何娜 趙巖 李超良 宋夢佳 李棟

摘要：ICCD（微光像增強(qiáng)CCD）應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，這就使得關(guān)于ICCD的測試需求越來越多，ICCD的測試項(xiàng)目繁多，按照其測試原理大體分為以下四類：光電特性測試，光譜特性測試，幾何特性測試：像質(zhì)特性測試。傳統(tǒng)的人工測試，操作復(fù)雜測試步驟煩瑣，結(jié)果的計(jì)算量也比較大，還存在許多人為測量和人為評價(jià)環(huán)節(jié)，對測試結(jié)果加入了很多人為因素，進(jìn)而造成結(jié)果的不準(zhǔn)確，難以客觀評價(jià)ICCD的光電性能，針對以上問題，利用C#語言與微軟的Visual Studio開發(fā)平臺設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了的ICCD視場綜合特性測試平臺，結(jié)果表明，該平臺有效精確地完成了ICCD的相關(guān)測試，實(shí)現(xiàn)了微光器件測試測量與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的融合，有效地提高了測試人員的工作效率。

關(guān)鍵詞：ICCD;綜合特性測試;C#;Visual Studio

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）30-0064-03

1 引言

ICCD即增強(qiáng)電荷耦合器件，由像增強(qiáng)器與可見光CCD耦合而成。ICCD在國防、公安、工業(yè)等領(lǐng)域里，有重要的應(yīng)用和廣闊的市場前景。

ICCD器件的測試項(xiàng)目很多，按照其測試原理分為以下四類：有關(guān)器件光電特性的測試：信噪比、亮度增益、等效背景照度、幀內(nèi)動態(tài)范圍、亮度均勻性等，有關(guān)器件光譜特性的測試：光譜響應(yīng)、日盲特性測試，有關(guān)幾何特性的測試：放大率、視場清潔度、同軸度、光暈，有關(guān)像質(zhì)特性的測試：調(diào)制度、MFT、分辨力等，這16項(xiàng)測試步驟也很煩瑣，輸入的光源也不同，結(jié)果的計(jì)算量很大，還存在許多人為測量和人為評價(jià)環(huán)節(jié)，對測試結(jié)果加入了很多人為因素，進(jìn)而造成結(jié)果的不準(zhǔn)確，難以客觀評價(jià)ICCD器件。

ICCD綜合特性測試儀，其目的是建立在實(shí)驗(yàn)室模擬紫外/可見微光條件下，通過計(jì)算機(jī)程序控制，自動測量、計(jì)算和評價(jià)ICCD器件及系統(tǒng)的光譜響應(yīng)、視場清潔度、信號增益等各項(xiàng)性能。提高了測試效率和準(zhǔn)確性，減少了人為測試的主觀因素，確保了測試結(jié)果的客觀性，并能夠?yàn)槲⒐庖曨l系統(tǒng)進(jìn)一步向更多領(lǐng)域拓展應(yīng)用[1]，提供有效的光、機(jī)、電、算、控支撐平臺。

2 ICCD綜合特性測試系統(tǒng)組成與原理

ICCD綜合特性測試儀系統(tǒng)由光學(xué)測試設(shè)備、圖像視頻采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

2.1光學(xué)測試設(shè)備

測試設(shè)備包括：積分球、可見光/紫外光光源、測試靶、平行光管、物鏡等[2]。它是產(chǎn)生各類測試光源和測試環(huán)境的儀器，將人為設(shè)定的光照射在被測ICCD陰極上。其構(gòu)成如圖1所示。

2.1.1 圖像視頻采集設(shè)備

圖像視頻采集設(shè)備由攝像頭和采集卡構(gòu)成，它將光信號轉(zhuǎn)換為圖像灰度信息，并傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

整個(gè)測試儀系統(tǒng)中，需要采集的圖像信息有：被測ICCD陰極上入射光轉(zhuǎn)換成的圖像灰度信息，被測ICCD產(chǎn)生的圖像灰度信息[3]。

2.1.2 計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)上安裝測試儀軟件，是整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。它能夠?qū)Σ杉膱D像信息進(jìn)行自動測量和評價(jià)，計(jì)算測量結(jié)果，給出測試報(bào)告。它還可通過RS232/RS422總線控制積分球光源及其他測試設(shè)備，使之達(dá)到預(yù)設(shè)參數(shù)。

