[发明专利]一种星载推扫式相机点扩散函数的实验室测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于航天光学遥感技术领域，涉及一种星载推扫式相机点扩散函数的实验室测量装置及方法，特别涉及靶标设计、实验方法和实验数据处理方法。

背景技术

光学系统在理想状态下，物空间一点发出的光能量在像空间也集中在一点上，但是实际的光学系统成像时，由于衍射和像差以及其它工艺的影响，物空间一点发出的光在像空间是分布在一定的区域内，其分布曲线称为点扩散函数PSF。调制传递函数MTF是客观评价光学系统成像质量的重要指标，目前国内为了定量化评价相机成像质量，发射之前都进帧实验室的MTF测试，但MTF只是PSF在频域的幅值信息，不包含相位信息。目前常用的MTF测试方法包括以下三种，第一种是对比度矩形靶标法，可以用于面阵或推扫相机MTF测试，黄巧林等人2006年在《航天返回与遥感》上发表的《航天光学遥感器MTF测试技术研究》一文中给出了高对比度矩形靶标测试方法，该方法受采样相位的影响，测试误差较大，该文中的低频靶标法对相位不敏感，但易受噪声影响；第二种是斜刃边靶标法，只适用于面阵CCD的MTF地面测试，张孝弘等人2006年在中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议上发表的《面阵CCD相机的MTF测试技术》一文介绍了实验方法和数据处理算法，该处理方法增加了采样点，但无法准确定位初始相位；第三种是点源或狭缝测试法，目前只用于面阵CCD的MTF测试，吴海平硕士学位论文《点源法MTF测试技术研究》中详细介绍了点源法实验系统，实验方法是对点光源成像，该方法计算精度较高，但对准直显微物镜的对准精度要求较高，必须保证点光源在一个像素内成像。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对国内现有星载TDICCD地面只测MTF的现状，提出一种星载推扫式相机点扩散函数的实验室测量装置及方法，本发明通过靶标设计和数据处理方法解决相位对准问题，可同时进帧多档积分级数下PSF的测试。

本发明的技术方案是：一种星载推扫式相机点扩散函数的实验室测量装置，包括光源系统、靶标、平行光管、TDI CCD相机、图像采集系统；靶标放置在平行光管的焦面上，平行光管与TDI CCD相机的光轴共轴放置，靶标被光源系统产生的均匀光照亮，经过平行光管和TDI CCD相机，成像在TDI CCD相机的焦面上，形成靶标的图像，图像采集系统对成像结果进帧采集和处理；

所述的靶标上包括第一星点至第n星点、第一定标线、第二定标线、第一定标点至第十二定标点；其中星点的个数n等于待测积分级数个数；第一星点至第n星点、第一定标线、第二定标线、第一定标点至第十二定标点均在最高积分级数线与0级积分级数线之间；

所述的第一星点至第n星点为正方形，边长为标准长度L的0.9倍；所述L＝(f_col/f_cam)d，其中f_col为平行光管的焦距，f_cam为TDI CCD相机的焦距，d为TDI CCD相机中探测器单元间距；第一定标线和第二定标线均为等腰三角形，顶角均小于2度，且高度均大于L的最高积分级数K倍，其中K为最高积分级数；第一定标点至第十二定标点为正方形，边长均为L；

在所述靶标上建立直角坐标系x-y，x轴为最高级积分级数基准线，x轴的正方向为线阵方向，y轴的正方向为TDI CCD相机的推扫方向；在所述靶标上沿x轴正方向定标点、定标线和星点位置依次为：第一定标点位于坐标系上的(0,0)点，第三定标点位于坐标系上的(20·L,0.5·L)点，第五定标点位于坐标系上的(40·L,L)点，第十一定标点位于坐标系上的(60·L,(K-1)·L)点，第九定标点位于坐标系上的(80·L,(K-0.5)·L)点，第七定标点位于坐标系上的(100·L,K·L)点，第一定标线的中垂线在x轴对应位置为160·L，第一星点位于坐标系上的(220·L,(K-k1)·L)点，其中k1为第1个待测的积分级数，第n星点位于坐标系上的((220+40·(n-1))·L,(K-kn)·L)点，其中kn为第n个待测的积分级数，第二定标线的中垂线在x轴对应位置为(280+40·(n-1))·L，第八定标点位于坐标系上的((340+40·(n-1))·L,K·L)点，第十定标点位于坐标系上的((360+40·(n-1))·L,(K-0.5)·L)点，第十二定标点位于坐标系上的((380+40·(n-1))·L,(K-1)·L)点，第六定标点位于坐标系上的((400+40·(n-1))·L,L)点，第四定标点位于坐标系上的((420+40·(n-1))·L,0.5·L)点，第二定标点位于坐标系上的((440+40·(n-1))·L,0))。