一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法制造方法及图纸

一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法，包括光源系统、靶标、平行光管、面阵相机和图像采集系统；靶标放置在平行光管的焦面上，平行光管与面阵相机的光轴共轴放置，靶标被光源系统产生的均匀光照亮，经过平行光管和面阵相机，成像在面阵相机的焦面上，形成靶标的图像，图像采集系统对成像结果进行采集和处理。本发明专利技术与在靶标设计、实验方法和数据处理中考虑了相位对准，现有技术相比，能够保证PSF测量精度，填补了空间面阵CCD相机的亚像元PSF测试方法空白，具有很好的使用价值。

Sub pixel point spread function measuring device and method for space plane array camera

A space array camera with sub-pixel point spread function measuring device and method, which comprises a light source system, target, Ping Hangguang tube, CCD camera and image acquisition system; target placed in the collimator focal plane, collimator axis coaxial with the plane array camera placement, target uniform light illuminating light source system after the collimator and camera, imaging in focal plane array camera, the formation of the target image, the image acquisition system for acquisition and processing of the imaging results. The present invention and in experimental methods and data processing of the target design, considering the phase alignment, compared with the existing technology, to ensure the measurement accuracy of PSF, to fill the gaps in the sub-pixel PSF test method for space array CCD camera, has a good value.

