一种光纤传像元件成像性能的测试装置及测试方法与流程

1.本发明属于微光像增强器技术领域，涉及一种光纤传像元件成像性能的测试装置及测试方法，主要适用于光纤成像元件成像性能的测试，能够对光纤元件的成像性能进行全面准确的评价。


背景技术：

2.光纤传像元件作为微光像增强器图像的输出窗，微光像增强器荧光屏图像最终通过光纤传像元件输出，其成像性能对微光像增强器的成像性能有着决定性的影响。微光像增强器用光纤传像元件是由数百万甚至上千万的光纤经过高温熔压而成，其通常分为正像型和倒像型，目前对于光纤传像元件的成像性能主要通过极限分辨力和光纤间的串光来进行评价，其中极限分辨力体现了光纤传像元件的细节分辨能力，而光纤间的串光主要表征了光纤传像元件的成像清晰度，无论是极限分辨力还是光纤间的串光都仅只是针对光纤传像元件的某一方面的成像特性进行评价，并不能准确全面地反应光纤传像元件的成像性能；所以对于如何对光纤元件的成像性能进行全面的评价，目前并没有明确的规定。
3.对于光纤间的窜光早期主要通过用刀口响应值来表示，即通过测量厚度为3mm的光纤元件坯板的刀口响应测试值来表征光纤间的窜光，但是实际使用的成品光纤传像元件的厚度远大于3mm，尤其是对于倒像型的光纤传像元件来说，经过180度的扭转后其成像性能与3mm厚度毛坯样件已经完全不一样，所以测量刀口响应值的方法目前已经不适用于目前光纤传像元件的光纤窜光性能评价。
4.针对这一问题，专利cn110095262a及cn110095263a通过检测光纤传像元件间窜光扰透过率的装置实现对光纤成像元件中光纤间杂光串扰性能的评价。
5.但是,不论是刀口响应测试值还是专利cn110095262a及cn110095263a,仅对光纤间的串光进行评价，这些方法对成像性能的评价并不全面。
6.目前随着技术的发展光纤传像元件正向高分辨力及高对比度的方向发展，急需一种针对这些改进后的高性能光纤传像元件的成像性能进行全面评价的方法，因此，发明一种对光纤传像元件成像性能进行全面评价的测试方法是非常必要的。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题在于如何对光纤传像元件的成像性能进行全面准确评价，提供一种光纤传像元件成像性能的测试装置及测试方法。
8.发明人经过研究发现，通过测试标准usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板对应线条经过光纤传像元件成像后图像的调制度来对光纤传像元件的成像性能进行评价，是一种稳定可靠、测试重复性好、可直接对光纤成像元件成像性能进行全面客观评价的测试方法。
9.实现本发明的光纤传像元件成像性能测试装置包括沿光线行进方向同光轴设置的光源、可调孔径光阑、积分球、滤光片、分辨力靶板、光纤传像元件、显微镜、低噪声ccd相机，还包括照度计、遮光挡板、计算机和测试暗箱。所述分辨力靶板采用usaf 1951 1
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高对
比度分辨力靶板。
10.所述光源发出的光线经过可调孔径光阑后进入积分球，通过积分球输出均匀的漫射光；照度计对积分球输出光的照度进行实时监测；积分球输出的光通过绿色滤光片获得与目前像增强器荧光屏发光光谱接近的测试条件，使测试条件更接近荧光屏的发光光谱；经绿色滤光片输出光线照射usaf 1951 1
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高对比度标准分辨力靶板上的靶板作为光纤传像元件的输入图像；光纤传像元件贴合于分辨力靶板表面；遮光挡板用于防止光纤传像元件外的杂光输出；usaf 1951 1
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高对比度标准分辨力靶板上的靶板图像经光纤传像元件成像后的图像经过显微镜放大后通过低噪声的ccd相机获得；计算机通过ccd图像采集软件采集图像并应用图像分析软件对采集获得的对应靶板线条的灰度值进行测量，将对应靶板线条的灰度测试值代入下列调制度计算公式计算，得出该线条的对应的调制度测试值t：
[0011][0012]
式中i
max
为靶板线条测试灰度最大值、i
min
为靶板线条测试灰度最小值。
[0013]
