像增强器信噪比测试方法的分析与研究

像增强器信噪比测试方法的分析与研究 王吉晖 白廷柱 王霞 (北京理工大学 光电工程系, 北京, 100081) 摘要:通过对像增强器信噪比常用测试方法的研究与分析，提出了一种根据CCD 摄 像机采集图像进行处理的新的信噪比测试方法。这种方法采用图像处理技术和计算机信息处 理技术对数据进行处理和分析，解决了常用信噪比测试方法中待测参数多，采用测试仪器多 的问题。利用新的测试方法和搭建的实验系统不仅实现了数据的统一处理，使观察者同时获 得图像信息和处理的数据信息，而且还可以利用此方法分析像增强器照度与信噪比的关系。 关键字: 像增强器信噪比 测试方法 Analysis andstudy on testing method of SNR of image intensifier WANG Jihui BAI Tingzhu WANG Xia (Departm of photo electric Engineering, Beijing 100081 China) Abstract: A new testing method of SNR based on image processing of CCD camera was given through the analyse and study of the common testing method of SNR of imge intensifier. Aent of Phot gineering,Beijing Instit te of Technol gy, It was proved to feasible on dealing with the problems of measure parameters of SNR through adopt g the image processing technology and information to process and analyze the data heexperiment system based on the new testing method can process data andice, and Ttest SNR real time in pract give image information and data information to observer at one time in , and analyze therelation of luminous and SNR. Key words: image intenfier SNR testing4 method 引言 像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一，可以全面地定量征像增强器在探测弱辐射 图像时的性能，综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响[1]。像增强器信噪比的 测试有严格的测试条件，本文在分析传统的信噪比测试方法的基础上，提出了一种新的信噪 比测试方法，并比较了该方法与以往方法的优缺点。 1. 增强器信噪比的测试方法 1(1 常用测试方法 信噪比的具体数值与像管的输入照度，像元面积及有效积分时间(或用等效通频带宽)有关。 定像管信噪比时，取像管输出闪烁的均方差值表示噪声，输出像亮度平均值表示信号 ，两者比值是像管输出图像的信噪比[1]。 信噪比的计算定义如下: N S / :信噪比; K :修正系数; A :阴极光斑面积; E :阴极面照度; 4作者简介: 王吉晖， 北京理工大学光电工程系，100081，010,68912569，wjhzhaojie@bit.edu.cn S1直流电压表的有光照时输出的信号值v ;S 2 :直流电压表记录的无光照时输出的 信号值v ;N 1; 均方根电压表记录的有光照时输出的噪声值; :均方根电压表记录的无光 照时输出的噪声值v ;测试系统装置如图1 所示。系统包括色温光源(1)，减光器(2)，光阴极光阑(3)，被测器件(4 物镜( 收器光阑(6)，光电接收器(7)，有源低通滤波器(8)，直流电压表(9)，均方根电压表(10)，计算机(11)照度计(12)。 : 在暗室中，像增强器加以使工作电压， 其工作稳定，先入时输出的信号值1和噪声值1;SN然后测定无光照射时输出信号值S2和噪声值N 1 E 是照度计测出的实际输入照度值;由光阑决定阴极面面积A 。 这种测试系统测量像增强器信噪比时，待测参数较多， 不同的参数需要不同的仪器测量， 增加了计算误差;电压表的值需要专用接口电路才能输入到计算机中，引入了电路噪声。 1.2 图像处理的信噪比测试方法 随着信息技术和图像处理技术的发展，把图像处理技术引入到信噪比的测试当中。利用高帧频CCD摄像机对均匀入射光照射条件下像增强器输出图像进行多帧采样，再对每帧图像像素点进行灰度值统计[2]，计算出灰度平均值、均方根误差，利用灰度平均值和均方根误差求得像增强器的信噪比。连续采集q 帧图像，每帧图像有n m× 个有效像素点，每个点的信号值(灰度值)记为S ijk (I=1,2…m,j=1,2…n,k=1,2…p ) 帧图像总的灰度平均值为 q (2) q帧图像在(i j )点灰度平均值为: (3) 第k帧图像的灰度平均值 第k帧图像的灰度平均值与总的灰度平均值之差，则相应的均方误差: 用表示第帧图像在点灰度值和帧图像在点灰度平均值之差，则相应的均方误差: 信噪比计算式定义为: 在σ21计算中，(S ij-S ijk. ) 为某一帧图像像素点(i j)的灰度值和q帧图像在点灰度平均 2值之差，体现了像增强器时间域的噪声特性;在σ计算中，(Sij- S) 为Q帧图像在 2 (i j ) 点灰度的平均值与帧图像各点灰度的总平均值之差，体现了像增强器空间域的噪声 22特性;把σ与σ和起来，信噪比S/N反映像增强器的空间域噪声特性和时间域噪声特性。 12 这种测试方法直接对采集的图像进行处理，减少了待测参数;实现了数据的统一处理，但采用高帧频CCD 摄象机进行图像采集，引入了CCD 摄像机暗电流对测试结果的影响。 针对上述方法的缺点，在计算信噪比时将暗电路的影响去掉。在无光照条件下，去掉像增强 --器后CCD 摄像机输出图像的平均灰度为S 用ˉS-S来去除CCD 摄像机暗电流对测量结果1,1, 的影响。信噪比的计算式改为: 用这种方法测试信噪比的系统装置如图2 所示。 系统包括穏流源(1)，光源(2)，减光器(3)，光阴机光栅(4)，像增强器(5)，CCD摄像机(6)，照度计(7)，图像采集卡，计算机，显示器。 实验一:设定像增强器阴极面照度不变，采集图像帧数变化。 信噪比测试系统中，设定像增强器阴极面照度为，叠加帧数不同时输出图像均值与像增强器信噪比，如表1-1 所示。结论是随着采集帧数的增加，信噪比增大，并趋近一个固定值如图所示。 实验二:设定采集图像帧数不变，使像增强器阴极面照度发生变化。 设采集图像帧数相同均为20 帧，改变像增强器阴极面的照度，输出图像均值与像增强 器的信噪比如表1-2 所示。结论是改变阴极面的照度，能够改变像增强器的信噪比。 用这种测试系统测量像增强器信噪比时能够直接对采集的图像进行处理，减少了待测参数; 实现了数据的统一处理，通过改变阴极面的照度，可以得出不同照度下的信噪比值。 1.3 结论 这种像增强器信噪比测试系统结合先进的图像处理技术和计算机信息处理技术，在测试过程中数据得到统一的处理，实时的显示处理图像和信噪比计算结果。照度计准确的测量输入照度值，可以实现不同输入照度时信噪比的测量。此系统可以进一步扩展测试像增强器的其它性能参数。 参考文献: [1] 邹异松.电真空成像器件及理论分析[M]. 国防工业出版社. 1989 [2] META001_677. 左昉. EBCCD 微光成像系统综合性能评价[D]. 北京理工大学博士学位. 2003.1