2.2 ICCD綜合特性測試原理

ICCD綜合特性測試的測試項(xiàng)目主要包括光譜響應(yīng)、視場清潔度、信號增益等下面以視場清潔度為例介紹ICCD綜合特性測試平臺的測試原理與實(shí)現(xiàn)方法。

2.2.1 視場清潔度測量

視場清潔度測試是使用積分球光源用均勻光照射整個(gè)光陰極面，不插入任何靶板。調(diào)節(jié)入射光照完成對輸出圖像上存在有各類疵點(diǎn)，包括亮點(diǎn)、暗點(diǎn)、點(diǎn)群、線條或斑的測試，其大小和數(shù)量對于不同的產(chǎn)品，有不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。視場清潔度測試就是要準(zhǔn)確地描述這些疵點(diǎn)的等效面積和等效直徑、疵點(diǎn)相對熒光屏圓心的位置（即以屏中心為圓心，該疵點(diǎn)所在的圓周半徑）。亮點(diǎn)：比全屏整個(gè)區(qū)域平均亮度高于用戶設(shè)定閾值的疵點(diǎn)定義為亮點(diǎn);暗點(diǎn)：比全屏圖像整個(gè)區(qū)域平均亮度低于用戶設(shè)定閾值的疵點(diǎn)定義為暗點(diǎn)[3]。

具體測試步驟為：

保持輸入光源照度不變，獲取ICCD輸出圖像，通過計(jì)算機(jī)自動分析圖像中的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)，并自動圈出。

自動分類統(tǒng)計(jì)暗點(diǎn)或亮點(diǎn)數(shù)量。

自動測量暗點(diǎn)和亮點(diǎn)的等效直徑以最大跨度作為等效直徑，例如，不規(guī)則形狀以最長直徑為等效直徑。

自動測量暗點(diǎn)或亮點(diǎn)的位置：以熒光屏中心為圓心，自動測定暗點(diǎn)和亮點(diǎn)所在的圓周半徑。

3 軟件開發(fā)平臺支撐環(huán)境

ICCD綜合特性測試儀軟件平臺采用了運(yùn)行平臺采用Windows操作系統(tǒng)，軟件運(yùn)行環(huán)境支持Windows XP以及以上的操作系統(tǒng)，32位和64位系統(tǒng)均支持。考慮到后期的開發(fā)升級以及與Microsoft Office的相互調(diào)用，開發(fā)語言采用C#和C++混合編程的方式，開發(fā)工具使用Visual Studio .NET 2010。它是美國微軟公司的開發(fā)工具集，它包括了整個(gè)軟件生命周期中所需要的大部分工具，所寫的目標(biāo)代碼適用于微軟支持的全部平臺，Visual Studio是目前最流行的Windows應(yīng)用程序集成開發(fā)環(huán)境。更加適合窗體程序的開發(fā)。也可以滿足ICCD綜合特性測試軟件平臺的不算擴(kuò)展與升級，由于積分球單色儀光源的外設(shè)API 就是采用Framework 4.0 封裝的，因此使用C#可以較好地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)儀器的接口通信管理。

由于本軟件對數(shù)據(jù)的并發(fā)讀取要求不高，并且總數(shù)據(jù)量也不大，所以采用SQL Server 2005或更高版本。該數(shù)據(jù)庫既可以安裝在本地計(jì)算機(jī)，作為單機(jī)使用，也可以安裝在服務(wù)器上，由多個(gè)客戶端使用，為以后的擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了測試功能的自動化，用戶調(diào)整光學(xué)設(shè)備后，軟件系統(tǒng)將能夠自動測試用戶指定的參數(shù)，記錄并打印輸出。

4 軟件平臺功能設(shè)計(jì)

