Исследование геометрической стабильности ПЗС матрицы для точных линейных измерений : НПК ВИДЕОСКАН

Исследование геометрической стабильности ПЗС матрицы для точных линейных измерений

Авторы: А.Королев, А.Гарцуев

Исследование геометрической стабильности ПЗС матрицы производилось в соответствии с методикой, описанной, в статье Королев А.Н., Гарцуев А.И., Исследование точности позиционирования изображения на ПЗС матрице, Измерительная техника, май, 2004, №5, стр.20-22.

Выполнены исследования временного тренда координат дискретных элементов матрицы путем измерения координат точечных изображений, покрывающих все поле матрицы.

Камера:ВИДЕОСКАН -415-USB

Тип матрицы: SONY ICX415AL (монохром)
Размер пикселя: 8.3х8.3 мкм
Разрешение: 782*582
Количество активных пикселей: 776*582
Размер матрицы: 6.5*4.83мм (1/2 дюйм)
Охлаждающий элемент: нет

При проецировании совокупности точечных изображений (80 точек) на ПЗС-матрицу (рис.1) специализированная программа выполняла вычисления центров тяжести (ЦТ) для каждой точки в каждом кадре. Результаты измерений усреднялись в пределах интервала накопления. Приведенные ниже результаты соответствуют интервалу накопления 50 сек. При скорости ввода видеоданных 1 кадр в секунду в каждом интервале накопления производится усреднение 50 кадров.

Рис.1. Изображение, получаемое с камеры.

Приведем результаты измерений, полученных в течении 3 часов работы камеры с момента включения (180 минут).

Абсолютные значения модуля сдвигов в долях пикселя приведены в таблице 1. Минимальное и максимальное значения сдвигов в таблице 1 выделены жирным шрифтом.

Таблица 1

Абсолютные значения модуля сдвига матрицы точек через 180 минут после включения (в долях пикселя)

Направления векторов сдвига в каждой точке поля ориентировано в направлении центра стабилизации с минимальным значением сдвига, что указывает на деформацию матрицы относительно центра верхнего края, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Поле векторов сдвига координат пикселей за интервал времени 180 минут с момента включения камеры

Поле изолиний, приведенное на рисунке 3 указывает на достаточно высокую изотропность процесса деформации матрицы.

Рис. 3. Поле изолиний сдвига координат пикселей за интервал времени 180 минут

Как видно из таблицы 1, максимальное значение сдвига составляет 0.098 пикселя. Это означает, что чувствительные элементы матрицы смещаются на величину до 0.81 мкм.

Теперь рассмотрим результаты измерений за следующие 10 минут после трехчасовой работы камеры.

Поле векторов сдвига положения координат светочувствительных элементов матрицы за интервал времени 10 минут между двумя циклами (интервал между 180-й и 190-й минутами) после 3 часовой стабилизации приведено на рис. 4.

Рис.4. Поле векторов сдвига координат пикселей за интервал времени 180-190 минут с момента включения камеры

Соответствующие абсолютные значения модуля сдвигов в долях пикселя приведены в таблице 2.

Таблица 2

Абсолютные значения модуля сдвига матрицы точек для интервала времени 10 минут после 3-х часовой стабилизации(в долях пиксела)

Среднее значение сдвигов составляет 0.0026 пикселя, максимальное значение – 0.0067 пикселя. Приблизительно такие же значения получаются и после работы камеры как в течение 90 минут, так и в течение 4,5 часа.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что основной массив светочувствительных элементов матрицы имеет координатную стабильность на уровне 0.003 пикселя (0.02 мкм) уже после 90 минут работы камеры (за период измерения 10 минут) и при ее дальнейшей работе держится примерно на этом уровне.

При этом следует учитывать, что в данном исследовании вклад в измерение координат одной точки вносят 10-20 пикселей.