可见光CCD成像系统成像性能新型表征及客观测量技术研究

可见光CCD成像系统是视觉信息获取的主要设备，应用日益普及，其成像质量好坏直接影响人类认识客观事物的准确性和深入性。然而CCD为离散的成像元件，在对周期性图案成像过程中会出现频谱混淆问题，因而采用传统的成像质量评价方法有其局限性。本项目将深入研究CCD成像系统成像机理和对不同靶标的成像特性，从符合人眼视力测量和接近人眼识别真实目标出发，提出用非周期E型靶标下的E型方向判别阈值来表征成像性能的新方法, 并构建不同对比度下的调制传递函数和E型方向判别阈值联合评价体系。研制一台CCD成像系统调制传递函数和E型方向判别阈值的测量装置，并通过试验研究人眼对非周期E型靶标进行识别分类的特性，找到有效的样本数据来训练基于仿生模式识别建立的图像自动分类模型，从而实现成像性能表征参数的测量，为准确、客观地评价CCD成像系统成像质量提供理论依据，对监督国内CCD成像系统的成像性能具有重要的意义和应用价值。

可见光CCD成像系统成像质量是否能达到企业标称的成像性能指标，是广大应用者非常关注的问题。因此研究全面、有效的成像质量评价体系及成像性能检测已成为迫切需要解决的关键技术课题。. 该项目探究了矩形靶标、周期性条形靶标下CCD成像系统的成像性能，建立了成像性能调制传递函数MTF和最小可分辨对比度MRC的表征方法，提出了非周期E型靶标下的成像特性及成像性能表征E型方向判别阈值EODT新方法。依据性能表征参数测量的需要，对矩形靶标、四条条型靶标、E型靶标进行了模拟；在剖析CCD成像机理的基础上，建立了CCD成像系统的数学模型，完成了相应成像数值模拟，为测量实验研究提供理论依据。提出了用两个重叠积分球来对靶标的目标亮度和背景亮度的单独均匀照明，实现了靶标的对比度可调；设计了靶标、靶标轮、靶标照明系统及相应的亮度检测和电气控制系统，研制了 CCD成像系统成像性能表征参数的测量装置，进行了亮度的标定、亮度稳定性、重复性和复现性的性能实验。实验表明该装置测量的亮度误差值均在±0.3cd/m2范围内；亮度的稳定性和重复性也比较好，为准确测量可见光成像系统的特征参数提供了前提保障。利用该装置完成了不同对比度下的MTF测量和MRC、EODT主观测量实验；提出了用仿生模式识别方法模拟人眼自动对图像进行清晰度判别和分类，从而实现了EODT参数的客观测量，实现了成像质量全面、定量的评价。. 该研究揭示了CCD成像系统的成像机理，探明了不同靶标下的成像性能和表征方法，实现了成像性能表征参数的客观测量，构建了可见光CCD成像系统成像性能新型表征方法，为实际中可见光CCD成像系统的成像质量评价提供了理论依据，对于民用、商业、航天、国防工业等领域的应用具有举足轻重的地位。