光电成像系统性能表征与评估方法研究

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题名	光电成像系统性能表征与评估方法研究
作者	徐保树
学位类别	博士
答辩日期	2012-05-29
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	中国科学院沈阳自动化研究所
导师	史泽林
关键词	光电成像系统成像传感器性能表征最小可分辨对比度 TTP 度量
其他题名	Research on Characterization and Evaluation of Electro-Optical Imaging System Performance
学位专业	模式识别与智能系统
中文摘要	光电成像系统性能表征与评估方法是系统论证、设计、测试、评价等环节的理论基础。随着光电成像探测技术的迅速发展，如何从系统角度建立性能模型、确立性能指标及评价方法，与构成光电成像系统的光学技术、电子技术、信息处理技术等单项技术一道，成为光电信息科学与光电工程领域的重要研究课题，具有重要的学术与应用价值。本文以提高光电成像系统性能遇到的制约问题为牵引，开展光电成像系统性能表征与评估方法研究，旨在从系统总体的角度研究光电成像系统性能与光学系统、探测器、信息处理等分系统的物理模型与计算模型；并从系统使用角度建立人眼视觉和机器视觉两种工作模式下系统使用性能的计算模型。研究内容和成果包括： 1、成像传感器性能表征研究。通过研究成像过程的物理机理，以成像传感器的能量传递特性、空间分辨特性和极限探测能力为三条主线，分别给出了成像传感器的响应度、灵敏度和分辨率计算模型；研究了采样成像传感器客观存在的信号混叠问题，据此提出了精确的成像传感器最小可分辨对比度MRC计算模型。与此同时，对归一化探测率D*、噪声等效温差NETD、极限分辨率等关键性能指标提出了简化计算模型，为光电成像系统固有性能预计建立了较为完善的理论体系。 2、成像传感器性能模型的实验验证方法研究。针对各项性能表征模型设计了相应的物理验证实验，验证了模型的正确性。提出了两项创新的测量方法：一是针对调制传递函数MTF传统测量方法存在的采样相位效应问题，提出了一种基于累积直方图的MTF精确测量方法；二是设计了基于楔形条纹的MRC测试方案，通过计算机自动判读楔形条纹，实现了最小可分辨对比度的客观测量。利用噪声计算模型，提出了一种精确且简易的CCD满阱电荷和本底噪声的标定方法。 3、基于人眼视觉机理的性能表征研究。深入研究并完善了目标获取任务性能TTP模型，对TTP模型提出了修正、改进和扩展：根据帕萨瓦尔定理，推导出系统对比度阈值函数的计算模型，修正了TTP模型存在的时间采样积分问题；引入非均匀性噪声因素，改进了TTP模型，使模型对噪声预测更精确；联合了涵盖目标/背景材质、太阳-观测几何、大气传输特性等光电探测对象与条件，给出了目标/背景对比度计算模型，扩展了TTP模型。 4、面向机器视觉的性能表征研究。基于统计理论指出了成像探测识别与跟踪问题的数学内涵；提出了基于CRLB的目标-图像参数估计方法，实现了自动目标跟踪中图像匹配精度的预测；提出了基于最小错误概率准则的目标-图像假设检验方法，实现了成像探测错误率的预测。
语种	中文
公开日期	2012-07-26
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9082]
专题	沈阳自动化研究所_光电信息技术研究室
推荐引用方式 GB/T 7714	徐保树. 光电成像系统性能表征与评估方法研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2012.