紅外光電成像系統MTF測試技術分析

章文炳,林杰

(福建師范大學閩南科技學院,福建泉州,362332）

紅外光電成像系統MTF測試技術分析

章文炳,林杰

(福建師范大學閩南科技學院,福建泉州,362332）

本文對紅外光電成像系統MTF測試技術進行了分析，闡述了MTF測試技術的概念和MTF傾斜目標靶測試原理，并對MTF測試受狹縫的影響進行了說明，還將紅外光電成像系統MTF測試斜縫法與斜刀口進行了對比，最后總結了紅外光電成像系統MTF測試技術的要點，旨在提高MTF測試技術促進紅外光電系統成像的質量。

紅外光電成像系統；MTF測試技術

1 MTF測試技術概述

1.1 MTF測試技術概念

MTF測試技術是調制傳遞函數，評價紅外電成像系統整機成像質量的重要指標就是MTF測試技術。MTF測試技術常用的檢測方法有很多，主要的方法有：狹縫法、推掃法、刀口法等。但是測試方法的要求非常高，環節也十分復雜，所以在使用MTF測試技術時要選擇合適方法。

1.2 MTF測試技術應用于紅外光電成像系統

由于紅外電成像系統自身的特點，對紅外光電成像系統測試技術和測試設備的要求非常高，測試的環節也十分復雜，所以選擇MTF測試技術。CCD是紅外光電成像系統的探測器，但是CCD探測器的像元尺寸和采樣間隔會受到一定的限制，這就會給MTF測試技術的采樣工作帶來一定的困擾。所以為了不斷的提高MTF測試技術的采樣率，使獲得紅外光電成像系統的MTF有一定的精確度，紅外光電成像系統在選擇MTF測試技術時通常選用MTF測試中的傾斜目標靶測試方法。

2 MTF傾斜目標靶測試原理

紅外光電成像系統測試中主要采用的傾斜目標靶測試法中的斜縫法和斜刀口法。下面是對這兩種方法的詳細介紹：

2.1 基于傾斜目標靶測試法的斜縫法

斜縫方式主要應用于豎直狹縫CCD成像，當豎直狹縫在CCD上成像時，CCD像元的排列十分緊密，所以MTF測試的采樣的間隔為每一個瞬時視場采樣一次。但是間隔的大小會受到狹縫傾斜角的影響，所以一旦狹縫發生傾斜，CCD各行的峰值信號就會在水平方向上發生一定的變化，導致間隔錯開。紅外光電成像系調制傳遞函數MTF是通過CCD狹縫像的各行峰值在固定的位置上對齊，然后將所有的數據平均交疊，最后再將所有的交疊的數據進行傅里葉的變換這樣就得到了MTF。應用斜縫法最大的優勢就是：利用斜縫像與狹縫傾斜角的角度關系可以對探測器進行單元細分，這樣就能夠實現MTF精確采樣的目的。

2.2 基于傾斜目標靶測試法的斜刀口法

在紅外光電成像系統中，存在一種豎直刀口圖像，這種圖像的數據每一行都是線擴散函數逐漸積累的卷積和一個正常的階躍函數，但是紅外光電成像系統存在欠采樣的效應，所以豎直刀口圖像的每一行數據的采樣率都不足，就導致了不能給系統提供足夠的數據用來重建高于系統的奈奎斯特頻率的MTF數據。斜刀口法與斜縫法類似，紅外光電成像系統的MTF測試結果都是通過傅里葉變換得到的。斜刀口法主要是通過對豎直刀口圖像上面的多行數據進行并排，然后得到一整行的數據作為斜刀口法的刀口對數據函數進行擴散，這樣能夠十分有效的增加豎直刀口圖像點數，從而有效的提高采樣率，采樣率提高之后就能夠在一定程度上提高斜刀口法的測試率，為傅里葉變換提供精確的數據支持，從而保證MTF測試的結果。

