微光和红外融合装备分辨力测试方法研究
荆卫国，孙明昭，王佳笑，王红培
(中国华阴兵器试验中心，陕西 华阴 714200)
摘 要 ：在对微光装备分辨力测试和红外装备MRTD测试系统进行分析的基础上，提出了微光和红外融合装备的分辨力测试方案，利用现有的红外MRTD测试系统，通过改造光源、光源的入射光路和靶板，建立了微光与红外融合图像的图像分辨力测试系统，并对该方案进行了分析。分析结果表明，改造后的测试系统同时实现对红外的反射和对微光的透射，对红外温差的测量精度接近0.01 K，对微光照度的测试精度可以达到1 lx,对融合图像分辨力的测试满足
的倍数递减要求。
关键词 ：微光；红外；融合装备；分辨力测试
引言
微光与红外图像融合是近年发展起来的新技术，它将分别来自微光和红外通道的图像经过图像预处理、图像配准，并加入图像融合算法，从而产生的能够在同一幅图像中既包含微光特征信息又包含红外特征信息的新的信息图像。因此，融合图像中包含更多的图像信息是不容置疑的，在战场上对识别伪装和隐身，提高装备的抗干扰能力具有独特的优势，这正是融合图像在军事上使用的真正价值所在[1-15]。
式中：F为实际支撑力，F2为配重块质量，L1为配重端臂长，L2为支撑端臂长，L3为滚筒支架高度，θ为支撑组件转板转过的角度，且存在
融合图像作为光电装备的一种新的信息载体形式，其图像质量不仅受到微光分辨力和红外MRTD的限制，而且与图像融合过程中的图像预处理、图像配准和融合算法方案以及这些算法中的参数选择等多种因素有关。不好的算法方案和不合适的参数选择必然会导致融合图像质量的明显下降。因此，融合图像分辨力作为评价图像质量的重要手段，其测试方法对优化融合算法、提高融合图像质量至关重要。
1 微光分辨力和红外MRTD测试系统分析
1.1 微光分辨力测试系统
在以往的光电装备分辨力测试中，由于微光和红外的成像波段不同，分辨力是针对不同的目标源和光学系统分别进行测试的。微光分辨力测试用带有钨丝灯(色温灯)照明的分划板作为目标，测试光路有两种，一种是通过透射式准直光学系统将靶板成像在无穷远处进行分辨力测试。如图1所示。另一种是通过反射式准直光学系统利用靶板的反射进行分辨力测试。如图2所示。
图 1微光分辨力测试系统(透射式)示意图
Fig .1 Schematic diagram of LLL resolution test system (transmission type)
图 2微光分辨力测试系统(反射式)示意图
Fig .2 Schematic diagram of LLL resolution system (reflection type)
1.2 红外MRTD测试系统
红外分辨力测试用带有黑体加热的红外靶板作为目标，通过对目标靶上四杆靶温差的控制，以离轴抛物面反射镜作为准直光学系统进行MRTD测试。如图3所示。
图 3红外MRTD测试系统示意图
Fig .3 Schematic diagram of infrared MRTD test system
1.3 微光分辨力测试原理[16]
同一天，附近阿林顿镇上，27岁的邮递员亚当·詹诺斯也向急救中心打来了求助电话，说自己十分痛苦。当急救人员赶到时，发现亚当躺在地板上，呼吸困难。虽然他们将他送到最近的医院抢救，但为时已晚，医生宣布亚当死于心脏病。
(1)
Endoscopy revealed numerous small 1-2 mm polyps extending from the duodenal bulb to the second portion of the duodenum. The three largest polyps included a 6 mm polyp in the mid duodenal bulb, 8 mm polyp distal to this along the anterior wall, and 8 mm polyp in the second part of the duodenum.
