专利名称：一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法及其专用
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背景技术：
红外焦平面阵列(IRFPA)调制传递函数(MTF)为在奈奎斯特频率范围内，在正弦空间频率的调制辐照作用下，IRFPA输出信号的调制度与辐照信号调制度之比。MTF是空间频率的函数。
MTF{f) =( I )
M1(Z)对于IRFPA，传统的MTF测量方法有对比度法和扫描法。对比度法通过测量IRFPA对于正弦图案(或条形目标)的响应，由不同空间频率下物和像的对比度之比来得到，它是一种直接测量方法。根据定义，MTF为IRFPA对正弦图案的对比度传递系数，因此只需将测得的正弦图案的物和像的对比度相除即可得到MTF。如果取物的对比度为1，则其像的对比度就等于MTF。对比度法可以利用干涉激光器形成杨氏条纹来实现，但由于激光器输出的是单一波长，测得的MTF值不能反映被测IRFPA的多光谱MTF特性，因而激光器方法适用性不强。对比度法也可利用白噪声目标，将白噪声目标的输出、输入噪声功率谱相除后开方来得到MTF，虽然白噪声目标包含各种频率，但这种方法测量精度很有限，同样存在适用性不强的弱点。总的来讲，比度法的测量精度有限，适用性较差，因而国内外用的都比较少。扫描法是采用目标扫描移动，通过测量IRFPA对目标信号的响应，然后进行傅立叶变换来得到MTF，它是一种间接测量方法。按照所使用目标的不同，间接测量法可分为点光源扫描法、狭缝扫描法等。IRFPA对目标光信号的响应包含了 MTF信息。如果目标是一个点光源，IRFPA的响应是点扩展函数(PSF-Point Spread Function);如果目标是一个狭缝，IRFPA的响应是一个线扩展函数(LSF-Line Spread Function)。对线扩展函数进行积分运算可以得到刀口扩展函数(ESF-Edge Spread Function)。实际测量时，理想的点光源不可能得到，通常用尺寸很小的红外小光点来近似。小光点目标是对冲击函数的逼近，测得的MTF还需要加修正因子进行修正。如果红外小光点的尺寸大于IRFPA像元的尺寸，则小光点的光强分布必须全面表述，以便计算照射到像元上的辐射量，这样会给修正带来极大困难。在长波红外波段，由于衍射效应比较显著，小光点的尺寸很难做到30iim以下。目前很多IRFPA像元的尺寸已经小于30 y mX 30 y m，从IRFPA的发展趋势来看,像元尺寸会越来越小,今后要得到接近IRFPA像元尺寸的红外小光点更是困难。因此点光源法存在较大的局限性。狭缝扫描法的思路是模拟一个理想的线光源，给被测IRFPA输入一个5 (x)的物，然后对输出的像函数LSF (x)进行傅立叶变换，求模后得到MTF。当入射狭缝为有限宽度时，像函数的傅立叶变换并不等于光学传递函数0TF，而是相差一个修正因子。狭缝扫描法测得的MTF为
权利要求
1.一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法，其特征在于，该方法采用了双刀口扫描方式，刀口扩展函数采用了三项费米函数进行拟合，并采用定焦计算技术，以消除离焦带来的影响。
2.如权利要求I所述的一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法，其特征在于所述双刀口扫描方式选取双刀口作为目标，通过刀口扫描移动得到刀口扩展函数ESF (x)，然后对刀口扩展函数ESF (x)进行求导得到线扩展函数LSF (x)，最后进行离散傅立叶变换得到MTF。
3.如权利要求2所述的一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法，其特征在于在焦面附近选取多个聚焦位置进行如上所述的刀口扫描，得到不同聚焦状态下的多条MTF曲线，最后计算出这些MTF曲线包含的面积值，采用2阶多项式对这些面积值进·行拟合，利用MTF面积最大法计算出准确的焦面位置，通过插值运算得到准确焦面位置对应的MTF曲线。
4.一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法专用装置，其特征在于，该装置包括控制器、面源黑体、滤光片、平行放置且通光宽度可调的双刀口、基于双抛物镜的全反射式I : I成像光学系统、待测红外焦平面阵列、可X、Y、Z方向三维移动的精密位移台、多通道可编程直流偏置源、多通道可编程时钟驱动源、低噪声放大器，高速、高分辨率的数据采集系统以及测控软件。
5.如权利要求4所述的一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量装置，其特征在于该装置通过以下方式进行双刀口扫描测量双刀口扫描方式为面源黑体发出的宽光谱红外辐射经过滤光片后照在一对平行放置且通光宽度可调的刀口上，通过基于双抛物镜的全反射式I : I成像光学系统将刀口像成像在被测IRFPA的光敏面上，被测IRFPA固定在三维位移台，工件台将其调平并将刀口像的直边调节到与工件台扫描方向垂直，被测IRFPA的输出信号先由低噪声放大器进行放大，然后由高速、高分辨率的数据采集系统进行采集，采集数据送到计算机，再通过图形恢复技术将刀口图像显示在计算机屏幕上，选择一块光照均匀的区域作为自动调焦区域，让三维位移台、被测IRFPA及数据采集系统构成一个闭环系统，然后使用综合动态调焦技术进行精确定焦，得到清晰的刀口像，数据采集系统采集每个扫描位置上感兴趣区域中各像元的信号输出，测控软件通过一定的算法提取出感兴趣区域中两个刀口完整扫过的两列或两行像元，得到这两列或两行像元的刀口扫描数据。
6.如权利要求5所述的一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量装置，其特征在于，自动调焦完成后，调节刀口宽度，使光照像元宽度为10个像元左右，选择同时包含两个刀口的一个矩形区域作为感兴趣区域，控制位移台在垂直于刀口像的方向上作步进移动，使得刀口像相对于被测IRFPA光敏元作小步距扫描，数据采集系统采集每个扫描位置上感兴趣区域中各像元的信号输出。
7.如权利要求5所述的一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量装置，其特征在于，在两列或两行刀口扫描数据中提取对称位置上的扫描数据，利用双刀口扫描曲线的对称性判断被测器件的调平程度，同时分析判断扫描过程中有无机械振动、杂散光、电噪声等外界干扰。
全文摘要
一种红外焦平面阵列调制传递函数的双刀口扫描测量方法及其专用装置。这种方法选取通光宽度可调的双刀口作为目标，通过双抛物镜反射式1∶1成像光学系统和三维精密位移机构实现刀口扫描，得到刀口扩展函数ESF(x)，然后对刀口扩展函数ESF(x)进行求导得到线扩展函数LSF(x)，最后进行离散傅立叶变换得到MTF。本发明采用了双刀口扫描方式和三项费米函数进行拟合，克服了多项式拟合的缺陷。该方法适用性强、测量精度高，可以覆盖短波红外、中波红外、长波红外三个波段。
文档编号G01M11/02GK102721530SQ20121018167
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者刘红元, 史学舜, 吴斌, 应承平, 王恒飞, 陈坤峰 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所