微光夜视仪分辨力客观评价判据研究

　　微光夜视仪是利用光增强技术的光电成像系统,利用它可以大大扩展人眼在微弱光下的视觉能力。由于系统可以在极低照度下完全"被动"式工作,因而在军事、天文、公安及医疗生物研究等领域得广泛的应用。微光夜视仪是一个从光电再到电光的二次转换综合光电系统,评价其性能的指标很多,其中分辨力是反映其综合性能的关键指标之一。测量分辨力的传统方法是采用目视观察法,即主观测量法,该方法存在许多不足[1],最主要的问题是测量结果因人而异,因此客观评价分辨力是非常必要的。文献[1]对可见光学系统分辨力的客观检测作了深入研究,给出了有效的客观评价方法。然而由于可见光学系统与电子光学系统有很大差别,前者成像质量取决于系统的像差,而后者除了像差外,还受光电子系统的噪声及多重传递环节的影响。因此,二者的客观评价方法不可能相同。本文从分辨力测量图案的夜视图像特点和人眼观察图像识别条纹目标的特点出发,提出用灰度-梯度共生矩阵模型的纹理分析方法来研究微光夜视仪分辨力的客观评价问题。

　　1　图像分析

　　从实质上讲,任何一幅图像是由两种基本要素构成,即像点的灰度和像点间的梯度,各像点灰度是构成一幅图像的基础,而梯度则是构成图像边缘轮廓的要素,图像的主要信息是由像的边缘轮廓提供的。图1.1是测量微光夜视仪分辨力用的标准分辨力板图案,图1.2是测量某微光夜视仪分辨力时,利用CCD摄取夜视仪目镜中的图像。分辨力测量图案是一系列由不同尺寸,不同间隔的三条纹刻线组组成。设背景的灰度为F1,条纹的灰度为F2,对每个三条纹图像(横向或竖向)进行分析,则对此三条纹图案来说,条纹内部和背景内部各像点分别具有各自相同的灰度值,这些像点的梯度值为零,在背景与条纹之间的边界区域内的像点,其灰度值在F1与F2之间,梯度的大小取决于边界与条纹之间的反差和边界的宽度,如果以灰度值为X轴,梯度值为Y轴,像点数为Z轴组成三维空间,灰度相同的背景聚集在灰度轴F1处,灰度相同的条纹像点聚集在灰度轴F2处,而条纹与背景的边界处像点则聚集在梯度为零至最大值之间,灰度在F1与F2之间的区域中。

　　在图1.2中,由于微光夜视仪存在像差和噪声,背景和条纹区域内的像点的灰度不均匀,噪声点与邻域内像点的灰度不再一致,因而此邻域内各像点的梯度值不再为零,此时靠近灰度轴聚集的像点数随噪声像点数的增多而减少,并离开灰度轴沿着梯度轴散开分布。在边界区域内,由于噪声像点的干扰,使像点的梯度值降低,边界也变得模糊。图1.3是经微光夜视仪成像后,分辨力图像在灰度-梯度空间中的像数分布。