以WFY-1型微光分辨力测试系统为例，主要组成包括标准反射式分辨力靶板、长焦距(焦距为8.472 m，孔径为250 mm)准直物镜及导轨、积分球式可调照度光源、以及电源和支架等。
1.4 红外MRTD测试原理[17]
红外MRTD测试靶板如图4所示，按照一定规律分布的不同空间频率的4条杆靶分别刻画在不同的靶板上，4条杆长宽比为7∶1，条杆部分用辐射率接近100%的材料涂覆，4条杆中的“杆”与“空隙”之间间隔一致；测试时，黑体产生的热辐射透过4条杆靶的“空隙”，在“杆”与“空隙”之间形成一定温差。
图 4红外MRTD测试靶板图案
Fig .4 Diagram of MRTD test target board
2.2.1 测试光路和系统组成
MRTD测试结果处理的表达式如下：
MRTD=Φ ×|ΔT 2-ΔT 1|/2
为了能在距离较短的暗室内进行分辨力测试，可将分辨力靶板放在长焦距准直物镜的焦平面上。夜视仪通过准直物镜观察靶板，相当于观察无穷远处的靶板。此时夜视仪分辨力由下式算得：
由于分光镜为平板镜，经分光镜后透射光(微光)的方向不会改变，分光镜的调整主要改变反射光(红外)的方向，从而实现2个靶标合像。为了防止调整过程中靶板图像有可能产生的倾斜，分光镜应分别对方位和俯仰进行调整。
在异构模式中，随机挑选一些节点，为其配备其他节点两倍通信距离远的发射器。为区别于普通节点，这些节点被称为特殊节点。为了检测特殊节点的设置对网络性能的影响，将其中一小部分节点作为特殊节点进行仿真试验。
(4)
式中：Φ 为仪器常数；ΔT 1为被试品在正温差时人眼能分辨出靶标75%面积时的温差(K)；ΔT 2为被试品在负温差时人眼能分辨出靶标75%面积时的温差(K)。
式中：f ′为准直物镜的焦距(m)；d 为分辨力测试靶板某单元线条的宽度(mm)。
2 微光和红外融合图像分辨力测试系统设计构想
2.1 测试光路和光源要求
在融合图像分辨力测试中，反映融合图像成像效果的目标源不再是单一波段的光源和目标靶板，而是同时能提供目标亮度特征和热特征的复合光源和目标靶板，准直光学系统也要求在同一条光路中同时对微光和红外实现准直。因此，需要在传统的分辨力测试设备的基础上对测试系统进行一定改造才能实现融合图像分辨力的测试。
按照上述要求，选取的离轴抛物面反射镜参数如下：主反射镜口径为Φ 400 mm次反射镜口径为161.3 mm×126.5 mm；主反射镜光学系统焦距f ′=2.54 m，离轴角为7.3°，主镜和次镜反射率均达到95%以上，经光学调试，该准直光学系统在有效工作口径内的出射光平行度可以达到3″以内，完全可以满足融合光学系统的测试要求。
2.2 融合图像分辨力测试的构想
测试光路的基本构想是：离轴抛物镜作为准直物镜，微光靶标和红外靶标均在准直物镜的焦平面上，由分光镜合像，形成重合的无穷远目标。微光光源为微光靶标提供可调照度，黑体为红外靶标提供精确温差，被试品在准直物镜光轴上，通过观察无穷远目标，测试融合夜视系统的分辨力。
试验时，采用一组不同空间频率的MRTD测试靶板进行试验。将被试品透过准直光学系统观察不同空间频率MRTD靶标，记录当观察到每一黑白杆面积为全面积75%时的温差ΔT 1、ΔT 2和相应的空间频率。
对于融合系统的分辨力靶板，可利用离轴抛物面反射光路将微光和红外两部分光源和靶面整合到同一条光路中，实现同一个靶板上同时体现亮度特征和热辐射特征。
“你们确定,他不是这么大?”她又问道,用尽全力把自己吹得更鼓了。但是小青蛙们一直说那只怪物要比她大得多。她继续鼓着气,最后,由于充气太多,她把自己鼓爆了。
基本测试光路如图5所示，测试系统主要由离轴抛物镜、微光靶标、红外靶标、微光光源、黑体、分光镜等组成。
图 5融合图像测试系统及测试光路
Fig .5 Fusion image test system and testing light path
2.2.2 靶板、照明和加热光路设计
在目标靶方面，微光靶面和红外靶面按照各自的表面要求制作成具有相同结构和尺寸的靶面，分别置于微光光源的毛玻璃后面和红外光源的黑体前。在靶前光路上添加一个能够透过微光、反射红外的分光镜，通过调整分光镜使微光靶面和红外靶面实现合像。
在从“*.log”文件中提取关键参数时，使用了MFC中的类CstdioFile，该类从CFile类派生而来，每次读取文本文件的一行。然后，对读到的数据进行分析，截取出有用的数据。
要实现微光图像与红外图像合像必须满足以下几个基本条件：经过分光镜后的微光靶图像和红外靶图像结构相同，线条严格平行，线条的高低和方位可以调整。
环境问题不仅仅涉及个人，同时还是整个国家都要重视的事情。国家应该建立覆盖全国的环境监测系统，系统的要求就是足够智能，对于空气污染、噪音污染、水污染等问题都可以有效监测，在全国各省市分级管理。这些监测系统可以总结收集全国的大数据，给国家的监测治理工作带去便利。
2.2.3 照明光路中光强的控制
不同的融合比例会更加适用于不同用途和在不同场景中使用。因此，在融合系统的分辨力测试设备中需要考虑不同融合比例测试中的光强控制问题。红外图像的光强控制通过设定4条杆的温差实现红外辐射强度控制，微光图像的光强控制需要在钨丝灯的光源上加装一个连续可变光阑，通过调整可变光阑的入射光瞳来调整入射光的亮度控制。
3 测试设备相关参数设计和确定
3.1 准直光学系统
融合装备对准直光学系统的要求主要有三条：一是可以同时为微光和红外提供无穷远准值目标；二是具有较大的有效工作口径，工作口径能够同时包容微光和红外两条入射光路；三是具有较高的测试精度，具体表现为较长的焦距和较好的校准精度，以便为分辨力测试提供较高的准直精度。
蛋白质组（Proteome）是由澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Williams等人于1994年提出，广义上指由一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应蛋白质。蛋白质组学以基因编码的所有蛋白质为研究对象，从整体水平研究蛋白质的组成及其变化规律，从而深入了解有机体的各种生理和病理过程。因此蛋白质组学的研究可能更好地帮助人们了解生命的本质，各器官的分子结构、功能及其行使该功能的机制等。它是一个动态的概念。蛋白质组学是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，提示蛋白质的功能与细胞的活动规律。