对应靶板线条的调制度测试值的高低反映了光纤传像元件在该靶板线条对应分辨力下的图像传递能力，调制度测试值越高，则说明该传像元件的成像性能越好。
[0014]
为了确保测试结果的准确性，测试均在暗室环境中进行测量，其中滤光片、usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板、光纤传像元件、遮光挡板、显微镜、低噪声ccd相机均放置于测试暗箱中，以防止环境中的杂光对测试结果的准确性造成影响。
[0015]
本发明通过积分球获得均匀性较好的漫反射光，并通过照度计对积分球输出光的照度监控及可调孔径光阑对光源输入照度的调整，可以确保每次测试时输入光照条件保持一致，保证了测试结果的稳定性、可靠性及重复测试准确性。
[0016]
本发明最终测试结果为对应靶板线条的调制度测试值，测试结果直观且易于对比分析，与像增强器性能成像性中的mtf指标更为吻合，可以作为用户选择适合的光纤传像元件的依据或者光纤传像元件生产厂家光纤传像元件成像性能改进的评价依据，有利于于挑选出最适用于像增强器成像的光纤传像元件。
[0017]
本发明的光纤传像元件成像性能的测试方法所包括的步骤如下：
[0018]
步骤(1)为了确保测试结果的准确性，测试前需打开光源预热15分钟，调节可调孔径光阑使积分球的输出照度在200
±
5lx范围；
[0019]
步骤(2)实际测试使用的usaf 1951 1
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高对比度标准分辨力靶板的对比度高于90％，测试时其镀制有分辨力线条的面朝上，测试前使用洁净的棉杆沾酒精将usaf 1951 1
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高对比度标准分辨力靶板表面及光纤传像元件的两个端面清洁干净，然后将光纤传像元件输入面朝下贴合放置于分辨力靶板中心处；其中靶板的垂直方向线条经光纤传像元件成像后应保持垂直。
[0020]
步骤(3)调节显微镜焦距使分辨力靶板经光纤传像元件成像后的图像在显微镜视野中成像清晰，分辨率靶板中心经光纤传像元件成像后应位于视场中心,为了获取对较小靶板线条成像清晰的图片需将显微镜倍率调整至50倍以上；对于微光像增强器用光纤传像元件,只需选取usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板第4组到第6组线条进行,其分辨率测试范围为16lp/mm到114lp/mm,可满足目前微光像增强器对光纤传像元件成像性能的要求。
[0021]
步骤(4)打开计算机上的ccd图像采集软件，将采集软件中靶板图像聚焦调整至最
清晰的状态，采集图片并保存。
[0022]
步骤(5)打开计算机上的图像处理软件，对分辨率靶板上竖直靶线的灰度值进行测量，将测试得到的图像灰度值拷贝入excel中，从测试得到的灰度值中选取10％的最大值(峰值)的平均值为imax,从测试的灰度值中选取15％的最小值(谷值)的平均值为imin，根据下列调制度计算公式计算出该线条的调制度测试值t：
[0023][0024]
步骤(6)重复步骤(5)对需要进行测量的分辨力靶板线条的调制度测试值进行测量及计算。
[0025]
步骤(7)对应靶板线条的调制度测试值越高，则说明该传像元件的对应的成像性能越好。
[0026]
本发明的有益效果：
[0027]
通过测试标准usaf 1951 1
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负分辨力靶板对应线条经过光纤传像元件成像后图像的调制度来对光纤传像元件的成像性能进行评价，是一种稳定可靠、测试重复性好、可直接对光纤成像元件成像性能进行全面客观评价的测试方法。
附图说明
[0028]
图1：光纤传像元件成像性能测试装置示意图。
[0029]
图2：测试用1951usaf分辨力靶板线条示意图。
[0030]
图3：分辨力靶板线条灰度值测量示意图。
[0031]
图4：实际测试用usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板示意图。
[0032]
图5靶板线条灰度测试结果示意图
[0033]
图1中：1-光源；2-可调孔径光阑；3-积分球；4-照度计；5-滤光片；6-分辨力靶板；7-光纤传像元件；8-遮光挡板；9-显微镜；10-低噪声ccd相机；11-计算机；12-测试暗箱。
