一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置

摘要

本发明具体涉及一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置。目前，彩色电视空间分辨力测量出的精度不高，测量图案也不稳定。本发明提供的一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置，包括彩色目标发生模块、准直平行光学单元以及被测产品及调整台，彩色目标发生模块包括光源、亮度色度控制单元和目标靶；准直平行光学单元由与被测物品中心相对的离轴抛物面反射式平行光管、半透半反射镜和反射镜组成。本发明在标准彩色目标发生模块中采用双积分球系统产生测试图案，通过反馈调节，实现对测试图案亮度和色度的实时监控并根据需要改变颜色信息，本装置选用离轴抛物面反射式平行光管，不会产生色差，同时，光管中心区域没有遮拦，保证了精度要求。

权利要求

1.一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置，包括彩色目标发生模块（12）、准直平行光学单元（7）以及被测产品及调整台（8），其特征在于：所述准直平行光学单元（7）由离轴抛物面反射镜（9）、半透半反射镜（10）和反射镜（11）组成；所述彩色目标发生模块（12）包括前景彩色目标发生模块和背景彩色目标发生模块，前景彩色目标发生模块和背景彩色目标发生模块分别设置于准直平行光学单元（7）两侧；所述前景彩色目标发生模块和背景彩色目标发生模块均包括光源（1）、亮度色度控制单元（13）和目标靶，所述亮度色度控制单元（13）包括连续中性密度滤光片（2）、主积分球（3）、三色滤光片组（4）和次积分球（5）;其中滤光片（2）、主积分球（3）、三色滤光片组（4）和次积分球（5）依次沿光源（1）发出的自然光的光轴排列；所述前景彩色目标发生模块和背景彩色目标发生模块的目标靶分别包括正四杆靶（6）和负四杆靶（6′），它们分别位于前景彩色目标发生模块和背景彩色目标发生模块两个次积分球（5）的出光侧，且位于各自光源（1）发出的自然光的光轴上，两个四杆靶（6）和（6′）与准直平行光学单元（7）的两个焦平面分别重合；所述两个主积分球（3）上均连接有照度计（15），照度计（15）通过光衰减控制器（14）与连续中性密度滤光片（2）相连；所述两个次积分球（5）上均连接有彩色亮度计（17），彩色亮度计（17）通过滤光片切换控制器（16）与三色滤光片组（4）相连。

2.根据权利要求1所述的一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置，其特征在于：

所述光源（1）是钨卤灯光源或白炽灯光源。

3.根据权利要求1或2所述的一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置，其特征在于：所述离轴抛物面反射式平行光管的离轴量为200mm。

说明书

一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置

技术领域

[0001] 本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置。

背景技术

[0002] 在目前的光电系统中，为获取更多的空间频率和光谱分布信息，彩色电视成像系统正在取代传统的黑白电视成像系统，应用在生活的各个方面，担负着探测、识别及稳瞄任务。然而，彩色电视成像系统不可避免地会出现图像的彩色失真和非均匀性问题，使色彩空间分辨力下降，影响着图像色彩空间信息的准确性，从而导致目标探测、识别及稳瞄精度的降低。所以为了满足人们对产品质量的追求，必须对彩色电视成像系统的空间分辨力进行检测。

[0003] 目前，国内有黑白分辨力测试装置、光学调制传递函数检测装置、成像均匀性检测装置以及CCD相机成像质量测试装置等均是针对黑白成像系统而设计的分立检测装置。另外，彩色电视成像系统的彩色还原性能可以用标准色卡法方便的测量，但是这种测量方法并不能用来测量彩色空间分辨力。所以针对目前对彩色空间分辨力的检测方法研究的不足，提出全面的检测彩色空间分辨力的方法是很有应用价值的。

发明内容

[0004] 针对现有技术中测量出的精度不高和测量图案不稳定的问题，本发明提供了一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置。

[0005] 本发明提供的技术方案：一种彩色电视成像系统空间分辨力检测装置，包括彩色目标发生模块、准直平行光学单元以及被测产品；所述彩色目标发生模块包括光源、亮度色度控制单元和目标靶；所述准直平行光学单元由离轴抛物面反射镜、半透半反射镜和反射镜组成；所述亮度色度控制单元包括连续中性密度滤光片、主积分球、三色滤光片组和次积分球。其中滤光片、主积分球、三色滤光片组和次积分球依次沿光源发出的自然光的光轴排列；所述目标靶包括正四杆靶和负四杆靶，它们分别位于两个次积分球的出光侧，且位于光源发出的自然光的光轴上，两个四杆靶与准直平行光学单元的两个焦平面分别重合；所述主积分球上连接有照度计，照度计通过光衰减控制器与连续中性密度滤光片相连，所述次积分球上连接有彩色亮度计，彩色亮度计通过滤光片切换控制器与三色滤光片组相连。

