基于C#的ICCD综合特性测试平台的设计与研究

何娜 赵岩 李超良 宋梦佳 李栋

摘要：ICCD（微光像增强CCD）应用领域十分广泛，这就使得关于ICCD的测试需求越来越多，ICCD的测试项目繁多，按照其测试原理大体分为以下四类：光电特性测试，光谱特性测试，几何特性测试：像质特性测试。传统的人工测试，操作复杂测试步骤烦琐，结果的计算量也比较大，还存在许多人为测量和人为评价环节，对测试结果加入了很多人为因素，进而造成结果的不准确，难以客观评价ICCD的光电性能，针对以上问题，利用C#语言与微软的Visual Studio开发平台设计实现了的ICCD视场综合特性测试平台，结果表明，该平台有效精确地完成了ICCD的相关测试，实现了微光器件测试测量与计算机控制技术的融合，有效地提高了测试人员的工作效率。

关键词：ICCD;综合特性测试;C#;Visual Studio

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）30-0064-03

1 引言

ICCD即增强电荷耦合器件，由像增强器与可见光CCD耦合而成。ICCD在国防、公安、工业等领域里，有重要的应用和广阔的市场前景。

ICCD器件的测试项目很多，按照其测试原理分为以下四类：有关器件光电特性的测试：信噪比、亮度增益、等效背景照度、帧内动态范围、亮度均匀性等，有关器件光谱特性的测试：光谱响应、日盲特性测试，有关几何特性的测试：放大率、视场清洁度、同轴度、光晕，有关像质特性的测试：调制度、MFT、分辨力等，这16项测试步骤也很烦琐，输入的光源也不同，结果的计算量很大，还存在许多人为测量和人为评价环节，对测试结果加入了很多人为因素，进而造成结果的不准确，难以客观评价ICCD器件。

ICCD综合特性测试仪，其目的是建立在实验室模拟紫外/可见微光条件下，通过计算机程序控制，自动测量、计算和评价ICCD器件及系统的光谱响应、视场清洁度、信号增益等各项性能。提高了测试效率和准确性，减少了人为测试的主观因素，确保了测试结果的客观性，并能够为微光视频系统进一步向更多领域拓展应用[1]，提供有效的光、机、电、算、控支撑平台。

2 ICCD综合特性测试系统组成与原理

ICCD综合特性测试仪系统由光学测试设备、图像视频采集设备和计算机构成。

2.1光学测试设备

测试设备包括：积分球、可见光/紫外光光源、测试靶、平行光管、物镜等[2]。它是产生各类测试光源和测试环境的仪器，将人为设定的光照射在被测ICCD阴极上。其构成如图1所示。

2.1.1 图像视频采集设备

圖像视频采集设备由摄像头和采集卡构成，它将光信号转换为图像灰度信息，并传递给计算机进行处理。

整个测试仪系统中，需要采集的图像信息有：被测ICCD阴极上入射光转换成的图像灰度信息，被测ICCD产生的图像灰度信息[3]。

2.1.2 计算机

计算机上安装测试仪软件，是整个系统的人机交互界面。它能够对采集的图像信息进行自动测量和评价，计算测量结果，给出测试报告。它还可通过RS232/RS422总线控制积分球光源及其他测试设备，使之达到预设参数。

2.2 ICCD综合特性测试原理

ICCD综合特性测试的测试项目主要包括光谱响应、视场清洁度、信号增益等下面以视场清洁度为例介绍ICCD综合特性测试平台的测试原理与实现方法。

2.2.1 视场清洁度测量

视场清洁度测试是使用积分球光源用均匀光照射整个光阴极面，不插入任何靶板。调节入射光照完成对输出图像上存在有各类疵点，包括亮点、暗点、点群、线条或斑的测试，其大小和数量对于不同的产品，有不同的标准规定。视场清洁度测试就是要准确地描述这些疵点的等效面积和等效直径、疵点相对荧光屏圆心的位置（即以屏中心为圆心，该疵点所在的圆周半径）。亮点：比全屏整个区域平均亮度高于用户设定阈值的疵点定义为亮点;暗点：比全屏图像整个区域平均亮度低于用户设定阈值的疵点定义为暗点[3]。