3 MTF狹縫法測試實驗

上文是對MTF傾斜目標靶測試原理的介紹，為了驗證MTF傾斜目標靶測試原理就對MTF狹縫法測試進行實驗，實驗的主要內容就是基于不同的狹縫測試MTF（如圖1所示）。在進行實驗時就是在紅外光電成像系統的視場中心，用探測器采集傾斜狹縫和斜刀口的像素點。通常情況下探測器在系統的每個單元采樣一次，所以探測器采樣的的間隔為15μm。但是在傾斜目標靶測試法的狹縫法中，間隔的大小會受到狹縫傾斜角的影響，所以狹縫每傾斜一個角度探測器的愛系統中的采樣間隔就變化一次。在進行狹縫法實驗后可以總結出來一個結論：狹縫的寬度影響著探測器的采樣間隔和采樣頻率，這樣就會影響最終的MTF測試結果，所以只有狹縫寬度適中才能夠保證探測器的采樣間隔和采樣頻率，從而保證MTF測試數據的準確。

4 紅外光電成像系統MTF測試斜縫法與斜刀口的對比

紅外光電成像系統MTF的測試方法十分多樣，為了選擇更適合紅外光電成像系統的測試方法，本文對MTF測試方法中的斜縫法與斜刀口法進行了對比，得出了以下結論：

4.1 斜刀口法比斜縫法容易受到噪聲的影響

斜刀口法是由刀口對數據函數進行擴散，從而獲得ESF數據的，在對ESF數據進行專業的的微分就得到了LSF，得到LSF后就可以進行傅里葉變換最后得到MTF。由以上原理可以總結出一個計算公式：F(j2πf）=FLSF(j2πf)＋j2πfFnoise(2πf），在公式的實際應用中可以得出一個結論，即：公式中的系數f會伴隨著頻率的變化發生變化，這證明了在紅外光電成像系統中采用MTF測試技術中的斜刀口法時ESF技術會受到噪聲的影響，導致微分函數的變化較大，最終導致MTF的測試曲線受到影響。

4.2 減小斜刀口法的噪聲影響

由MTF測試技術中斜刀法測試法的原理可知，斜刀口法主要是通過對豎直刀口圖像上面的多行數據進行并排，然后得到一整行的數據作為斜刀口法的刀口對數據函數進行擴散獲取數據的，這樣的工作方法就是在研究如何減小斜刀口法噪聲影響之后提出來的。最開始為了減小斜刀法在測試過程中不斷受到噪聲影響，采取了ESF濾波方法。ESF濾波方法可以對MTF平滑曲線進行處理再對其數據進行運算分析，雖然這樣能夠十分有效的控制MTF曲線的波動，但是這種方法也存在一些缺陷,如：ESF濾波法的計算過程十分復雜，在計算時容易出現失誤從而影響MTF測試的結果，另外ESF濾波法還會在一定程度上降低紅外光電成像系統自身的高頻響應性。所以，最后研究出了通過數據并排陳列成行的方法，不僅能夠十分有效的減小斜刀口法的噪聲影響，還在一定程度上提高了MTF測試結果的準確度。

5 總結

綜上所述，紅外光電成像系統MTF測試技術是一項非常復雜的技術，目前MTF測試方法中應用最廣泛的是傾斜目標靶測試法中的斜縫法和斜刀口法。本文對這兩種的方法進行了詳細的說明，并在其原理的基礎上對斜縫法和斜刀口法進行了對比分析，在對比后發現斜刀口法比斜縫法容易受到噪聲的影響，隨后又針對此問題研究了減小斜刀口法的噪聲影響的具體方法，經過一系列的論證又回歸到MTF測試技術的原理。這說明紅外光電成像系統MTF測試技術在目前來看已經發展的十分完善。

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Analysis of MTF testing technology for infrared photoelectric imaging system

Zhang Wenbing,Lin Jie
(Quanzhou Institute of science and technology, Fujian Normal University, Quanzhou Fujian,362332)

This paper analyzes the infrared photoelectric imaging system MTF test technology, expounds the concept and MTF MTF test technology of inclined target test principle and test of MTF by slit effect are described, also infrared photoelectric imaging system MTF test method and oblique edge inclined seam are compared, finally summed up the main points infrared photoelectric imaging system of MTF testing technology, quality testing in order to improve the MTF technology for imaging infrared photoelectric system.

Infrared photoelectric imaging system；MTF measurement technology