[0006] 所述光源是钨卤灯光源或白炽灯光源。

[0007] 所述离轴抛物面反射式平行光管的离轴量为200mm。

[0008] 采用以上技术方案，本发明对现有技术有如下优点。

[0009] （1）可提供稳定可控制测试图案。本发明在标准彩色目标发生模块中采用双积分球系统产生测试图案。一方面积分球的漫反射功能可提供稳定均匀的光源；另一方面双积分球系统是由主积分球和次积分球分别控制光源的亮度和色度信息。主积分球通过反馈系统控制光源的亮度，主积分球输出的光经三色滤光片组进入次积分球，并经过次积分球的反馈系统控制光源的色度，从而实现对测试图案亮度和色度的实时监控并根据需要改变颜色信息。

[0010] （2）测量精度高。首先本测量装置相比于其他装置运用两个反馈系统控制测试图案的生成，为测试的准确性提供了一定的保证。其次，本装置的准直平行光学单元没有延续前人装置中所用的透射式平行光管，而是选用离轴抛物面反射式平行光管。一方面反射式平行光管较透射式平行光管理论上不会产生色差；同时，离轴抛物面反射式平行光管中心区域没有遮拦，在大口径光学系统中被广泛应用，从而保证了精度要求。本装置最终测试结果精度控制在0.05范围内。

附图说明

[0011] 图1是现有技术中CCD相机成像质量测试装置。

[0012] 图2是本发明的装置框图。

[0013] 图3是彩色电视成像系统空间分辨力检测光路图。

[0014] 图4是光源及亮度色度控制单元组成图。

[0015] 其中，1是光源、2是连续中性密度滤光片、3是主积分球、4是三色滤光片组、5是次积分球、6是正四杆靶、6′是负四杆靶、7是准直平行光学单元、8是被测产品、9是离轴抛物面反射镜、10半透半反射镜、11是反射镜、12是彩色目标发生模块、13是亮度色度控制单元、14是光衰减控制器、15是照度计、16是滤光片切换控制器、17是彩色亮度计。

具体实施方式

[0016] 如图1所示是现有技术中CCD相机成像质量测试装置。目前国内外对彩色电视成像系统的研究水平还有很大的提升空间，以CCD相机成像质量测试装置为例，对CCD相机成像质量的评价类似于对电视成像系统的测试。此测量系统将最小可分辨对比度做为CCD相机成像质量评价指标，装置构成如下：该测量系统采用单个光源由分光系统分光产生目标亮度和背景亮度，并投射到两个积分球之中。靶标处在两个积分球中间，两个积分球对靶标进行正面和反面的均匀照明；通过透射式平行光管投射到无穷远处，形成测试图案，提供给CCD相机。通过调节两个积分球入口处的金属衰减片的透光情况来调节进入目标积分球和背景积分球的光强度。靶标两面亮度可通过两个置于积分球中的亮度探测器来进行测量。亮度探测器输出的电信号经过放大后，送至A/D转换器。工控机作为系统的主机，用于进行相关数据的采集、处理和逻辑控制，并且将所得到的亮度和对比度信号在显示器上进行显示。不过因为这种测量标准只是对亮度的检测而跟彩色图像无关，并且在测量过程中因为分光系统、准直透镜和透射式平行光管的应用，对光强产生了一定的影响，所以测量精度不高，结果不稳定。

[0017] 为了得到稳定可控的测试图案以及高精度的测量结果，本发明由彩色目标发生模块12产生测试图案的前景色与背景色，经准直平行光学单元7形成无限远测试图案，测试图案被被测产品接收，由测控数据处理分析单元采集彩色目标图像数据，并通过反馈系统控制标准彩色目标发生模块从而改变测试图案的前景和背景色差，分析被测产品的色彩空间分辨力。

[0018] 参见图2~图4，本发明提供的一种彩色电视系统空间分辨力检测装置，包括彩色目标发生模块12、准直平行光学单元7以及被测产品及调整台8。所述彩色目标发生模块12包括光源1、亮度色度控制单元13和目标靶6或6′；所述准直平行光学单元7由离轴抛物面反射镜9，半透半反射镜10和反射镜11组成，它们共同构成离轴抛物面反射式平行光管，其与被测物品8中心相对的。