具体测试步骤为：

保持输入光源照度不变，获取ICCD输出图像，通过计算机自动分析图像中的亮点和暗点，并自动圈出。

自动分类统计暗点或亮点数量。

自动测量暗点和亮点的等效直径以最大跨度作为等效直径，例如，不规则形状以最长直径为等效直径。

自动测量暗点或亮点的位置：以荧光屏中心为圆心，自动测定暗点和亮点所在的圆周半径。

3 软件开发平台支撑环境

ICCD综合特性测试仪软件平台采用了运行平台采用Windows操作系统，软件运行环境支持Windows XP以及以上的操作系统，32位和64位系统均支持。考虑到后期的开发升级以及与Microsoft Office的相互调用，开发语言采用C#和C++混合编程的方式，开发工具使用Visual Studio .NET 2010。它是美国微软公司的开发工具集，它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，所写的目标代码适用于微软支持的全部平台，Visual Studio是目前最流行的Windows应用程序集成开发环境。更加适合窗体程序的开发。也可以满足ICCD综合特性测试软件平台的不算扩展与升级，由于积分球单色仪光源的外设API 就是采用Framework 4.0 封装的，因此使用C#可以较好地实现相应仪器的接口通信管理。

由于本软件对数据的并发读取要求不高，并且总数据量也不大，所以采用SQL Server 2005或更高版本。该数据库既可以安装在本地计算机，作为单机使用，也可以安装在服务器上，由多个客户端使用，为以后的扩展打下基础。实现了测试功能的自动化，用户调整光学设备后，软件系统将能够自动测试用户指定的参数，记录并打印输出。

4 软件平台功能设计

4.1 软件平台功能模块组成

ICCD的测试测量按照其光学特性可以主要划分为以下几类：光电特性、光谱响应特性、几何特性。选取代表三类光学特性的测试项目：光谱响应、视场清洁度、等效背景照度完成对被测的ICCD光学特性进行评价。由于ICCD的测试项目的测试步骤多，测试精度要求高，外设光源管理复杂等特点，要求测试平台必须满足界面风格敏捷直观，风格统一，外设响应灵敏，基于以上需求，ICCD测试主要功能有：测试ICCD器件的四项参数：视场清洁度、光谱响应、动态范围等特性的测试，并生成了相应的电子版本的测试结果报告的显示、保存。光机系统、被测器件、电子系统和用户信息的参数显示和设置还有采集卡的设置和管理;摄像头和采集卡的采样校正与积分球及单色仪的通讯设置;软件系统用户权限管理，分为厂家、管理员和用户的三级权限[4]。

软件平台的外部输入接口为：采集卡、用户界面交互;软件的外部输出接口为：打印机、文件（图形文件和数据文件）、用户界面。

4.2 测试业务流程

在整个ICCD综合特性测试平台，核心的测试模块包含了ICCD相关的光谱响应、视场清洁度、动态范围等测试模块是整个测试平台的核心功能模块以光谱响应为例，ICCD视场清洁度测试流程如下所示：

1）用户在测试前，可以设定积分球光源的输出光照强度，亮点暗点的阈值如果忽略，则以默认值（或上次设定值）进行设置。

2）等待积分球光源输出稳定后，采样当前ICCD阴极上的输出图像，采样25帧图像;累加图像中所有像素的灰度值，先按像素计算平均灰度，并进行25帧的平均;经过测试25帧的图像采用不影响平台的运行稳定性。

计算机自动从调整积分球光源的照度，等待一定时间一般约为70秒左右，积分球光源稳定后，采样图像;累加图像中所有像素的灰度值：计算出图像平均灰度值。以上述平均灰度值为基准，高于阈值的像素点提取出来，同样低于阈值的像素点也提取出来;用小圆将这些点自动圈住（圈的范围可以比疵点稍大一点），亮点用红圈，暗点用黄圈，以便于观察;在圆圈旁标注暗点和亮点的序号，使用CCD参数中的每像元尺寸，计算亮点和暗点的物理尺寸（等效直径和等效面积）;记录并存储亮暗点信息至数据库[5]。