4.1 軟件平臺功能模塊組成

ICCD的測試測量按照其光學(xué)特性可以主要?jiǎng)澐譃橐韵聨最悾汗怆娞匦?、光譜響應(yīng)特性、幾何特性。選取代表三類光學(xué)特性的測試項(xiàng)目：光譜響應(yīng)、視場清潔度、等效背景照度完成對被測的ICCD光學(xué)特性進(jìn)行評價(jià)。由于ICCD的測試項(xiàng)目的測試步驟多，測試精度要求高，外設(shè)光源管理復(fù)雜等特點(diǎn)，要求測試平臺必須滿足界面風(fēng)格敏捷直觀，風(fēng)格統(tǒng)一，外設(shè)響應(yīng)靈敏，基于以上需求，ICCD測試主要功能有：測試ICCD器件的四項(xiàng)參數(shù)：視場清潔度、光譜響應(yīng)、動態(tài)范圍等特性的測試，并生成了相應(yīng)的電子版本的測試結(jié)果報(bào)告的顯示、保存。光機(jī)系統(tǒng)、被測器件、電子系統(tǒng)和用戶信息的參數(shù)顯示和設(shè)置還有采集卡的設(shè)置和管理;攝像頭和采集卡的采樣校正與積分球及單色儀的通訊設(shè)置;軟件系統(tǒng)用戶權(quán)限管理，分為廠家、管理員和用戶的三級權(quán)限[4]。

軟件平臺的外部輸入接口為：采集卡、用戶界面交互;軟件的外部輸出接口為：打印機(jī)、文件（圖形文件和數(shù)據(jù)文件）、用戶界面。

4.2 測試業(yè)務(wù)流程

在整個(gè)ICCD綜合特性測試平臺，核心的測試模塊包含了ICCD相關(guān)的光譜響應(yīng)、視場清潔度、動態(tài)范圍等測試模塊是整個(gè)測試平臺的核心功能模塊以光譜響應(yīng)為例，ICCD視場清潔度測試流程如下所示：

1）用戶在測試前，可以設(shè)定積分球光源的輸出光照強(qiáng)度，亮點(diǎn)暗點(diǎn)的閾值如果忽略，則以默認(rèn)值（或上次設(shè)定值）進(jìn)行設(shè)置。

2）等待積分球光源輸出穩(wěn)定后，采樣當(dāng)前ICCD陰極上的輸出圖像，采樣25幀圖像;累加圖像中所有像素的灰度值，先按像素計(jì)算平均灰度，并進(jìn)行25幀的平均;經(jīng)過測試25幀的圖像采用不影響平臺的運(yùn)行穩(wěn)定性。

計(jì)算機(jī)自動從調(diào)整積分球光源的照度，等待一定時(shí)間一般約為70秒左右，積分球光源穩(wěn)定后，采樣圖像;累加圖像中所有像素的灰度值：計(jì)算出圖像平均灰度值。以上述平均灰度值為基準(zhǔn)，高于閾值的像素點(diǎn)提取出來，同樣低于閾值的像素點(diǎn)也提取出來;用小圓將這些點(diǎn)自動圈?。ㄈΦ姆秶梢员却命c(diǎn)稍大一點(diǎn)），亮點(diǎn)用紅圈，暗點(diǎn)用黃圈，以便于觀察;在圓圈旁標(biāo)注暗點(diǎn)和亮點(diǎn)的序號，使用CCD參數(shù)中的每像元尺寸，計(jì)算亮點(diǎn)和暗點(diǎn)的物理尺寸（等效直徑和等效面積）;記錄并存儲亮暗點(diǎn)信息至數(shù)據(jù)庫[5]。

測試模塊通過計(jì)算機(jī)控制單色儀與積分球光源的狀態(tài)，系統(tǒng)能根據(jù)不同的測試提示測試人員插入不同的靶板。包括可以實(shí)時(shí)查看光源與采集卡的狀態(tài)，通過平臺精確控制光源的輸出等。通過計(jì)算機(jī)控制視頻采集卡自動采樣圖像、計(jì)算和評價(jià)ICCD器件及系統(tǒng)的光譜響應(yīng)、視場清潔度、信號增益等各項(xiàng)性能，并在軟件的窗體中動態(tài)繪制相應(yīng)的光譜響應(yīng)曲線，并將測試結(jié)果進(jìn)行保存，充分發(fā)揮了C/S平臺的優(yōu)勢，用戶可以通過輸入用戶名密碼登錄在測試完成后可以通過查看測試日期、測試員、測試備注來調(diào)取相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)包括各種測試曲線與測試過程中保存的采樣圖像。在每次測試結(jié)束后可以將測試過程中產(chǎn)生的曲線、表格生成相應(yīng)的pdf文件。測試報(bào)告發(fā)布實(shí)現(xiàn)對每個(gè)被測的ICCD當(dāng)次的檢驗(yàn)結(jié)果生成一張檢測報(bào)告單，報(bào)告單記錄包括被測ICCD的管型，管號以及測試過程中保存的測試曲線以及保存的采樣圖像。方便用戶查看打印也有效地避免了資源的浪費(fèi)。

