光電成像原理和技術(shù)實驗

1、光電成像原理與技術(shù)實驗,王霞 裘溯光電成像技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點實驗室光電成像與信息工程研究所2011年9-10月,我們要學(xué)會什么？？？,搞懂該課程的意義（能幫我們解決什么？） 學(xué)習(xí)方法（首當其沖） 基本原則（概念清楚）工程經(jīng)驗（更為重要）,,學(xué)有二道：曰沉思、曰實驗科學(xué)實驗是近代自然科學(xué)得以相對獨立發(fā)展的實踐基礎(chǔ)。鞏固所學(xué)的概念和規(guī)律，練習(xí)實驗操作方法經(jīng)歷科學(xué)過程，體會科學(xué)方法，樹立科學(xué)的價值觀更加熱愛科學(xué),實驗

2、內(nèi)容,時間安排,實驗時間安排實驗時間：4周-9周，每周五下午5-8節(jié)地點：信息樓4012-4013室輪空的課時為課前預(yù)習(xí)和課后整理實驗報告時間。,實驗要求,提前做好預(yù)習(xí)，未預(yù)習(xí)者輔導(dǎo)教師有權(quán)拒絕其做實驗；實驗報告由學(xué)習(xí)委員收齊，于2011年11月4日以前交輔導(dǎo)教師。逾期未交者，視為不及格。參加實驗的同學(xué)每2-3人組，按學(xué)號順序排列。如有調(diào)整，請學(xué)習(xí)委員在實驗課開始之前一天，將分組情況通知輔導(dǎo)教師。,,輔導(dǎo)教師王霞：6891

3、2569-801 angelniuniu@bit.edu.cn 13811670583裘溯：13621349269 edmondqiu@bit.edu.cn教學(xué)參考書《光電信息實驗技術(shù)》王仲春 劉榴娣 鐘堰利 編著兵器工業(yè)出版社,實驗報告要求,上課前寫好實驗預(yù)習(xí)報告，由輔導(dǎo)老師檢查、簽字之后，方可開始做實驗；實驗所記錄的測量數(shù)據(jù)，在實驗結(jié)束后，由各實驗的輔導(dǎo)老師簽字后，方可離開實驗室；

4、實驗報告上交時，應(yīng)由以下幾個部分：預(yù)習(xí)報告（教師簽字）實驗數(shù)據(jù)（輔導(dǎo)老師簽字）數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)論思考題,成績的評判,實驗成績=每個實驗成績= 預(yù)習(xí)（20%）+實驗（40%）+數(shù)據(jù)處理及思考題（40%）,,,三個基本組成部分各完成不同的物理過程；（請寫在預(yù)習(xí)報告上）,光電成像器件亮度增益測試實驗,,亮度增益概念,用規(guī)定照度的標準光源照射光電陰極，在像管輸出的軸向方向上分別測出有光輸入和無光輸入時熒光屏的法向亮度，

5、兩者之差與入射到光陰極上的照度之比，為亮度增益,使用照度計完成亮度增益的關(guān)鍵,用照度計間接測量熒光屏的軸向發(fā)光亮度La：測量距離熒光屏l處的照度Ea,由此可得亮度增益可表達為,實驗步驟,對光源的發(fā)光強度進行標定；照度計調(diào)零；給像管加以規(guī)定的工作電壓，經(jīng)過適當?shù)臅r間，使其達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)；用照度計測出入射到陰極面上的照度Ec；測量輸入面上無光照時距熒光屏l處的照度Ea；測量輸入面上有光照時距熒光屏l處的照度Ea0。,思考題,像

6、增強器亮度增益受那些因素的影響？為什么光源的色溫要定為2856K，如何保證？為什么要減去無光照時的熒光屏輸出亮度？,光電成像器件等效背景照度測試實驗,,概念,為了使熒光屏亮度等于暗背景亮度值，而需要在光陰極面上輸入的照度值，就稱為等效背景照度。常用測試方法增益測試法,需要思考的問題,使用增益測試設(shè)備測試等效背景照度時，應(yīng)該先測有光照情況還是先測無光照情況下的輸出照度？為什么？,光電成像器件光電陰極靈敏度實驗,,,光電陰極

