传输型CCD相机综合像质评价方法的研究

    0 引 言

    传输型 CCD 相机是指以 CCD 探测器为图像载体、以成像质量为主要技术指标的光电整机系统。影响其最终成像质量的因素主要包括: 单纯光学系统的成像质量和 CCD 器件及其后续电路系统对成像质量的影响。针对光学系统的成像质量, 可以利用常规检测方法(如星点检验、分辨率检验等)、干涉检测方法和传递函数对像质进行测试与评价。而对于光电整机系统进行综合像质检测与评价时, 不仅要考虑光学系统的测试, 更应考虑 CCD 探测器的积分离散采样过程及其自身的电荷转移、扩散等对相机最终成像质量的影响。利用实验室的技术条件进行整机系统的像质评价, 是研制高质量 CCD 相机的重要过程。光学传递函数作为全面、客观评价光学系统成像质量的重要指的检测技术( 包括检测理论、方法和检测设备) 都比较成熟。而 CCD 探测器是一种空间离散采样系统, 它并不满足线性空间不变性的条件, 即不符合传递函数的应用条件[1- 4]。

    文中分析了传输型 CCD 相机成像理论, 采用全 面、客观的传递函数的方法对传输型 CCD 相机整机系统的像质进行评价。

    1 理论建模分析

    从 CCD 探测器的成像采样过程进行讨论分析,进而建立 CCD 相机整机的成像质量评价模型。

    1.1 CCD 探测器的积分离散采样过程分析

    CCD 探测器的图像记录过程是 CCD 像元积分离散采样过程, 包含 2 个成像过程: 一是像元积分成像过程, 即每个像元输出信号是与该像元面上的入射光辐射强度的面积分成正比; 二是以像元中心距为采样间隔对连续图形目标的离散采样过程。

    以面阵 CCD 探测器为例, 针对空间二维积分采样过程, 分析 CCD 探测器的成像过程, 讨论以传递函数来评价其成像过程所必需的条件。

    1.1.1 像元积分成像过程分析

    通常, CCD 像元接收面为矩形, 以 !x, !y分别表示像元在 x, y 方向的几何宽度。CCD 像元的积分成像过程可用矩形函数来表示。

    从理论设计和制造工艺上看, CCD 探测器每个像元的采样方式是一致的, CCD 像元的积分成像过程进一步理解为: 单个 CCD 像元在目标函数上连续移动, 图像目标( 物函数) 与单个像元积分成像相互作用, 形成按像元空间排列的输出图像 ( 像函数) , 即CCD 像元的积分输出图像是由输入图形目标函数与像元成像积分函数的卷积而形成, 可表示为:

    式中: O(x, y)表示输入目标图像函数, 称作物函数;I(x, y)表示 CCD 像元输出图像函数, 称作像函数; A为放大系数。