测试模块通过计算机控制单色仪与积分球光源的状态，系统能根据不同的测试提示测试人员插入不同的靶板。包括可以实时查看光源与采集卡的状态，通过平台精确控制光源的输出等。通过计算机控制视频采集卡自动采样图像、计算和评价ICCD器件及系统的光谱响应、视场清洁度、信号增益等各项性能，并在软件的窗体中动态绘制相应的光谱响应曲线，并将测试结果进行保存，充分发挥了C/S平台的优势，用户可以通过输入用户名密码登录在测试完成后可以通过查看测试日期、测试员、测试备注来调取相应的测试数据包括各种测试曲线与测试过程中保存的采样图像。在每次测试结束后可以将测试过程中产生的曲线、表格生成相应的pdf文件。测试报告发布实现对每个被测的ICCD当次的检验结果生成一张检测报告单，报告单记录包括被测ICCD的管型，管号以及测试过程中保存的测试曲线以及保存的采样图像。方便用户查看打印也有效地避免了资源的浪费。

4.3 ICCD测试业务实体设计

ICCD综合特性测试平台主要核心功能就是ICCD测试模块，围绕这个模块进行的一系列业务操作并最终生成相应的测试报告，据此可将测试业务所涉及的数据分为：ICCD信息、测试基础参数数据，测试详细参数数据，测试记录，测试用户、外设接口等几类从这几类数据抽象出ICCD模型、ICCD属性，测试参数，测试记录，测试详细结果（图形）。

5 平台测试核心业务功能技术实现

基于C#的ICCD综合特性测试平台开发主要用C#与C++语言混合实现的，利用。C#来实现了具体的软件的业务逻辑，用户访问以及合法性验证，C++来实现软件与积分球、单色仪、图像采集卡等的通信，平台采用C/S架构模式，窗体客户端，这样既保持了界面的美观性也保证了外设数据读取的高效性，使得系统易于维护，又可以保证系统高效率运行[6]。

5.1 测试核心业务功能实现

ICCD综合特性测试平台的按噪声测试设计主要考虑到测试的内容与操作员的界面交互，实现了测试功能的自动化，用户调整光学设备后，软件系统将能够自动测试用户指定的参数，记录并打印输出。改变了传统的ICCD测试流程，避免了因为测试步骤烦琐、人工干预过多而造成的ICCD评价不准确[7]。ICCD综合测试平台的界面如图2所示。

左侧为测试项目界面底侧为外设光源与采集卡的状态，当全部显示绿色时候，说明设备已经就绪，右侧显示测试记录以及相关的测试项目测试内容，还有ICCD的属性信息。

用户设置亮点阈值为80%，暗点阈值为30%计算机用自动圈出出亮点暗点或亮暗区域，用户可以根据人眼观察调节圈住的亮暗区域，当被测模型不能对准光阴极时候，可通过软件中的位置调节，用户还可以随意调节采样图像的放缩比查看亮暗点，也可以保存当前图像作为测试结果。

6 结束语

本文阐述了一种的ICCD视场综合特性测试软件，重点介绍了该平台的视场清洁度测试的设计思路与实现方法。实践表明，ICCD综合特性测试平台具有良好的可维护性与可扩展性，提高了测试效率和准确性，减少了人为测试的主观因素，确保了测试结果的客观性，并能够为微光视频系统进一步向更多领域拓展应用，提供有效的信息化测试平台。

参考文献：

[1] RCA.Electro-Optics Handbook[Z].Harrison，NJ 07029，Commercial Engineering，1974.

[2] 向世明，倪国强.光电子成像器件原理[M].北京：国防工业出版社，1999.

[3] 航天工业总公司第三研究院.红外与光电系统手册（第1卷红外辐射）[M].天津：8358所，2001.

[4] 和征.ERP软件选型过程及应用[J].实验室研究與探索，2012，31（3）：205-209.

[5] 余朝明.ERP系统采购管理模块的开发[J].福建冶金，2017，46（5）：60-62.

[6] 赵慧军.EERP开发应用的问题研究[J].河北企业，2011（5）：117-118.

[7] 武昌林.大型ERP应用开发走向平台化 [J].中国计算机学报，2016，15（1）：3-12.

[8] 余朝明.利用ERP数据库实现供应商绩效评估[J].福建冶金，2017，46（6）：52-54.

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