7、靈敏度的物理意義 在一定色溫下的光源所發(fā)射的連續(xù)光譜照射，以每入射流明的微安數(shù)（單位為μA/lm）來表示光電陰極的靈敏度。 像管積分靈敏度在標準光源（色溫2856K）照射下，陰極規(guī)定面積上所產(chǎn)生的飽和光電流與照射到該面積上的光通量之比,實驗裝置,實驗裝置,實驗步驟,對光源的發(fā)光強度進行標定：調(diào)整穩(wěn)流源電流值（0.845A），使光源的色溫達到2856K，并能均勻地照射在像管的陰極面上；測量并記錄陰極面上的照度（<

8、100lx）；（照度計調(diào)零）選擇合適直徑的光闌，計算出其面積的大小。在光電陰極及相關(guān)電極之間施加200V直流電壓。測量并記錄下有光照時的光電流值；測量并記錄下無光照時的光電流值。,實驗數(shù)據(jù)計算,思考題,試述光電陰極光譜靈敏度測試原理、系統(tǒng)組成及測試方法？,光電成像器件放大率和畸變測試實驗,,概念,放大率：rc——在陰極面中心處輸入圖像的尺寸；rp——由陰極面上尺寸為rc的圖像在熒光屏上成像的尺寸。畸變：M0——rc不

9、超過1mm處某點的放大率；Mr——距離中心r處的放大率。,,實質(zhì)：都是測量不同半徑上的放大率。常用概念：負畸變（ M0>Mr）， 正畸變（ M0<Mr）， 半視場畸變， 邊緣畸變。,實驗裝置,陰極面上的尺寸： ——平行光管的焦距

10、 ——成像物鏡的焦距,實驗步驟,在像管上加以額定的工作電壓，并使其工作穩(wěn)定。調(diào)節(jié)像管的位置，使測試板在熒光屏上清晰成像。通過目鏡觀察熒光屏，讀出測試板上r在熒光屏上對應(yīng)的r2值。,需要注意的問題,測試時，應(yīng)從測試板中心開始測試，分別測試左右兩側(cè)，以消除誤差。,思考題,像管陰極面上所成像的尺寸計算方法是什么？為什么要在測試板與光源間使用毛玻璃？,光電成像器件極限分辨力測試實驗,,

11、極限分辨力,用目視方法查對比度為100%的標準分辨力圖案，在每毫米寬度內(nèi)最多能分辨的黑白帶狀線條的對數(shù)，常用單位為lp/mm。常用分辨力測試板：四方向平行條帶板， 放射形條帶板。常見不同定義：中心分辨力， 半視場分辨力， 邊緣分辨力。

12、,需要注意的問題,測試臺的構(gòu)成、測試步驟、分辨力查表、計算方法,思考題,光源的亮度對分辨力測試有無影響？為什么？像管的中心分辨力和邊緣分辨力差異大不大？為什么？影響像管分辨力的因素都有哪些？,直視微光成像系統(tǒng)極限分辨角測試實驗,,視距估算,設(shè)目標的臨界尺寸（最小高度或?qū)挾龋镠，目標到系統(tǒng)距離為l，則目標對系統(tǒng)的張角a0為根據(jù)約翰遜準則，發(fā)現(xiàn)、識別和認清目標所需的空間頻率分別為1、4、8對線/目標臨界尺寸，相應(yīng)分辨角為,實驗