3.2 靶标
3.2.1 靶标图案与频率
李建明一个人来了，住在硬床板上，精心设计，预定柜台。他用手指了指外间，开始只有前面100平方米一块儿，后面又加盖了近500平方米。2016年6月24日，大泉山东方红展览馆开馆。之后，东边再加盖了近500平方米。如今，展览馆占地面积达到1000余平方米。
微光和红外的靶标图案样式采用红外MRTD测试的靶标图案样式，纵横比为7∶1四杆靶，靶标图案如图7所示。
图 7融合图像分辨力测试靶板图
Fig .7 Diagram of fusion image resolution test target board
靶标频率从低到高分22组，以
的倍数递减。如图7所示。1～3单元分别在1#、2#和3#靶标上，4～8单元在4#靶标上，9～22单元在5#靶标上。对应的靶标频率见表2。
表2 靶标频率表
Table 2 Target frequency table
3.2.2 靶标温差、靶面照度控制
在红外准直光路中，靶标温差由黑体提供和控制，经过温差控制的热靶在光学准直光路中需要经过分光镜反射呈平行光输出，在靶标系统控制中，靶标的温差控制精度为0.01 K，分光镜一般具有0.9～0.95的反射率，所以，在准直镜物镜位置体现出来的实际温差为黑体的输出温差与该反射系数的乘积。同样，在微光准直光路中，靶标亮度由微光光源提供和控制，经过微光靶面在光学准直光路中需要透过分光镜传输，经物镜后呈平行光输出；在微光的分光光路中，靶面照度由照度计测试得到，与标准计量设备的测量比例为1.02，分光镜具有0.9～0.95的透射率，所以，在准直镜物镜位置体现出来的实际亮度为照度计实际测试照度与该透射系数的乘积。由于分光镜对红外的反射系数与微光的透射系数比较接近，因而，分光镜对测试结果的影响基本可以抵消。
3.2.3 总体性能
通过以上分析，对于主反射镜口径为Φ400 mm，次反射镜口径为161.3 mm×126.5 mm；主反射镜光学系统焦距f ′=2.54 m、离轴角为7.3°、主镜和次镜反射率均达到95%以上的离轴抛物面反射镜进行融合系统的分辨力测试，测试设备中准直光学系统的出射光平行度可以达到3″以内，对红外温差的测量精度接近0.01 K，对微光照度的测试精度可以达到1 lx,对融合图像分辨力的测试满足
的倍数递减，完全可以满足融合光学系统的测试要求。
4 结论
1) 文中设计的融合图像分辨力测试系统同时实现对红外的反射和对微光的透射，对红外温差的测量精度接近0.01 K，对微光照度的测试精度可以达到1 lx,对融合图像分辨力的测试满足的倍数递减要求。
2) 在融合装备的图像分辨力测试中，需要分别得出装备对微光和红外各自的敏感系数，然后根据融合系统指标要求的试验条件(照度、温差)为基础条件，利用对微光的敏感系数改变微光照度，利用对红外的敏感系数改变红外温差，从而测试出一定梯度照度环境和一定梯度温差环境下的融合系统分辨力曲线。
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Research on resolution test system of LLL and infrared fusion equipment
JING Weiguo, SUN Mingzhao, WANG Jiaxiao, WANG Hongpei
(Huayin Ordance Test Center of China,Huayin 714200,China)
Abstract :Based on the analysis of the resolution test system for low-light level(LLL) vision equipment and the multi-resolution time domain (MRTD) test system for infrared equipment, the conception of resolution test scheme for LLL and infrared image fusion equipment was proposed . The exiting equipment of infrared MRTD test system was utilized, the resolution test system of the LLL and infrared fusion image was established by modifying light source, incident light path and target plate ,and the analysis on the scheme was conducted.Results indicate that the modified test system can both realize infrared reflection and low-light projection. The measurement accuracy of infrared temperature difference is close to 0.01 K, and the measurement accuracy of low-light illumination can reach 1 lx. The test of fusion image resolution meets the requirement of multiple 
Key words :LLL；infrared； fusion equipment ; resolution test
中图分类号: TN247
文献标志码: A
DOI: 10.5768/JAO201940.0509001
文章编号: 1002-2082(2019)05-0918-05
收稿日期： 2019-02-21；
修回日期： 2019-06-05
基金项目： 观测装备侦察能力试验关键技术研究(1600010237)
作者简介： 荆卫国(1964-)，男，高级工程师，主要从事侦察情报装备试验鉴定工作。
通信作者： 孙明昭(1984-)，男，工程师，主要从事侦察情报装备试验鉴定工作。E-mail：663861140@qq.com
标签：微光论文; 红外论文; 融合装备论文; 分辨力测试论文; 中国华阴兵器试验中心论文;