红外光电成像系统MTF测试技术分析

章文炳,林杰

(福建师范大学闽南科技学院,福建泉州,362332）

红外光电成像系统MTF测试技术分析

章文炳,林杰

(福建师范大学闽南科技学院,福建泉州,362332）

本文对红外光电成像系统MTF测试技术进行了分析，阐述了MTF测试技术的概念和MTF倾斜目标靶测试原理，并对MTF测试受狭缝的影响进行了说明，还将红外光电成像系统MTF测试斜缝法与斜刀口进行了对比，最后总结了红外光电成像系统MTF测试技术的要点，旨在提高MTF测试技术促进红外光电系统成像的质量。

红外光电成像系统；MTF测试技术

1 MTF测试技术概述

1.1 MTF测试技术概念

MTF测试技术是调制传递函数，评价红外电成像系统整机成像质量的重要指标就是MTF测试技术。MTF测试技术常用的检测方法有很多，主要的方法有：狭缝法、推扫法、刀口法等。但是测试方法的要求非常高，环节也十分复杂，所以在使用MTF测试技术时要选择合适方法。

1.2 MTF测试技术应用于红外光电成像系统

由于红外电成像系统自身的特点，对红外光电成像系统测试技术和测试设备的要求非常高，测试的环节也十分复杂，所以选择MTF测试技术。CCD是红外光电成像系统的探测器，但是CCD探测器的像元尺寸和采样间隔会受到一定的限制，这就会给MTF测试技术的采样工作带来一定的困扰。所以为了不断的提高MTF测试技术的采样率，使获得红外光电成像系统的MTF有一定的精确度，红外光电成像系统在选择MTF测试技术时通常选用MTF测试中的倾斜目标靶测试方法。

2 MTF倾斜目标靶测试原理

红外光电成像系统测试中主要采用的倾斜目标靶测试法中的斜缝法和斜刀口法。下面是对这两种方法的详细介绍：

2.1 基于倾斜目标靶测试法的斜缝法

斜缝方式主要应用于竖直狭缝CCD成像，当竖直狭缝在CCD上成像时，CCD像元的排列十分紧密，所以MTF测试的采样的间隔为每一个瞬时视场采样一次。但是间隔的大小会受到狭缝倾斜角的影响，所以一旦狭缝发生倾斜，CCD各行的峰值信号就会在水平方向上发生一定的变化，导致间隔错开。红外光电成像系调制传递函数MTF是通过CCD狭缝像的各行峰值在固定的位置上对齐，然后将所有的数据平均交叠，最后再将所有的交叠的数据进行傅里叶的变换这样就得到了MTF。应用斜缝法最大的优势就是：利用斜缝像与狭缝倾斜角的角度关系可以对探测器进行单元细分，这样就能够实现MTF精确采样的目的。

2.2 基于倾斜目标靶测试法的斜刀口法

在红外光电成像系统中，存在一种竖直刀口图像，这种图像的数据每一行都是线扩散函数逐渐积累的卷积和一个正常的阶跃函数，但是红外光电成像系统存在欠采样的效应，所以竖直刀口图像的每一行数据的采样率都不足，就导致了不能给系统提供足够的数据用来重建高于系统的奈奎斯特频率的MTF数据。斜刀口法与斜缝法类似，红外光电成像系统的MTF测试结果都是通过傅里叶变换得到的。斜刀口法主要是通过对竖直刀口图像上面的多行数据进行并排，然后得到一整行的数据作为斜刀口法的刀口对数据函数进行扩散，这样能够十分有效的增加竖直刀口图像点数，从而有效的提高采样率，采样率提高之后就能够在一定程度上提高斜刀口法的测试率，为傅里叶变换提供精确的数据支持，从而保证MTF测试的结果。