13、裝置,思考題,計算實驗中使用的夜視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、識別、認清一個身高1.70m、中等胖瘦（約40cm寬）的人時，相應(yīng)的視距。,面陣CCD尺寸測量與顏色識別,,尺寸測量實驗?zāi)康暮鸵?通過對標準圖形的點、線、面的測量過程掌握應(yīng)用面陣CCD進行尺寸測量的基本方法； 通過對標準圖形的點、線、面的測量過程掌握應(yīng)用面陣CCD進行尺寸測量，掌握測量范圍、精度和測量時間等問題。,實驗原理,在被測物面處， 放置標準尺寸物或標尺，讀出標尺圖像的相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)便

14、可進行標定。設(shè)標準尺寸物或標尺的實際尺寸為l0，讀出數(shù)據(jù)為N0，則測出的N 值的長度當量（x0/β 或y0/β ）為顯然，若光學(xué)系統(tǒng)存在畸變，就要對不同視場分別進行標定或進行更高精度的圖像數(shù)據(jù)處理工作。,,測試步驟,將被測的標準圖片如下圖所示，安裝在“被測物夾持架”上，將USB接口線正確連接到計算機上； 打開計算機的電源開關(guān)，并確認YHACCD－Ⅲ型彩色面陣CCD實驗儀的“面陣CCD尺寸測量實驗”軟件是否已經(jīng)安裝？若未安裝，則先

15、將軟件安裝在計算機的指定位置上； 將外置面陣CCD攝像機的鏡頭蓋打開； 打開YHACCD－Ⅲ彩色面陣CCD多功能實驗儀的電源開關(guān)；,測試步驟,確認視頻切換按鈕（開關(guān)）是否已經(jīng)按下，切換指示燈點亮表明采集外置CCD攝像機的圖像信號； ⑥ 運行“面陣CCD尺寸測量實驗”程序； ⑦ 點擊 “連續(xù)采集”按鈕，計算機界面將顯示外置攝像頭所采集到的圖像，調(diào)整CCD攝像頭與測量圖片的相對位置使計算機顯示的圖像盡量清晰，點擊“停止”按鈕?；蛘?，

16、點擊“單幀”按鈕，采集到一幅數(shù)據(jù)圖像，并將其存入指定內(nèi)存。,,,,點、圓數(shù)據(jù)的測量：中心、直徑三角形、矩形數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的測量：頂點坐標、邊長、中心和面積。 顯然上述觀測數(shù)據(jù)的方法是比較繁復(fù)的，能否用計算機軟件根據(jù)邊界點的特征進行自動尋找呢？回答是肯定的。,思考題,嘗試使用VC++程序（或Matlab）自己編寫邊緣檢測及尺寸測量程序。 你能設(shè)計出用外置攝像機測量圓柱物體（如鉛筆芯）外徑的方案嗎？ 在鉛筆芯外徑的測量系統(tǒng)中，若所選的面陣

17、CCD 為768（H）×576（V），被測筆芯直徑為0.7μ m，試計算所獲得的最高的測量精度為多少？,顏色測量實驗?zāi)康暮鸵?學(xué)習(xí)利用彩色面陣CCD進行彩色圖像的分解與合成，用此種方法對顏色信息進行識別和圖像處理是本節(jié)實驗的主要目的。通過實驗也能對R、G、B色品坐標與三基色色彩方程有進一步的認識。,實驗原理,利用彩色面陣CCD可以將復(fù)雜的色彩圖像分解為三原色單色圖像，利用分解的單色圖像進行顏色信息的識別。例如，若想從紅小豆

18、堆里分辨出如綠豆、黑豆、花小豆、砂石等雜質(zhì)，可以將被測小豆經(jīng)彩色面陣CCD攝取并采集的彩色圖像分解成R、G、B三幅單色圖像，用計算機軟件分析這3幅單色圖像的輸出幅度，若G、B圖像的輸出幅度超過某閾值，則表明其為雜質(zhì)?？梢杂秒姶艢忾y將其吹出，實現(xiàn)除去雜質(zhì)的目的。在彩色印刷過程中常采用順序印刷單色圖像的方法，在印每種顏色時都要檢測其質(zhì)量。因此，用彩色面陣CCD進行彩色圖像分解出的單色圖像進行色品分析是保證彩色印刷質(zhì)量的關(guān)鍵。,,實驗原理,將

