基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统和方法。系统中，星点物方目标由点光源阵列构成，点光源阵列通过点光源调节组件固定安装在物平面基底上，点光源阵列等间距阵列在物平面基底上，不同区域点光源通过对应的点光源调节组件固定安装在物平面基底上，数字成像系统安装在位移台上，点光源阵列位于数字成像系统理想物平面四分之一区域。方法利用系统对数字成像系统进行分视场点扩散函数检测。本发明专利技术实现了数字成像系统的点扩散函数标定装置的构建，并使用泽尼克基对实拍图像计算出的点扩散函数进行优化，较好地标定了数字成像系统的点扩散函数。地标定了数字成像系统的点扩散函数。地标定了数字成像系统的点扩散函数。

【技术实现步骤摘要】
基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统和方法


[0001]本专利技术属于数字图像处理领域的一种数字成像系统点扩散函数标定系统，具体涉及了一种基于星点物方目标的数字成像系统点扩散函数标定系统和方法。

技术介绍

[0002]点扩散函数描述了数字成像系统对点光源或者冲击函数的响应，其能量的弥散程度是衡量数字成像系统成像质量的重要指标。测试实际光学系统的点扩散函数的方法主要可以分为图像去卷积法和实拍标定法。图像去卷积法需要大量的后处理计算，无法应对全视场稠密标定的需求。且因为去卷积问题的病态性，估计得到的点扩散函数并不准确。实拍标定法使用特定的星点物方目标，模拟数字成像系统对物面上的理想点的成像结果。在其标定过程中，实测图像的噪声及镜头的渐晕是难以避免的问题。因此，为了满足对数字成像系统进行稠密点扩散函数测量并评估成像质量的需求，构建针对性的硬件装置(模拟特定的星点物方目标)和软件算法(解决图像噪声和镜头渐晕问题)来获取成像系统的点扩散函数是很有必要的。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足和解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出一种基于星点物方目标的数字成像系统点扩散函数标定系统和方法，本专利技术通过由实拍星点物方目标构成的数据集用以模拟数字成像系统对物面上的理想点的成像结果。在其标定过程中，实测图像的早上及镜头的渐晕是难以避免的问题。因此，考虑到工程中实际情况，本专利技术确保了点光源主光线汇聚于成像系统光轴中心。
[0004]为达到以上目的，本专利技术方案采用以下技术方案：r/>[0005]一、一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统
[0006]系统包括物平面基底、点光源阵列、点光源调节组件和位移台；点光源阵列通过点光源调节组件固定安装在物平面基底上，点光源阵列由多个点光源以矩阵阵列形式间隔布置在物平面基底上，各个点光源通过对应的点光源调节组件固定安装在物平面基底上，位移台上固定安装有数字成像系统，数字成像系统设置在物平面基底安装有点光源阵列的一侧并且数字成像系统与点光源阵列之间间隔布置，点光源阵列作为物方星点目标。
[0007]所述点光源阵列中各个点光源均在数字成像系统的成像平面上，以光轴中心将数字成像系统的全视场等分为4部分并分别记为第一
‑
第四子视场，将相邻两个子视场之间的分割线记为视场分割线，点光源阵列位于数字成像系统的其中一个子视场中，点光源阵列的其中一个角点与数字成像系统的光轴中心重合，点光源阵列的两个边分别在当前子视场的两条视场分割线上并且点光源阵列的另一个角点设置在当前子视场的视场边缘线上或者在当前子视场外。
[0008]取当前子视场的多个分割视场角，再根据分割视场角计算获得点光源阵列中对应的多条圆弧分割线的半径，进而利用多条圆弧分割线对所述点光源阵列进行点光源区域划
分，所述点光源阵列的所有点光源的高度相同；每个点光源区域中，所有点光源的主光线的出射角度相同并且中间圆弧所在点光源的主光线入射至数字成像系统的光轴中心。
[0009]所述圆弧分割线的半径r
θ
的计算公式如下：
[0010]r
θ
＝|l|tanθ
n1
[0011]其中，|l|为数字成像系统的光轴中心到点光源阵列的距离，θ
n1
表示第n1个分割视场角。
[0012]所述点光源调节组件包括折弯基座和基座高度调整垫片，基座高度调整垫片固定安装在物平面基底上，折弯基座下表面的一侧固定安装在基座高度调整垫片上，折弯基座上表面的另一侧固定安装有点光源；折弯基座的折叠角调整，从而调整对应点光源的主光线的出射角度，基座高度调整垫片的高度调整，最终使得各个点光源的高度相同。
[0013]所述基座高度调整垫片的高度计算公式如下：
[0014]h
n2
＝s(sin40
°‑
sinα
n2
)
[0015]其中，h
n2
表示第n2个点光源区域中基座高度调整垫片的高度，s为点光源中心到折弯基座的弯折线之间的距离，α
n2
表示第n2个点光源区域中折弯基座的折叠角。
[0016]二、一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定方法
[0017]方法采用所述的点扩散函数标定系统，方法包括以下步骤：
[0018]1)在数字成像系统和点光源阵列之间放置平面镜，平面镜与点光源阵列平行且间隔布置，移动位移台，直至数字成像系统反射像在拍摄图像的中心，将此时位移台的位置记为数字成像系统的初始位置，撤去平面镜；
[0019]2)以数字成像系统的初始位置为原点，拍摄获得点光源阵列在当前子视场中不同偏移情况下数字成像系统的传感器图像，对当前子视场中不同偏移情况下的传感器图像进行坏点矫正、暗电平减除、白平衡和去马赛克后得到当前子视场中不同偏移情况下的线性彩色图像；
