一种检测图像传感器性能的装置的使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种检测图像传感器性能的装置的使用方法，属于光学成像领域。其方法步骤为：装置右侧接口与图像传感器外部框架的左侧接口连接，形成不受外界干扰的封闭空间，激光器发出平行光经过可调光衰减片，经过调节后的平行光照射在带有孔洞的衍射屏后产生衍射，衍射光线经过会聚透镜聚焦到图像传感器的像元表面形成衍射图案，最后调节可调环对衍射图案进行聚焦。通过已定标的衍射斑点的光强信息，能够定量求出图像传感器的各个性能参数。它克服了传统测试和对比方法耗费时间长、操作繁琐、场景复杂、分析困难等缺点，提供了一种不受外界干扰、直观、简明、快速同时具备定性定量功能的小型化、便捷式图像传感器性能测试与对比的装置与方法。

【技术实现步骤摘要】
一种检测图像传感器性能的装置的使用方法
本专利技术涉及光学成像领域，尤其涉及一种检测图像传感器性能的装置的使用方法。
技术介绍
图像传感器，又称为相机，是一种将光子信号转化为模拟信号或数字信号，最后将数据通过图像或者光谱的形式展现出来的装置。评价一款相机的品质，需要考虑众多基本的性能参数，包括读出噪声、光响应绝对灵敏度阈值、满井容量、动态范围、信噪比等。EMVA1288是欧洲机器视觉协会发布的用于测量这些图像传感器基本性能参数的标准测试方法——严谨的测试环境中(完全屏蔽外界的光线、由积分球产生均匀的单色光源、固定图像传感器使其与光源严格正交的光学平台等)，在不同的曝光时间与光照条件下获得大量的图片采样数据，经过详细的数据处理与分析从而获得较为精确的性能参数，对比不同相机的性能，可以直接将这些对应参数的数据进行比对从而得出结论。精确、严谨、系统性是这一方法的最大优点，但同时也具有几个缺点：(1)需要搭建较为复杂、昂贵的测试平台，测试环境不易构建；(2)需要拍摄大量的图片数据，花费较多的时间对数据进行分析处理；(3)通过参数数据对比，不能够直观、快速的比较不同相机的性能。通过用相机对干涉或者衍射效应产生的条纹或者斑点进行观测也是判断相机性能的一种方式。中国专利技术专利，公开号：CN104065956A，公开日：2014.09.24，公开了一种图像传感器的检测和标定装置，包括：一光源，用于提供一光束；该光束经过第一光栅、一透镜和第二光栅后发生干涉；该干涉图像经该图像传感器采集，根据该干涉图像检测并标定该图像传感器，其特征在于，该第一光栅的周期等于该第二光栅的周期乘以该透镜的3倍率。其不足之处是：(1)只能用于测量灵敏度与线性度，无法测量相机其他的参数；(2)测量过程繁琐，需要获取多个图像数据；(3)无法通过图像数据快速、直观比较不同相机的性能参数。对于夫琅禾费衍射方法，目前尚未有完整的相机性能对比与标定的系统方案。此外，传统的夫琅禾费衍射装置要通过光学平台搭建，各个元件处于分立的状态，未形成一个完全封闭的系统，会受到环境光的影响，并且装置的体积较为庞大，不适合便携式快速检测。在展示与对比相机性能时，更直观简单的方式是观察不同的相机拍摄同一个场景的图片是否存在差异。比如拍摄生物荧光图像，通过观察两幅图像的信号与背景噪声的强度值或者对比度能够粗略对不同相机的读出噪声、光响应灵敏度进行判断；通过两幅图片获取的样品信号的灰度值可以比较满井容量。但这种方式的缺点在于：场景实际上过于复杂，还不够简化，受周围的光线干扰较大，只能粗略地对性能进行比对，且对比项目过于单一，更无法在量上进行估计。综上所述，目前的图像传感器性能测试与对比方法存在两种方式：(1)能够实现相机参数性能的定性与定量测量，但装置过于复杂，系统体积较大，测试效率较低；(2)能够快速模糊地进行定性判断，但方式过于粗糙，无法进行系统性分析。因此，研究一种快速、直观、简单、便携式且能够对图像传感器性能进行定性比较以及定量测量的装置尤为重要。
技术实现思路