具体实施方式
[0034]
如图1所示，本发明采用的光纤传像元件成像性能测试装置包括，光源1、可调孔径光阑2、积分球3、照度计4、滤光片5、分辨力靶板6、光纤传像元件7、遮光挡板8、显微镜9、低噪声ccd相机10、计算机11和测试暗箱12。
[0035]
其结构是：光源1发出的光线经过可调孔径光阑2后进入积分球3，通过积分球3输出均匀的漫射光；照度计4对积分球输出光的照度进行实时监测；积分球输出的光通过绿色滤光片5获得与目前像增强器荧光屏发光光谱接近的测试条件，使测试条件更接近荧光屏的发光光谱；经绿色滤光片5输出光线照射usaf 1951 1
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高对比度标准分辨力靶板6上的靶板作为光纤传像元件7的输入图像；光纤传像元件7贴合于分辨力靶板表面；遮光挡板8用于防止光纤传像元件外的杂光输出；usaf 1951 1
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高对比度标准分辨力靶板6上的靶板图像经光纤传像元件成像后的图像经过显微镜9放大后通过低噪声的ccd相机10获得；计算机11通过ccd图像采集软件采集图像并应用图像分析软件对采集获得的对应靶板线条的灰度值进行测量，测试用靶板线条如图2所示，靶板线条灰度值测量示意如图3所示，将对应靶板线条的灰度测试值代入下列调制度计算公式计算，得出该线条的对应的调制度测试值t；
[0036][0037]
式中i
max
为靶板线条测试灰度最大值、i
min
为靶板线条测试灰度最小值。
[0038]
对应靶板线条的调制度测试值的高低反映了光纤传像元件在该靶板线条对应分辨力下的图像传递能力，调制度测试值越高，则说明该传像元件的成像性能越好。
[0039]
采用图4所示对比度为93％的标准usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板对2件编号分别为1#和2#的不同的光纤传像倒像器进行对比测试，具体步骤如下：
[0040]
步骤(1)打开光源预热15分钟，调节可调孔径光阑使积分球的输出照度温度在200
±
5lx；
[0041]
步骤(2)使用洁净的棉杆沾酒精将usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板表面清洁干净；
[0042]
步骤(3)使用洁净的棉杆沾酒精将光纤传像元件1#的两个端面清洁干净，然后将光纤传像元件输入面朝下贴合放置于分辨力靶板中心处；
[0043]
步骤(4)调节显微镜焦距使靶板经光纤传像元件成像后的图像在显微镜视野中成像清晰，分辨率靶板中心位于视场中心,将显微镜倍率调整至63倍；
[0044]
步骤(5)打开计算机上的ccd图像采集软件，在图像采集软件中将靶板图像聚焦调整至最清晰的状态，采集图片并保存为测试a。
[0045]
步骤(6)重复步骤(3)步骤(5)分别对2#光纤传像元件进行图像采集，采集后的图像依次命名测试b；
[0046]
步骤(7)打开计算机上的imagej图像处理软件，
[0047]
步骤(8)对采集的测试a图像使用如下方法进行测试：对分辨率靶板上4组2竖直靶线的灰度值进行测量，将测试得到的图像灰度值拷贝入excel中，从测试的灰度值中选取10％的最大值的平均值作为imax,从测试的灰度值中选取15％的最小值的平均值作为imin，再根据下列调制度计算公式计算出该线条的调制度测试值t：
[0048][0049]
步骤(9)重复步骤(8)分别对分辨率靶板上5组1、5组4、6组1线条的调制度进行测试。
[0050]
步骤(10)重复步骤(8)和(9)分别对测试b的图像对应靶板线条的调制度测试值进行计算。
[0051]
步骤(11)2片对比光纤传像倒像器的调制度测试结果见表1，从表1可以看出1#光纤传像倒像器的调制度测试值优于2#，说明1#光纤传像倒像器的成像性能优于2#。
[0052]
表1二片对比光纤传像倒像器的调制度测试结果
[0053][0054]
对于usaf 1951 1
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高对比度分辨力靶板经光纤传像元件成像后的图像，根据要求选取对应组数的分辨力靶板线条的调制度进行测试计算，调制度测试值越高，则说明该传像元件的成像性能越好。