[0019] 所述亮度色度控制单元13包括连续中性密度滤光片2、主积分球3、三色滤光片组4和次积分球5，其中滤光片2、主积分球3、三色滤光片组4和次积分球5依次沿光源1发出的自然光的光轴排列；所述目标靶包括正四杆靶6和负四杆靶6′，它们分别位于两个次积分球5的出光侧，且位于光源1发出的自然光的光轴上，两个四杆靶6和6′与准直平行光学单元7的两个焦平面（半透半反射镜10和反射镜11）分别重合。

[0020] 所说的主积分球3上连接有照度计15，照度计15通过光衰减控制器14与连续中性密度滤光片2相连；所述次积分球5上连接有彩色亮度计17，彩色亮度计17通过滤光片切换控制器16与三色滤光片组4相连。

[0021] 本实施例中光源1是钨卤灯光源，离轴抛物面反射式平行光管9的离轴量为200mm。

[0022] 本发明工作原理详细描述如下：

[0023] 本发明中亮度色度控制单元13采用两套双积分球模式，具体讲卤钨灯光源1发出的光经连续中性密度滤光片2进入主积分球3，并由照度计15检测光亮度信息并将信号反馈给光衰减控制器14从而实现对光强的实时监控，主积分球3输出的光经过红、绿、蓝三色滤光片组4后进入次积分球5，由彩色亮度计17检测其色度信息，并将信号反馈给滤光片切换控制器16从而实现对测试图案的色度实时监控。两个次积分球5输出的光分别打在正四杆靶6负四杆靶6′上形成测试图案的背景和前景，正四杆靶和6负四杆靶6′分别位于反射式准直光学单元7的焦平面上。准直平行光学单元7选用离轴抛物面反射式平行光管实现前景图案和背景图案的精确对准，从而形成无限远测试目标图案，被被测产品接收。最后由测控数据处理分析单元采集彩色目标图像数据信息，并通过改变测试图案的前景和背景色差，分析被测产品的色彩空间分辨力即测试图案的最小可分辨色差，最小可探测色差和等效噪声色差。在测量时保持背景色不变，调节前景色的亮度和色度信息，并测量色差；色差最小的值即为最小可探测色差；当眼睛刚好能分辨测试图案时，测量其色差即最小可分辨色差Delta E；噪声等效色差由公式NEED = (Delta E) / (Signal/Noise)算出。

[0024] 如图4所示为光源及亮度色度控制单元13的详细工作方式。光源所发出的光经连续中性密度滤光片2、主积分球3、三色滤光片组4、次积分球5、正四杆靶6与负四杆靶6′产生测试目标图案。两套光源及亮度色度控制单元分别通过正四杆靶6与负四杆靶6′产生测试图案的背景及前景图案。在主积分球和次积分球中分别用照度计和彩色亮度计建立反馈系统，实时反馈主次积分球的输出信息。这样每套光源及亮度色度控制单元都有两套闭环控制系统，从而有效的输出所需要的不同颜色。

[0025] 另外为了实现背景和前景图案的精确对准，本装置将以往装置中选用的透射式平行光管换为离轴抛物面反射式平行光管，离轴量约为200mm。因为较透射式平行光管来说，反射式平行光管虽然制作工艺复杂但其结构简单，不受光学材料折射率、均匀性、条纹度等影响，理论上不会产生色差，而且，离轴抛物面反射式平行光管中心区域没有遮拦，在大口径光学系统中被广泛应用。

[0026] 本装置的测试方法为：

[0027] （1）由稳压电源给卤钨灯供电，产生稳定光源；

[0028] （2）卤钨灯光源经连续中性密度滤光片进入主积分球，由照度计检测光亮度信息并将信号反馈给光衰减控制器，从而实现对光强的实时监控；

[0029] （3）主积分球输出的光经过红、绿、蓝三色滤光片组后进入次积分球，由彩色亮度计检测其色度信息，并将信号反馈给滤光片切换控制器从而实现对测试图案的色度实时监控；

[0030] （4）两个次积分球输出的光分别打在正负四杆靶上形成测试图案的背景和前景，正负四杆靶分别位于准直平行光学单元的两个焦平面上；

[0031] （5）前景图像和背景图像经准直平行光学单元精确对准形成无限远测试目标图案，被被测产品接收；

[0032] （6）由测控数据处理分析单元采集彩色目标图像数据信息，并通过改变测试图案的前景和背景色差分析被测产品的色彩空间分辨力，即测量测试图案的最小可分辨色差，最小可探测色差和等效噪声色差；

[0033] （7）在测量时保持背景色不变，调节前景色的亮度和色度信息并测量色差，色差最小的值即为最小可探测色差；当眼睛刚好能分辨测试图案时，测量出的色差为最小可分辨色差Delta E；噪声等效色差由公式NEED = (Delta E) / (Signal/Noise)算出。