1.解决的技术问题针对现有技术中图像传感器性能对比和测试方法中存在场景复杂，图像数据处理慢，测量过程复杂，不能定量测量，不够直观的问题，本专利技术提出了一种检测图像传感器性能的装置的使用方法，它能够实现快速、直观、简单、定量测量和定性对比图像传感器的性能参数。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：一种检测图像传感器性能的装置，包括可调光衰减片、会聚透镜、激光器、衍射屏和可调环，其中，所述的激光器、可调光衰减片、衍射屏、会聚透镜和可调环依次固定在所述的装置里，可调环的右侧设置有图像传感器，所述的激光器的左端设有电缆接口。对于每台图像传感器，只需获取一张图像，通过拍摄到的衍射斑点的级次与光强信息即可对图像传感器进行定性与定量测试，操作步骤简洁，相比其他技术，对图像传感器的对比更为直观、明了。所述的激光器的作用是产生一束单色的平行光，所述可调光衰减片的作用为衰减光源照射到衍射屏上的光强强度，所述的衍射屏的作用是使照射到衍射屏孔洞上的平行光发生衍射，所述的会聚透镜的作用是使衍射光束通过会聚透镜后聚焦，形成衍射斑点，所述可调环能够进行旋转调节从而改变会聚透镜到图像传感器芯片表面的距离，使衍射斑点的成像进一步聚焦，最后照射到图像传感器的像元表面上形成清晰的衍射图案。优选地，所述的激光器的左端的电缆接口与电源通过电缆电连接，用于连接激光器的供电电源，使激光器发出单色平行光。优选地，所述的装置右侧的接口与图像传感器外部框架的左侧接口连接在一起，形成不受外界光线干扰的封闭空间。通过调节可调环对衍射斑点的成像进行聚焦，使衍射斑点清晰成像。优选地，衍射屏上的孔洞的形状为矩形或圆形，衍射花样的形状与位置由衍射屏上的孔洞形状、孔洞形状的大小、入射波长以及会聚透镜的焦距决定；衍射斑点简洁明了，富有层次感，包含丰富的光强信息，适合作为标准测试图案。优选地，所述的装置的总长为150mm，最大直径为50mm，即装置各部分横截面，其中最大横截面的直径为50mm。所述的装置具有小型化、便携式、成本低廉的优点，无需复杂的仪器设备、测试条件与实验操作，能够快速与不同的图像传感器相连接进行对比与测试。一种检测图像传感器性能的装置的使用方法，其步骤如下：A、搭建以上所述的一种检测图像传感器性能的装置；B、将激光器左端的电缆接口与电源连接，开启激光器，激光器发出平行光，穿过可调光衰减片，经过可调光衰减片调节后的平行光照射在带有孔洞的衍射屏上后产生衍射，衍射光线经过会聚透镜聚焦，形成衍射斑点，再经过可调环对衍射斑点的成像进行进一步聚焦，最后照射到图像传感器的像元表面上形成衍射图案；C、通过调节激光器的功率对衍射图案的光强进行调整，在激光器上调节激光器控制发光功率的部位，即按钮、按键或软件设置等，对激光器发出的平行光的光强进行调整，相应地，能够调节图像传感器上的衍射图案的光强信息，为步骤D中定标衍射图案的光强信息作准备；D、定标衍射斑点的光强信息：步骤C能够改变衍射斑点的光强信息，通过改变衍射屏上的孔洞形状和孔洞形状的大小能够改变衍射斑点的尺寸，其计算公式为：其中，f为会聚透镜的焦距，λ为激光器发出的入射光波长，a为衍射屏上孔洞形状的大小，如果孔洞形状为矩形，孔洞形状的大小是指矩形的长和宽，如果孔洞形状为圆形，孔洞形状的大小是指圆的直径，Dk为所形成的衍射斑点的尺寸大小；通过光谱仪或者标准图像传感器对产生的零级衍射斑点的单位时间单位面积所接收到的光子数进行测量，测得零级衍射斑点所对应的单位面积单位时间的光子数目为I0，对于其他各级衍射斑点的光子信息，根据公式对各级衍射斑点的光子数进行求解；其中，Ik为第k级衍射斑点的单位时间单位面积接收到的光子数，由此，能够得到各级衍射斑点所对应的光子数信息。E、定性比较分析不同图像传感器的性能参数：根据步骤D中定标的衍射图案光强信息，通过相机软件控制不同图像传感器拍摄同一幅衍射斑点图像，通过比较不同图像传感器所能拍摄观察到的衍射级次k以及相应级次衍射斑点的灰度值对灵敏度、动态范围、读出噪声、信噪比和满井容量进行定性比较：能观察到的衍射级次k越高，图像传感器的探测灵敏度越高；能观察到的衍射级次k越高，图像传感器的读本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测图像传感器性能的装置，包括可调光衰减片(2)和会聚透镜(4)，其特征在于，它还包括激光器(1)、衍射屏(3)和可调环(5)，其中，所述的激光器(1)、可调光衰减片(2)、衍射屏(3)、会聚透镜(4)和可调环(5)依次固定在所述的装置内，可调环(5)的右侧设置有图像传感器(6)，所述的激光器(1)的左端设有电缆接口。

