数码相机曝光时间标定方法研究

    随着光电技术的发展,感光材料已不仅限于传统的光化学反应材料,曝光量¹也不仅限于感光材料的评价.半导体光电器件与时间积分线路的配合完全可以用于曝光量的记录和测量.

    以CCD和CMOS为代表的新型阵列型感光器件具有不同于传统的光化学反应感光材料的感光成像机制.简单来讲,它们以电子堆栈的形式记录曝光量的强弱,以模拟或数字形式存储或输出感光的结果º,».目前广泛使用的数码相机(Digital Still Camera-DSC)及各种型式的工业测量用CCD相机和监视摄像机等都属于这一应用范畴.

    新型感光成像器件与传统的感光材料在工作原理上的本质区别给标定工作提出了新的要求.集成化的电子感光成像器件其感光特性主要体现在最小曝光量和饱和曝光量两项指标¼,½.其意义在于给出感光成像器件正常工作的范围,而对传统的感光材料则需要给出一条感光特性曲线.在曝光量的标定中,曝光时间和像面照度是两项最重要的基本参数,有效和准确的标定对于产品研发和质量控制具有显而易见的重要性.

    1 数码相机曝光时间标定装置描述

    数码相机一般均采用内置式电子快门,这给相机曝光时间的准确标定带来了一定的困难.为了实现对数码相机曝光时间的有效标定,本文提出了辅助快门标定方法.数码相机曝光时间的标定方法研究是在曝光量国家基准装置上进行的.图1所示是数码相机曝光时间标定装置简图.

    积分球均匀光源:有16只对称分布的卤钨灯光源,每个光源前可以安装色温调整滤光片或中性衰减滤光器.亮度范围:5000 cd/m2)5 cd/m2;时间稳定性:011%/h;亮度均匀性:600 mm直径范围内2%;单灯色温差异:<50 K.

    亮度测量装置:经过辐射校准的PR715光谱辐射计作为光谱辐亮度测量仪器,在积分球均匀光源内设置两只光电探测器完成系统稳定性监测,亮度测量不确定度:116%.

    时间测量装置:高速光度计TR9600的时间标尺溯源至国家时间基准,其时间测量不确定度0114%.

    辅助快门:开合时间01020046 s,多次开合重复性为0105%.

    2 数码相机曝光时间标定装置校准过程

    利用积分球均匀光源产生不同级次的均匀亮度.经过溯源校准的光谱辐射亮度计标定积分球均匀光源的亮度.表1为不同光源功率和光阑组合时光源出口亮度分布.

    利用高速光度计标定中心快门的有效曝光时间,通过内插法计算出曝光起始时刻t和结束时刻t2.两点之间的各点照度与时间间隔相乘得到微分曝光量,将其作总体时间积分并除以快门的峰值曝光量Emax,通过计算可以得到等效曝光时间teff.计算公式¾如下.