本文討論了可用于測(cè)量光電（electro-opt ic）感測(cè)器性能的不同掃描模式和方法。感測(cè)器解析度、失真、視野（FOV）大小、最小可解析對(duì)比度和最小可解析溫度（在紅外攝影機(jī)的情況下）的測(cè)量都是通過(guò)這些性能指標(biāo)測(cè)試的范例。

　　使用自動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行掃描測(cè)試可以得到許多感測(cè)器的性能數(shù)據(jù)，可用于開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)測(cè)試。建立生產(chǎn)線感測(cè)器適用規(guī)格，使用準(zhǔn)確的系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行pass/fail測(cè)試，同時(shí)比較基準(zhǔn)及性能趨勢(shì)，可用于發(fā)現(xiàn)品質(zhì)與制造問(wèn)題。這些自動(dòng)化測(cè)試甚至可以通過(guò)使用即時(shí)（real time）量測(cè)的光電圖像數(shù)據(jù)來(lái)校正光學(xué)誤差，從而提高感測(cè)器的一致性和準(zhǔn)確性。

　　單點(diǎn)目標(biāo)掃描

　　光電成像系統(tǒng)最簡(jiǎn)單、最有效的測(cè)試之一是通過(guò)感測(cè)器視野（FOV）均勻移動(dòng)高對(duì)比度目標(biāo)，并在每個(gè)位置收集視覺(jué)位置與感測(cè)器圖像數(shù)據(jù)。該過(guò)程首先通過(guò)感測(cè)器FOV在既定的模式（通常是正方形、矩形、圓形或十字準(zhǔn)線）上編程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)步驟。在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)，從光電感測(cè)器和視覺(jué)運(yùn)動(dòng)編碼器位置同時(shí)捕獲數(shù)據(jù).

　　階梯圖案可以是方形或矩形光柵掃描、角落掃描或以FOV為中心的均勻圓形掃描。

　　圖1顯示了單向光柵掃描模式的范例。當(dāng)需要最高精度時(shí)，此掃描模式通常用于執(zhí)行光電感測(cè)器校準(zhǔn)。使用單向掃描方法消除了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)遲滯（hysteresis）和測(cè)量背隙（backlash）。這種掃描方法的一個(gè)缺點(diǎn)是校正和測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。

　　圖2顯示了雙向光柵掃描模式的示例。當(dāng)產(chǎn)能為關(guān)鍵時(shí)，通常會(huì)使用這種掃描模式，因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間會(huì)被最小化。此外，如果此用感測(cè)器的解析度低于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)遲滯和背隙，則此模式是一種很好的測(cè)試方法。這種方法的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的遲滯和背隙會(huì)降低整體精度。

　　圖3顯示了包含角落測(cè)量的光柵掃描模式示例。這種掃描模式有利于快速定位圖像中心，檢查圖像偏斜度并顯示感測(cè)器與成像器光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的扭曲和對(duì)稱性，這有助于識(shí)別組裝錯(cuò)誤。對(duì)于EO感測(cè)器安裝在云臺(tái)（gimbal）上的應(yīng)用，此掃描模式可用于測(cè)量光電感測(cè)器與云臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸的正交性。在機(jī)械設(shè)置或軟體中執(zhí)行該對(duì)齊錯(cuò)誤的校正。

　　圖4顯示了使用同心圓和45°增量測(cè)量點(diǎn)的圓形掃描示例。圓形掃描路徑經(jīng)常用于在初始組裝期間測(cè)量光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的鏡頭對(duì)準(zhǔn)。該測(cè)試通常在溫控腔中重復(fù)進(jìn)行，以確定對(duì)感測(cè)器在運(yùn)行中所暴露的溫度范圍的對(duì)準(zhǔn)靈敏度。最后，這種掃描模式可用于雷射點(diǎn)功率分布測(cè)量，并有助于辨識(shí)由設(shè)計(jì)或制造問(wèn)題引起的局部熱點(diǎn)或功率空洞。緊密的螺旋掃描模式也可以獲得類似于同心圓掃描的測(cè)量結(jié)果。