3 MTF狭缝法测试实验

上文是对MTF倾斜目标靶测试原理的介绍，为了验证MTF倾斜目标靶测试原理就对MTF狭缝法测试进行实验，实验的主要内容就是基于不同的狭缝测试MTF（如图1所示）。在进行实验时就是在红外光电成像系统的视场中心，用探测器采集倾斜狭缝和斜刀口的像素点。通常情况下探测器在系统的每个单元采样一次，所以探测器采样的的间隔为15μm。但是在倾斜目标靶测试法的狭缝法中，间隔的大小会受到狭缝倾斜角的影响，所以狭缝每倾斜一个角度探测器的爱系统中的采样间隔就变化一次。在进行狭缝法实验后可以总结出来一个结论：狭缝的宽度影响着探测器的采样间隔和采样频率，这样就会影响最终的MTF测试结果，所以只有狭缝宽度适中才能够保证探测器的采样间隔和采样频率，从而保证MTF测试数据的准确。

4 红外光电成像系统MTF测试斜缝法与斜刀口的对比

红外光电成像系统MTF的测试方法十分多样，为了选择更适合红外光电成像系统的测试方法，本文对MTF测试方法中的斜缝法与斜刀口法进行了对比，得出了以下结论：

4.1 斜刀口法比斜缝法容易受到噪声的影响

斜刀口法是由刀口对数据函数进行扩散，从而获得ESF数据的，在对ESF数据进行专业的的微分就得到了LSF，得到LSF后就可以进行傅里叶变换最后得到MTF。由以上原理可以总结出一个计算公式：F(j2πf）=FLSF(j2πf)＋j2πfFnoise(2πf），在公式的实际应用中可以得出一个结论，即：公式中的系数f会伴随着频率的变化发生变化，这证明了在红外光电成像系统中采用MTF测试技术中的斜刀口法时ESF技术会受到噪声的影响，导致微分函数的变化较大，最终导致MTF的测试曲线受到影响。

4.2 减小斜刀口法的噪声影响

由MTF测试技术中斜刀法测试法的原理可知，斜刀口法主要是通过对竖直刀口图像上面的多行数据进行并排，然后得到一整行的数据作为斜刀口法的刀口对数据函数进行扩散获取数据的，这样的工作方法就是在研究如何减小斜刀口法噪声影响之后提出来的。最开始为了减小斜刀法在测试过程中不断受到噪声影响，采取了ESF滤波方法。ESF滤波方法可以对MTF平滑曲线进行处理再对其数据进行运算分析，虽然这样能够十分有效的控制MTF曲线的波动，但是这种方法也存在一些缺陷,如：ESF滤波法的计算过程十分复杂，在计算时容易出现失误从而影响MTF测试的结果，另外ESF滤波法还会在一定程度上降低红外光电成像系统自身的高频响应性。所以，最后研究出了通过数据并排陈列成行的方法，不仅能够十分有效的减小斜刀口法的噪声影响，还在一定程度上提高了MTF测试结果的准确度。

5 总结

综上所述，红外光电成像系统MTF测试技术是一项非常复杂的技术，目前MTF测试方法中应用最广泛的是倾斜目标靶测试法中的斜缝法和斜刀口法。本文对这两种的方法进行了详细的说明，并在其原理的基础上对斜缝法和斜刀口法进行了对比分析，在对比后发现斜刀口法比斜缝法容易受到噪声的影响，随后又针对此问题研究了减小斜刀口法的噪声影响的具体方法，经过一系列的论证又回归到MTF测试技术的原理。这说明红外光电成像系统MTF测试技术在目前来看已经发展的十分完善。

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Analysis of MTF testing technology for infrared photoelectric imaging system

Zhang Wenbing,Lin Jie
(Quanzhou Institute of science and technology, Fujian Normal University, Quanzhou Fujian,362332)

This paper analyzes the infrared photoelectric imaging system MTF test technology, expounds the concept and MTF MTF test technology of inclined target test principle and test of MTF by slit effect are described, also infrared photoelectric imaging system MTF test method and oblique edge inclined seam are compared, finally summed up the main points infrared photoelectric imaging system of MTF testing technology, quality testing in order to improve the MTF technology for imaging infrared photoelectric system.

Infrared photoelectric imaging system；MTF measurement technology