感器之间的位置；，从而调节所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移；所述图像采集装置用于当所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移每增加预设步长，采集并存储一幅星点图像；所述处理器用于对采集到的多幅星点图像进行处理，根据计算得到的所述每幅星点图像的像斑椭率对所述图像传感器的像元内响应非均匀性进行测评。
如图2所示，在发明所提供的另一实施例中，所述星点投影装置包括：星点靶标，平行光管，物镜；其中，所述平行光管安装于所述星点靶标的右侧，所述物镜安装于所述平行光管的右侧，所述物镜安装于所述图像传感器的左侧；所述星靶标位于所述平行光管的焦面上，且与所述平行光管入瞳的光轴垂直；所述平行光管出瞳与所述物镜入瞳的光轴重合；所述图像传感器垂直于所述物镜出瞳的光轴；入射光源光束通过所述星点靶标后，进入所述平行光管，并经所述物镜后透射至所述图像传感器表面。
通过所述星点投影装置将所述星点投射到所述图像传感器表面的预设区域，像斑大小的控制以其80％的光能量集中在4个像元内为宜。
在本实施例中，可以将所述星点靶标固定于所述微位移平台上，从而控制所述星点靶标以平行于所述图像传感器像元的行/列方向移动。也可以将所述图像传感器固定于所述微位移台上，以便于控制所述图像传感器以及所述图像传感器的驱动电路沿垂直于所述星点投影装置光轴的方向移动。
若将所述星点靶标固定在所述微位移台上，则控制所述星点靶标以预设步长逐步向所述图像传感器移动，从而控制所述星点在所述图像传感器表面上移动的步长小于等于所述像元宽度的1/10，且所述星点在所述移动传感器表面移动的距离为预设数量的像元宽度的距离。
入射光源光束经过所述星点靶标后进入所述平行光管，再经过所述物镜投射在图像传感器表面。将所述星点靶标固定在所述微位移台上，通过精密位移台可控制所述星点靶标移动。利用计算机作为本实施例中的处理器。图像传感器呢的驱动电路与电源、所述图像采集器以及所述计算机相连接，所述微位移台与所述计算机相连接，分别上电开机。所述电源为所述驱动电路供电。所述计算机可控制微位移台移动或控制所述图像传感器及其驱动电路移动，并通过所述图像采集器获取图像数据，进一步进行处理和运算，得出图像传感器像元内响应非均匀性测量结果。
从序号为0的起始位置开始，所述计算机控制所述微位移台逐步将所述星点移动至序号为k的第k个位置，直至所述星点在所述图像传感器上的移动距离达到预设数量的像元宽度的距离。所述星点与移动至预设数量的像元宽度的距离，共移动K步。所述星点与所述图像传感器之间每完成一步相对移动，所述图层采集器采集一幅星点图像并存储，并根据移动步长的数量，对所述星点图像编号为0～K。
所述计算机利用计算所述每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量；其中，Ii为序号为i的像元，i∈S，S为测光孔径集合，像元的坐标值为(xi,yi)。利用测量所述每幅星点图像中所述像斑的质心位置(X,Y)。
利用利用计算所述像斑的像斑椭率；
其中，
σ1为所述集合S内每行像元灰度值的标准偏差的平均值，σ2为所述集合S内每列像元灰度值的标准偏差的平均值。
获得的全部星点图像像斑的椭率，并以所述星点移动位置序号为横坐标，对应像斑椭率测量值为纵坐标绘制曲线，曲线将呈现周期起伏走势。取其中最大值作为评价图像传感器像元内响应非均匀性指标的结果，所述最大值的数值越大，则所述图像传感器的像元内响应非均匀性越显著。
在本实施例中，通过所述星点靶标、所述平行光管和所述物镜投射圆形星点在图像传感器表面，并利用所述微位移台控制其按一定步长、垂直于光轴且沿图像传感器像元的行或列方向直线移动若干像元宽度的距离；所述图像采集器在每步移动完成后采集一幅图像并存储；利用所述计算机对获得的图像序列进行处理，通过图像传感器对星点所成像斑的流量、质心位置等中间量，进一步计算得到像斑椭率的测量结果，用来评价图像传感器的像元内响应非均匀性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种测试图像传感器像元内响应非均匀性的***，其特征在于，包括：
星点投影装置，待检测的图像传感器，微位移台，图像采集装置，处理器；
其中，所述星点投影装置用于将星点投影至所述图像传感器表面的预设区域；
所述微位移台用于调节所述星点投影装置和所述图像传感器之间的位置，从而调节所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移；
所述图像采集装置用于当所述星点在所述图像传感器表面上的相对位移每增加预设步长，采集并存储一幅星点图像；
所述处理器用于对采集到的多幅星点图像进行处理，根据计算得到的所述每幅星点图像的像斑椭率对所述图像传感器的像元内响应非均匀性进行测评。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述星点投影装置包括：
星点靶标，平行光管，物镜；
其中，所述平行光管安装于所述星点靶标的右侧，所述物镜安装于所述平行光管的右侧，所述物镜安装于所述图像传感器的左侧；
所述星靶标位于所述平行光管的焦面上，且与所述平行光管入瞳的光轴垂直；
所述平行光管出瞳与所述物镜入瞳的光轴重合；所述图像传感器垂直于所述物镜出瞳的光轴；
入射光源光束通过所述星点靶标后，进入所述平行光管，并经所述物镜后透射至所述图像传感器表面。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述星点靶标固定于所述微位移台上，以便于控制所述星点靶标移动，从而使所述星点在所述图像传感器表面上移动。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述微位移台具体用于：控制所述星点靶标以平行于所述图像传感器像元的行/列方向移动。
5.如权利要求4所述的***，其特征在于，所述微位移台用于控制所述星点靶标以预设步长逐步向所述图像传感器移动，从而控制所述星点在所述图像传感器表面上移动的步长小于等于所述像元宽度的1/10，且所述星点在所述移动传感器表面移动的距离为预设数量的像元宽度的距离。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理器具体用于：
对所述采集到的多幅星点图像进行处理，计算得到每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量；
计算所述每幅星点图像内像斑的质心位置；
利用所述每幅星点图像内像斑的所述像斑流量和所述质心位置，计算得到所述每幅星点图像内像斑的像斑椭率；
利用所述每幅星点图像内像斑的像斑椭率中的最大值，对所述图像传感器像元内响应非均匀性进行评估测试。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述计算得到每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量包括：
利用计算所述每幅星点图像内所述图像传感器对所述星点所成像斑的像斑流量；其中，Ii为序号为i的像元，i∈S，S为测光孔径集合，像元的坐标值为(xi,yi)。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述计算所述每幅星点图像内像斑的质心位置包括：
利用测量所述每幅星点图像中所述像斑的质心位置(X,Y)。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述利用所述每幅星点图像内像斑的所述像斑流量和所述质心位置，计算得到所述每幅星点图像内像斑的像斑椭率包括：
利用计算所述像斑的像斑椭率；
其中，
σ1为所述集合S内每行像元灰度值的标准偏差的平均值，σ2为所述集合S内每列像元灰度值的标准偏差的平均值。
10.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述图像传感器固定于所述微位移台上，以便于控制所述图像传感器以及所述图像传感器的驱动电路沿垂直于所述星点投影装置光轴的方向移动。
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