【技术实现步骤摘要】
一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法
本专利技术涉及航天光学遥感
，特别是一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法。
技术介绍
光学系统在理想状态下，物空间一点发出的光能量在像空间也集中在一点上，但是实际的光学系统成像时，由于衍射和像差以及其它因素的影响，物空间一点发出的光在像空间是分布在一定的区域内，其分布曲线称为点扩散函数PSF。调制传递函数MTF是客观评价光学系统成像质量的重要指标，目前国内为了定量化评价相机成像质量，发射之前都进行实验室的MTF测试，但MTF只是PSF在频域的幅值信息，不包含相位信息。目前常用的MTF测试方法包括以下三种，第一种是对比度矩形靶标法，可以用于面阵或推扫相机MTF测试，黄巧林等人2006年在《航天返回与遥感》上发表的《航天光学遥感器MTF测试技术研究》一文中给出两种测试方法，一种是高对比度矩形靶标测试方法，该方法受采样相位的影响，测试误差较大，另一种低频靶标法对相位不敏感，但易受噪声影响；第二种是斜刃边靶标法，适用于面阵CCD的MTF地面测试，张孝弘等人2006年在中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议上发表的《面阵CCD相机的MTF测试技术》一文介绍了实验方法和数据处理算法，该处理方法增加了采样点，但无法准确定位初始相位；第三种是点源或狭缝测试法，适用于面阵CCD的MTF测试，吴海平硕士学位论文《点源法MTF测试技术研究》中详细介绍了点源法实验系统，实验方法是对点光源成像，该方法计算精度较高，但对准直显微物镜的对准精度要求较高，必须保证点光源在一个像素内成像。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置及方法，通过靶标设计和数据处理方法解决一个像素内相位问题，可以准确定位到0.1像素，保证空间面阵相机亚像元PSF的测试准确性，进一步提高了空间面阵相机PSF地面测试精度，并可用于提高遥感图像的空间分辨率。本专利技术的技术解决方案是：一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置，其特征在于包括光源系统、靶标、平行光管、面阵相机、图像采集系统，其中靶标放置在平行光管的焦面上，平行光管与面阵相机的光轴共轴放置；光源系统产生均匀光后照射在靶标上，然后经过平行光管和面阵CCD相机，成像在面阵相机的焦面上，形成靶标的图像，图像采集系统对面阵相机的成像结果进行采集和处理；靶标包括第一定标线，第二定标线，第三定标线…第十二定标线和定标星点；第一定标线至第十二定标线形状和尺寸相同，均为长方形透光孔，长方形透光孔的宽度为标准长度L的1倍，长度为标准长度L的20.1倍；第一星点为正方形透光孔，正方形透光孔的边长为标准长度L的0.9倍；所述L＝(fcol/fcam)d，其中，fcol为平行光管的焦距，fcam为面阵相机的焦距，d为面阵CCD相机中探测器单元间距；第一定标线至第十二定标线、定标星点在靶标平面直角坐标系XOY中的坐标分别为：第一定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(0，0)；第二定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(40.2·L，0)；第三定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(80.4·L，0)；第四定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(120.6·L，0)；第五定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(160.8·L，0)；第六定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(201·L，0)；第七定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，50·L)；第八定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，90.2·L)；第九定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，130.4·L)；第十定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，170.6·L)；第十一定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，210.8·L)；第十二定标线长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，251.0·L)；定标星点正方形结构左上角的顶点坐标为(0，50·L)；其中，第一定标线，第二定标线，第三定标线…第六定标线的长方形结构的长均与x轴平行，第七定标线，第八定标线，第九定标线…第十二定标线的长方形结构的长均与y轴平行，定标星点(13)正方形的至少一条边与y轴平行；所述靶标平面直角坐标系XOY的坐标原点O为第一定标线长方形结构位于左上角的顶点，X轴的正方向为第一定标线指向第二定标线，Y轴的正方向为第一定标线指向第一定标星点；所述的靶标大小长度和宽度均大于300·L；所述的靶标中的第一定标线至第十二定标线(12)、第一定标星点透光，其余部分不透光，透光部分与不透光部分对比度不低于100:1。2、根据权利要求1所述的一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量方法，包括如下步骤：(1)使用图像采集系统采集靶标在面阵相机焦面上的图像，同时调整靶标的位置，直至靶标的第一定标线位于面阵相机产生图像的某一行、第七定标线位于面阵相机图像某一列，固定此时靶标的位置；(2)设置面阵相机的曝光时间，使得定标星点在面阵相机产生图像中灰度值的范围为[0.5K，0.6K]；利用图像采集系统采集得到P帧当前曝光时间下的靶标的图像；所述的K为面阵相机的饱和灰度值，P为大于100的正整数；(3)分别对步骤(2)采集得到的第X帧靶标图像上的第一定标线所在行进行采样得到图像序列灰度值A、第七定标线所在列进行采样得到图像序列灰度值B，X＝1,2,3…P；(4)根据面阵相机的满阱电子数M以及图像量化位数bs将步骤(3)中得到的图像灰度值序列A和图像灰度值序列B转换为电子数序列，转换过程由公式给出，其中，x为图像灰度值序列中采样点的灰度值，xe为电子数序列中采样点灰度值的电子数；进而得到电子数序列数组C和电子数序列数组D；(5)定义二维数组E，数组E大小为10行*222列，其中，二维数组E中前10行的1-20列、42-60列、82-100列、122-140列、162-180列、202-222列中所有元素为1，前10行的22-40列、62–80列、102-120列、142-160列、182-200列中所有元素为0，E(1,21)＝0.1，E(1,41)＝0.8，E(1,61)＝0.3，E(1,81)＝0.6，E(1,101)＝0.5，E(1,121)＝0.4，E(1,141)＝0.7，E(1,161)＝0.2，E(1,181)＝0.9，E(1,201)＝0，E(2,21)＝0.2，E(2,41)＝0.7，E(2,61)＝0.4，E(2,81)＝0.5，E(2,101)＝0.6，E(2,121)＝0.3，E(2,141)＝0.8，E(2,161)＝0.1，E(2,181)＝0，E(2,201)＝0.9，E(3,21)＝0.3，E(3,41)＝0.6，E(3,61)＝0.5，E(3,81)＝0.4，E(3,101)＝0.7，E(3,121)＝0.2，E(3,141)＝0.9，E(3,161)＝0，E(3,181)＝0.1，E(3,201)＝0.8，E(4,21)＝0.4，E(4,41)＝0.5，E(4,61)＝0.6，E(4,81)＝0.3，E(4,101)＝0.8，E(4,121)＝0.1，E(4,141)＝0，E(4,161)＝0.9，E(4,181)＝0.2，E(4,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置，其特征在于包括光源系统(14)、靶标(15)、平行光管(16)、面阵相机(17)、图像采集系统(18)，其中靶标(15)放置在平行光管(16)的焦面上，平行光管(16)与面阵相机(17)的光轴共轴放置；光源系统(14)产生均匀光后照射在靶标(15)上，然后经过平行光管(16)和面阵CCD相机(17)，成像在面阵相机(17)的焦面上，形成靶标(15)的图像，图像采集系统(18)对面阵相机(17)的成像结果进行采集和处理；靶标(15)包括第一定标线(1)，第二定标线(2)，第三定标线(3)…第十二定标线(12)和定标星点(13)；第一定标线(1)至第十二定标线(12)形状和尺寸相同，均为长方形透光孔，长方形透光孔的宽度为标准长度L的1倍，长度为标准长度L的20.1倍；第一星点(13)为正方形透光孔，正方形透光孔的边长为标准长度L的0.9倍；所述L＝(f