4.3 ICCD測試業(yè)務(wù)實(shí)體設(shè)計(jì)

ICCD綜合特性測試平臺主要核心功能就是ICCD測試模塊，圍繞這個(gè)模塊進(jìn)行的一系列業(yè)務(wù)操作并最終生成相應(yīng)的測試報(bào)告，據(jù)此可將測試業(yè)務(wù)所涉及的數(shù)據(jù)分為：ICCD信息、測試基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)，測試詳細(xì)參數(shù)數(shù)據(jù)，測試記錄，測試用戶、外設(shè)接口等幾類從這幾類數(shù)據(jù)抽象出ICCD模型、ICCD屬性，測試參數(shù)，測試記錄，測試詳細(xì)結(jié)果（圖形）。

5 平臺測試核心業(yè)務(wù)功能技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于C#的ICCD綜合特性測試平臺開發(fā)主要用C#與C++語言混合實(shí)現(xiàn)的，利用。C#來實(shí)現(xiàn)了具體的軟件的業(yè)務(wù)邏輯，用戶訪問以及合法性驗(yàn)證，C++來實(shí)現(xiàn)軟件與積分球、單色儀、圖像采集卡等的通信，平臺采用C/S架構(gòu)模式，窗體客戶端，這樣既保持了界面的美觀性也保證了外設(shè)數(shù)據(jù)讀取的高效性，使得系統(tǒng)易于維護(hù)，又可以保證系統(tǒng)高效率運(yùn)行[6]。

5.1 測試核心業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)

ICCD綜合特性測試平臺的按噪聲測試設(shè)計(jì)主要考慮到測試的內(nèi)容與操作員的界面交互，實(shí)現(xiàn)了測試功能的自動化，用戶調(diào)整光學(xué)設(shè)備后，軟件系統(tǒng)將能夠自動測試用戶指定的參數(shù)，記錄并打印輸出。改變了傳統(tǒng)的ICCD測試流程，避免了因?yàn)闇y試步驟煩瑣、人工干預(yù)過多而造成的ICCD評價(jià)不準(zhǔn)確[7]。ICCD綜合測試平臺的界面如圖2所示。

左側(cè)為測試項(xiàng)目界面底側(cè)為外設(shè)光源與采集卡的狀態(tài)，當(dāng)全部顯示綠色時(shí)候，說明設(shè)備已經(jīng)就緒，右側(cè)顯示測試記錄以及相關(guān)的測試項(xiàng)目測試內(nèi)容，還有ICCD的屬性信息。

用戶設(shè)置亮點(diǎn)閾值為80%，暗點(diǎn)閾值為30%計(jì)算機(jī)用自動圈出出亮點(diǎn)暗點(diǎn)或亮暗區(qū)域，用戶可以根據(jù)人眼觀察調(diào)節(jié)圈住的亮暗區(qū)域，當(dāng)被測模型不能對準(zhǔn)光陰極時(shí)候，可通過軟件中的位置調(diào)節(jié)，用戶還可以隨意調(diào)節(jié)采樣圖像的放縮比查看亮暗點(diǎn)，也可以保存當(dāng)前圖像作為測試結(jié)果。

6 結(jié)束語

本文闡述了一種的ICCD視場綜合特性測試軟件，重點(diǎn)介紹了該平臺的視場清潔度測試的設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)踐表明，ICCD綜合特性測試平臺具有良好的可維護(hù)性與可擴(kuò)展性，提高了測試效率和準(zhǔn)確性，減少了人為測試的主觀因素，確保了測試結(jié)果的客觀性，并能夠?yàn)槲⒐庖曨l系統(tǒng)進(jìn)一步向更多領(lǐng)域拓展應(yīng)用，提供有效的信息化測試平臺。

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