　　所有上述掃描模式都可用于測(cè)量鏡頭變形誤差。在每個(gè)掃描模式開(kāi)始時(shí)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)FOV的中心，XY像素位置和運(yùn)動(dòng)編碼器位置被設(shè)定為中心參考點(diǎn)。整個(gè)掃描完成后，將運(yùn)動(dòng)編碼器位置與被測(cè)單元（UUT）感測(cè)到的目標(biāo)XY像素位置進(jìn)行比較，以確定鏡頭變形誤差?？梢詮脑摂?shù)據(jù)生成感測(cè)器校正表。然后通過(guò)編程的掃描模式重新運(yùn)行運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并在軟體中加載校正文件，從而驗(yàn)證該錯(cuò)誤是否存在。

　　解析度目標(biāo)或陣列目標(biāo)掃描

　　代替單點(diǎn)目標(biāo)掃描，二維解析度目標(biāo)或目標(biāo)基準(zhǔn)掃描陣列用于在每個(gè)運(yùn)動(dòng)步驟覆蓋更大的FOV區(qū)域。這種方法通過(guò)在光電感測(cè)器中瞬時(shí)記錄目標(biāo)XY像素位置的二維陣列來(lái)增加單個(gè)運(yùn)動(dòng)步驟的圖像目標(biāo)測(cè)量位置。它還減少了整個(gè)FOV的運(yùn)動(dòng)步數(shù)。圖5 顯示了這種二維區(qū)域光柵掃描方法的示例。

　　這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了測(cè)量時(shí)間。然而，后處理稍微復(fù)雜一些，因?yàn)樗枰唇訄D像和組合數(shù)據(jù)。

　　先前在圖1到4中說(shuō)明的相同掃描方法可以與這種重疊區(qū)域方法一起使用。該技術(shù)適用于校正非常大的FOV感測(cè)器，例如衛(wèi)星成像器。這也是一種很好的掃描方法，可以使用安裝在云臺(tái)上的具有窄FOV的高解析度感測(cè)器來(lái)測(cè)量大面積區(qū)域。通過(guò)在系統(tǒng)中添加圖像處理，重疊掃描也可用于在云臺(tái)的視野中定位新的或變化的物體。

　　動(dòng)態(tài)感測(cè)器測(cè)試

　　感測(cè)器動(dòng)態(tài)和圖像處理性能可以通過(guò)在視野中以恒定或變化的速率移動(dòng)物體來(lái)測(cè)試。測(cè)試對(duì)象通常是一個(gè)小的垂直條或薄板，它們會(huì)在均勻的背景和感測(cè)器之間通過(guò)。這有時(shí)被稱為狹縫測(cè)試。根據(jù)掃描頻率、目標(biāo)尺寸和掃描長(zhǎng)度，可以使用各種運(yùn)動(dòng)裝置，例如旋轉(zhuǎn)和線性平臺(tái)?？梢酝ㄟ^(guò)增加運(yùn)動(dòng)速度直到狹縫不再可見(jiàn)來(lái)測(cè)試感測(cè)器成像帶寬和瞬時(shí)成像解析度。

　　可以使用之前顯示的相同運(yùn)動(dòng)掃描配置文件，但不是在每個(gè)測(cè)量位置停止，而是使用UUT和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)之間的緊密同步時(shí)捕獲數(shù)據(jù)。由于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和感測(cè)器的動(dòng)態(tài)特性，測(cè)量精度可能會(huì)略低。然而，主要優(yōu)點(diǎn)是更快的測(cè)試時(shí)間和更高的產(chǎn)能。

　　確保測(cè)量數(shù)據(jù)與測(cè)量位置精確匹配在高解析度動(dòng)態(tài)測(cè)試中可能具有挑戰(zhàn)性。更快的掃描速率有利于更高的產(chǎn)能，但UUT數(shù)據(jù)與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的緊密位置同步是必要的。

　　一些高階運(yùn)動(dòng)控制器具有內(nèi)置的低延遲觸發(fā)功能，可用于實(shí)現(xiàn)這種緊密同步。 Aerotech運(yùn)動(dòng)控制器包括一個(gè)以位置為基礎(chǔ)的低延遲輸出觸發(fā)信號(hào)，稱為位置同步輸出（PSO）。PSO允許用戶指定三維空間中的向量距離以觸發(fā)數(shù)據(jù)收集?？梢愿鶕?jù)命令距離或?qū)嶋H位置回饋觸發(fā)輸出，進(jìn)一步提高同步確實(shí)度。

　　使用PSO等內(nèi)置控制器功能，無(wú)需購(gòu)買昂貴的高速硬體數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或開(kāi)發(fā)定制的數(shù)據(jù)采集軟體。

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