【技术特征摘要】
1.一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量装置，其特征在于包括光源系统(14)、靶标(15)、平行光管(16)、面阵相机(17)、图像采集系统(18)，其中靶标(15)放置在平行光管(16)的焦面上，平行光管(16)与面阵相机(17)的光轴共轴放置；光源系统(14)产生均匀光后照射在靶标(15)上，然后经过平行光管(16)和面阵CCD相机(17)，成像在面阵相机(17)的焦面上，形成靶标(15)的图像，图像采集系统(18)对面阵相机(17)的成像结果进行采集和处理；靶标(15)包括第一定标线(1)，第二定标线(2)，第三定标线(3)…第十二定标线(12)和定标星点(13)；第一定标线(1)至第十二定标线(12)形状和尺寸相同，均为长方形透光孔，长方形透光孔的宽度为标准长度L的1倍，长度为标准长度L的20.1倍；第一星点(13)为正方形透光孔，正方形透光孔的边长为标准长度L的0.9倍；所述L＝(fcol/fcam)d，其中，fcol为平行光管(16)的焦距，fcam为面阵相机(17)的焦距，d为面阵CCD相机(17)中探测器单元间距；第一定标线(1)至第十二定标线(12)、定标星点(13)在靶标(15)平面直角坐标系XOY中的坐标分别为：第一定标线(1)长方形结构左上角的顶点坐标为(0，0)；第二定标线(2)长方形结构左上角的顶点坐标为(40.2·L，0)；第三定标线(3)长方形结构左上角的顶点坐标为(80.4·L，0)；第四定标线(4)长方形结构左上角的顶点坐标为(120.6·L，0)；第五定标线(5)长方形结构左上角的顶点坐标为(160.8·L，0)；第六定标线(6)长方形结构左上角的顶点坐标为(201·L，0)；第七定标线(7)长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，50·L)；第八定标线(8)长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，90.2·L)；第九定标线(9)长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，130.4·L)；第十定标线(10)长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，170.6·L)；第十一定标线(11)长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，210.8·L)；第十二定标线(12)长方形结构左上角的顶点坐标为(100·L，251.0·L)；定标星点(13)正方形结构左上角的顶点坐标为(0，50·L)；其中，第一定标线(1)，第二定标线(2)，第三定标线(3)…第六定标线(6)的长方形结构的长均与x轴平行，第七定标线(7)，第八定标线(8)，第九定标线(9)…第十二定标线(12)的长方形结构的长均与y轴平行，定标星点(13)正方形的至少一条边与y轴平行；所述靶标(15)平面直角坐标系XOY的坐标原点O为第一定标线(1)长方形结构位于左上角的顶点，X轴的正方向为第一定标线(1)指向第二定标线(2)，Y轴的正方向为第一定标线(1)指向第一定标星点(13)；所述的靶标(15)大小长度和宽度均大于300·L；所述的靶标(15)中的第一定标线(1)至第十二定标线(12)、第一定标星点(13)透光，其余部分不透光，透光部分与不透光部分对比度不低于100:1。2.根据权利要求1所述的一种空间面阵相机亚像元点扩散函数测量方法，其特征在于包括如下步骤：(1)使用图像采集系统(18)采集靶标(15)在面阵相机(17)焦面上的图像，同时调整靶标(15)的位置，直至靶标(15)的第一定标线(1)位于面阵相机(17)产生图像的某一行、第七定标线(7)位于面阵相机(17)图像某一列，固定此时靶标(15)的位置；(2)设置面阵相机(17)的曝光时间，使得定标星点(13)在面阵相机(17)产生图像中灰度值的范围为[0.5K，0.6K]；利用图像采集系统(18)采集得到P帧当前曝光时间下的靶标(15)的图像；所述的K为面阵相机(17)的饱和灰度值，P为大于100的正整数；(3)分别对步骤(2)采集得到的第X帧靶标(15)图像上的第一定标线(1)所在行进行采样得到图像序列灰度值A、第七定标线(7)所在列进行采样得到图像序列灰度值B，X＝1,2,3…P；(4)根据面阵相机(17)的满阱电子数M以及图像量化位数bs将步骤(3)中得到的图像灰度值序列A和图像灰度值序列B转换为电子数序列，转换过程由公式给出，其中，x为图像灰度值序列中采样点的灰度值，xe为电子数序列中采样点灰度值的电子数；进而得到电子数序列数组C和电子数序列数组D；(5)定义二维数组E，数组E大小为10行*222列，其中，二维数组E中前10行的1-20列、42-60列、82-100列、122-140列、162-180列、202-222列中所有元素为1，前10行的22-40列、62–80列、102-120列、142-160列、182-200列中所有元素为0，E(1,21)＝0.1，E(1,41)＝0.8，E(1,61)＝0.3，E(1,81)＝0.6，E(1,101)＝0.5，E(1,121)＝0.4，E(1,141)＝0.7，E(1,161)＝0.2，E(1,181)＝0.9，E(1,201)＝0，E(2,21)＝0.2，E...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘薇，高慧婷，齐文雯，曹世翔，江澄，吴玮，何红艳，谭伟，李方琦，石志城，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11