19、三原色單色圖像合成為一幅圖像，該幅圖像為真彩色圖像。若對一色、二色或三色單色圖像進行對比度、白電平等參數(shù)的調(diào)整，結(jié)果會使合成的彩色圖像的顏色、飽和度、色度等色品參數(shù)發(fā)生變化，即彩色圖像被處理。通過彩色圖像的處理能提高原圖像的質(zhì)量。,,實驗內(nèi)容,利用彩色面陣CCD攝像機進行彩色圖像分解； 利用分解出的單色彩色圖像進行顏色信息的分辨；利用彩色面陣CCD攝像機與計算機圖像數(shù)字采集系統(tǒng)進行簡單的彩色圖像處理。,實驗步驟,1）基本彩色圖像的分

20、解 ① 用USB連接線將YHACCD－Ⅲ彩色面陣CCD多功能實驗儀與計算機的USB2.0連接起來； ② 打開計算機的電源開關(guān)，確定“面陣CCD顏色識別實驗”程序是否已經(jīng)安裝；若未安裝，請按廠家提供的安裝盤安裝。若已安裝，可進行下面的操作； ③ 檢查面陣CCD攝像機的電源線與視頻線是否與實驗儀連接好。再打開實驗儀的電源開關(guān)； ④ 確認視頻切換按鈕是否已經(jīng)按下，切換指示燈點亮，說明已經(jīng)將外置面陣CCD攝像機的視頻信號接入視頻信號數(shù)據(jù)

21、采集系統(tǒng)；,實驗步驟,1）基本彩色圖像的分解 ⑤ 將儀器提供的彩色樣品卡安裝在“被測物夾持架”上，調(diào)整物像關(guān)系，使圖像盡量清晰； ⑥ 運行“面陣CCD顏色識別實驗”程序，點擊 “實時采集”按鈕，進行圖像采集； ⑦ 把鼠標移到所采集的圖像上，觀測鼠標指示位置像素點的R、G、B等級數(shù)； ⑧ 在顏色選取框中選擇任意單色通道，例如紅色通道，關(guān)閉其余通道。此時實時采集圖像為紅色單色圖像。點擊 “停止采集”按鈕，完成一幀圖像的數(shù)據(jù)采集。將采

22、集到的紅色單色圖像數(shù)據(jù)保存成文本文件。然后點擊“實時采集”按鈕，并重新采集其他單色圖像，觀察這些圖像的數(shù)據(jù)變化，并將采集的單色圖像保存起來。,實驗步驟,2）用單色彩色圖像分離雜質(zhì) ① 按上面的步驟和方法采集需要挑選的紅豆圖像，再分別采集三種單色圖像，并將其分別存入3個文本文件中； ② 打開三種單色圖像文件，分析各單色圖像的特點，從單色圖像中找到需要分離出來的信息處在什么坐標位置（綠豆、黑豆、花豆等雜質(zhì)的位置）。,實驗步驟,3）彩色圖

23、像簡單處理方法 ① 按上面的步驟和方法采集一幅彩色圖像，再分別采集并存儲三種單色圖像，點擊“查看”菜單的顯示數(shù)據(jù)選項,并將其分別存入3個文本文件中； ② 在采集軟件中利用“顏色平衡”功能對任意三路顏色的圖像數(shù)據(jù)進行調(diào)整和修正。將調(diào)整后的圖像數(shù)據(jù)保存在文本文件中；③ 將原圖與修正后的圖像進行比較，看其差別，說明這種處理帶來的好處。,實驗步驟,4）結(jié)束與關(guān)機 ①需要保存的數(shù)據(jù)及文件保存到 “軟盤”或“閃存”中，以免關(guān)機時丟掉； ②