[0020]3)对当前子视场中各个偏移情况下的线性彩色图像进行点扩散函数PSF检测；
[0021]4)根据当前子视场中各个偏移情况下的点扩散函数PSF计算当前子视场中各个偏移情况下点扩散函数的光学传递函数，并优化一组泽尼克基使该泽尼克基重建的光学传递函数与所有点扩散函数的光学传递函数之间均方误差最小，再利用泽尼克基重建的光学传递函数做傅里叶反变换，得到当前子视场的点扩散函数；
[0022]5)转动数字成像系统，使得点光源阵列位于另一个子视场，重复3)～4)，获得另一个子视场的点扩散函数，直到获得数字成像系统的所有子视场的点扩散函数。
[0023]所述3)具体为：
[0024]3.1)根据点光源阵列中相邻两个点光源的间距确定线性彩色图像的像素空间中的最小视场区域，对于当前子视场中每个偏移情况下的线性彩色图像，判断当前偏移情况下的线性彩色图像的每个最小视场区域内是否存在满足阈值条件的实测点扩散函数PSF，如果存在，则执行3.2)，否则扩大当前视场区域，直至最新的视场区域内存在满足阈值条件的实测点扩散函数PSF，再执行3.2)；
[0025]3.2)计算当前视场区域的直方图，再利用直方图统计像素值大于像素阈值的像素数量，所述像素阈值为当前视场区域的像素最大值max的0.8倍，将像素值大于像素阈值的像素记为核心像素；当核心像素数量为1时，以当前核心像素为点扩散函数PSF的中心像素，
在当前视场区域内截取预设大小的矩阵作为点扩散函数PSF；
[0026]当核心像素数量大于等于2时，再计算所有核心像素的像素空间坐标的平均值，当核心像素坐标和的最大值、最小值与平均值的偏离均大于预设偏移阈值时，则将与当前视场区域中心距离最近的核心像素作为点扩散函数PSF的中心像素，再在当前视场区域内截取预设大小的矩阵作为点扩散函数PSF；否则，则将所有核心像素的像素空间坐标的平均值所在像素作为点扩散函数PSF的中心像素，再在当前视场区域内截取预设大小的矩阵作为点扩散函数PSF；
[0027]3.3)对当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统，其特征在于，包括物平面基底(1)、点光源阵列(2)、点光源调节组件和位移台(5)；点光源阵列(2)通过点光源调节组件固定安装在物平面基底(1)上，点光源阵列(2)由多个点光源以矩阵阵列形式间隔布置在物平面基底(1)上，各个点光源通过对应的点光源调节组件固定安装在物平面基底(1)上，位移台(5)上固定安装有数字成像系统，数字成像系统设置在物平面基底(1)安装有点光源阵列(2)的一侧并且数字成像系统与点光源阵列(2)之间间隔布置，点光源阵列(2)作为物方星点目标。2.根据权利要求1所述的一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统，其特征在于，所述点光源阵列(2)中各个点光源均在数字成像系统的成像平面上，以光轴中心将数字成像系统的全视场等分为4部分并分别记为第一
‑
第四子视场，将相邻两个子视场之间的分割线记为视场分割线，点光源阵列(2)位于数字成像系统的其中一个子视场中，点光源阵列(2)的其中一个角点与数字成像系统的光轴中心重合，点光源阵列(2)的两个边分别在当前子视场的两条视场分割线上并且点光源阵列(2)的另一个角点设置在当前子视场的视场边缘线上或者在当前子视场外。3.根据权利要求1所述的一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统，其特征在于，取当前子视场的多个分割视场角，再根据分割视场角计算获得点光源阵列(2)中对应的多条圆弧分割线的半径，进而利用多条圆弧分割线对所述点光源阵列(2)进行点光源区域划分，所述点光源阵列(2)的所有点光源的高度相同；每个点光源区域中，所有点光源的主光线的出射角度相同并且中间圆弧所在点光源的主光线入射至数字成像系统的光轴中心。4.根据权利要求3所述的一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统，其特征在于，所述圆弧分割线的半径r
θ
的计算公式如下：r
θ
＝|l|tanθ
n1
其中，|l|为数字成像系统的光轴中心到点光源阵列的距离，θ
n1
表示第n1个分割视场角。5.根据权利要求1所述的一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统，其特征在于，所述点光源调节组件包括折弯基座(3)和基座高度调整垫片(4)，基座高度调整垫片(4)固定安装在物平面基底(1)上，折弯基座(3)下表面的一侧固定安装在基座高度调整垫片(4)上，折弯基座(3)上表面的另一侧固定安装有点光源；折弯基座(3)的折叠角调整，从而调整对应点光源的主光线的出射角度，基座高度调整垫片(4)的高度调整，最终使得各个点光源的高度相同。6.根据权利要求5所述的一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定系统，其特征在于，所述基座高度调整垫片(4)的高度计算公式如下：h
n2
＝s(sin40
°‑
sinα
n2
)其中，h
n2
表示第n2个点光源区域中基座高度调整垫片(4)的高度，s为点光源中心到折弯基座(3)的弯折线之间的距离，α
n2
表示第n2个点光源区域中折弯基座(3)的折叠角。7.一种基于星点目标的数字成像系统点扩散函数标定方法，其特征在于，方法采用权利要求1
‑
6任一所述的点扩散函...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯华君，罗鹏，陈世锜，徐之海，李奇，陈跃庭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：