【技术特征摘要】
1.一种检测图像传感器性能的装置的使用方法，其步骤如下：A、一种检测图像传感器性能的装置，包括可调光衰减片(2)和会聚透镜(4)，它还包括激光器(1)、衍射屏(3)和可调环(5)，其中，所述的激光器(1)、可调光衰减片(2)、衍射屏(3)、会聚透镜(4)和可调环(5)依次固定在所述的装置内，可调环(5)的右侧设置有图像传感器(6)，所述的激光器(1)的左端设有电缆接口，所述的装置右侧的接口与图像传感器(6)外部框架的左侧接口连接在一起，形成不受外界光线干扰的封闭空间，所述的装置的总长为150mm，最大直径为50mm；搭建以上所述一种检测图像传感器性能的装置；B、将激光器(1)左端的电缆接口与电源(11)连接，开启激光器(1)，激光器(1)发出平行光，穿过可调光衰减片(2)，经过可调光衰减片(2)调节后的平行光照射在带有孔洞的衍射屏(3)上后产生衍射，衍射光线经过会聚透镜(4)聚焦，形成衍射斑点，再经过可调环(5)对衍射斑点的成像进行进一步聚焦，最后照射到图像传感器(6)的像元表面上形成衍射图案；C、通过调节激光器(1)的功率，对衍射图案的光强进行调整，为步骤D中定标衍射图案的光强信息作准备；D、定标衍射斑点的光强信息：步骤C能够改变衍射斑点的光强信息，通过改变衍射屏(3)上的孔洞形状和孔洞形状的大小能够改变衍射斑点的尺寸，其计算公式为：其中，f为会聚透镜(4)的焦距，λ为激光器(1)发出的入射光波长，a为衍射屏(3)上孔洞形状的大小，Dk为所形成的衍射斑点的尺寸大小；通过光谱仪或者标准图像传感器对产生的零级衍射斑点的单位时间单位面积所接收到的光子数进行测量，测得零级衍射斑点所对应的单位面积单位时间的光子数目为I0，对于其他各级衍射斑点的光子信息，根据公式对各级衍射斑点的光子数进行求解；其中，Ik为第k级衍射斑点的单位时间单位面积接收到的光子数，由此，能够得到各级衍射斑点所对应的光子数信息；E、定性比较分析不同图像传感器(6)的性能参数：根据步骤D中定标的衍射图案光强信息，不同图像传感器(6)拍摄同一幅衍射斑点图像，通过比较不同图像传感器(6)所能拍摄观察到的衍射级次k以及相应级次衍射斑点的灰度值μy.k对灵敏度、动态范围、读出噪声、信噪比和满井容量进行定性比较：能观察到的衍射级次k越高，图像传感器(6)的探测灵敏度越高；能观察到的衍射级次k越高，图像传感器(6)的读出噪声越小；同时，表明在接收到相同光子数时，图像传感器(6)的信噪比越高；通过比较不同图像传感器(6)对同一个未饱和的较低级次衍射斑点所显示出的明暗程度进行定性比较分析，衍射斑点显示越亮的图像传感器(6)，其满井容量越小，最大信噪比越大；通过比较不同图像传感器(6)对同一幅衍射图案所能观察到的未饱和的最低衍射级次到最高衍射级次的区间范围或个数，范围越大的表示其动态范围越大；F、定量求出单个图像传感器(6)的各个性能参数；图像传感器(6)的性能参数包括光响应绝对灵敏度阈值、读出噪声、满井容量、系统整体增益、最大信噪比SNRmax和动态范围DR；光响应绝对灵敏度阈值：通过图像处理软件对图像传感器(6)拍摄的图片进行自动对比度调整，观察图像传感器(6)所能分辨出的衍射斑点的最高衍射级次kmax，从步骤D中得到衍射级数为kmax时，衍射斑点单位面积单位时间的光子数Ik.max，由此计算实际可探测的最低光子数，即得光响应绝对灵敏度阈值：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵，庄阿伟，
申请(专利权)人：福州鑫图光电有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35