微光像增强器综合测试仪采用一体化设计,在一套仪器上实现微光像增强器的信噪比、亮度增益、分辨率等3个技术指标的测试,因此其系统结构均有别于常规的信噪比测试仪、亮度增益测试仪和分辨率测试仪,光机结构、信号处理、测试软件均要能够兼顾上述3个指标的测试要求。
1.微光像增强器综合测试仪组成
三代微光像增强器亮度增益校准装置主要由光源组件、暗箱、光度计、光电倍增管、信号处理模块、主控计算机和电源等部分组成,其组成结构如图6.25所示。
图6.25 微光像增强器综合测试仪组成结构
①光源组件包括灯、滤光片、光阑和积分球等。微光像增强器参数测量中,均匀漫射弱照度光源是它的关键部件之一,由于亮度增益大小与光阴极灵敏度成正比,而阴极灵敏度又与光源光谱成分相关,因此发光光源采用色温为2 856 K的标准A光源,并由高精度高稳定度恒流源提供电源。灯光经积分球后形成均匀漫射源,再经中性滤光片减光,获得光照度范围在10-5～10-1 lx之间的均匀漫射弱照度光源,其光的不均匀性小于1%。
②高精度高稳定度恒流恒压电源。高精度高稳定度恒流恒压源的作用是消除或削弱电源电流、负载电阻和环境温度变化对输出电流的影响。通常情况下,电流变化0.05%或电压变化0.1%,辐射通量变化约0.4%,色温变化约1 K。
③光学系统。光学系统包括平行光管、共轭透镜、物镜、目镜、光阑等。亮度增益和信噪比测试本身不需要平行光管,它是为了兼容分辨率测试而增加的。分辨率测试时,平行光管焦面上放置标准鉴别率板,信噪比测试和亮度增益测试时放置毛玻璃。物镜和目镜用于分辨率测试,共轭透镜用于信噪比测试。
为了使投射到微光像增强器阴极面上的光点为Ф0.2mm,在装置研制中采用针孔光阑实现。针孔光阑由Ф0.2mm的小孔和二维精度调节机构组成,它将来自积分球的光只限于处在中心线上的Ф0.2mm的小孔通过;二维精度调节范围为径向±4mm,最小刻度为0.01mm,分辨率为0.002mm。
④光度计。光度计用于亮度增益测试,光度计具有照度和亮度测量两种功能,即可测量像增强器光阴极面的照度,也可测量像增强器荧光屏的亮度,还带有计算机接口,通过数据采集卡采集数据,由计算机进行数据处理,获得微光像增强器的亮度增益。
⑤光电倍增管、信号处理与采集电路。微光像增强器荧光屏上的小孔像通过共轭透镜成像在光电倍增管的光阴极上。光电倍增管将其输入信号进行放大,经低通滤波器滤掉10 Hz以上的高频成分,采用低噪声放大器、滤波器、精确信号采集电路和数字信号处理技术相结合的方法对光电倍增管产生的光电流信号进行处理,提高信号处理的科学性和正确性,实现输入照度为10-4 lx和10-5 lx量级下像增强器信噪比的测量。
⑥测试暗箱。测试暗箱是放置被测微光像增强器的地方,是测量像增强器信噪比参数时所必须提供的避光环境。由于测试信噪比时,由光源装置给出的信号光斑照度为10-4 lx,因此暗箱的避光性能应该足够好,即封盖时暗箱内照度应为10-5 lx。测试暗箱由箱底、曲板、箱盖、底座组成,前后两块曲板开有窗口,底座是支撑箱底的可调装置,可以在高低及横向进行调节。在箱体内装有被测像增强器的工具,并保证像增强器的中心高度不变。
2.测试与数据分析软件
测试与数据分析软件用于对微光像增强器综合测试仪进行全局的控制,显示系统的状态;运行和管理各种测试软件,存储、显示和打印输出各种测试参数。控制与数据分析系统软件包括空间分辨率测试软件、信噪比测试软件、亮度增益测试软件。软件设计采用C++程序设计技术和SDK平台提供的API函数开发编写,软件界面如图6.26所示。
图6.26 软件界面
测试与数据分析软件的开发在完成测试的前提下具备以下功能。
①数据存储功能:其可以立即保存采集到的图像数据,并记录产品名称、测试时间、测试项目等。
②数据库管理功能:其可以将被测产品的测试数据存储在数据库中,以便存档和管理。
③测试报告打印功能:被测产品的测试结果可以打印输出。
3.系统技术指标
(1)增益测试。(www.xing528.com)
测试对象:二代、超二代和三代像增强器。
测试照度:5×10-5 lx,可以实时指示。
增益测试范围:0～30 000 cd·m-2·lm-1。
测试重复性:优于±8%。
(2)信噪比测试。
测试对象:二代、超二代和三代像增强器。
测试照度:可以调节,可以实时指示。
信噪比测试范围:0～40 dB。
测试重复性:优于±5%。
(3)分辨力测试。
测试对象:二代、超二代和三代像增强器。
测试照度:可选。
测试分划板:USAF1951标准。
分辨率测试范围:0～100 lp/mm。
测试重复性:优于±5%。
计算机系统:研华工控机。
软件平台:Windows7系统。
测试软件:Visual C++或Labwindows语言编写。
基于技术指标,研制的综合测试系统组成如图6.27所示。
图6.27 微光像增强器综合测试系统
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