基于C#的ICCD綜合特性測試平臺的設計與研究

何娜 趙巖 李超良 宋夢佳 李棟

摘要：ICCD（微光像增強CCD）應用領域十分廣泛，這就使得關于ICCD的測試需求越來越多，ICCD的測試項目繁多，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：像質特性測試。傳統(tǒng)的人工測試，操作復雜測試步驟煩瑣，結果的計算量也比較大，還存在許多人為測量和人為評價環(huán)節(jié)，對測試結果加入了很多人為因素，進而造成結果的不準確，難以客觀評價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)平臺設計實現(xiàn)了的ICCD視場綜合特性測試平臺，結果表明，該平臺有效精確地完成了ICCD的相關測試，實現(xiàn)了微光器件測試測量與計算機控制技術的融合，有效地提高了測試人員的工作效率。

關鍵詞：ICCD;綜合特性測試;C#;Visual Studio

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）30-0064-03

1 引言

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

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

ICCD綜合特性測試儀，其目的是建立在實驗室模擬紫外/可見微光條件下，通過計算機程序控制，自動測量、計算和評價ICCD器件及系統(tǒng)的光譜響應、視場清潔度、信號增益等各項性能。提高了測試效率和準確性，減少了人為測試的主觀因素，確保了測試結果的客觀性，并能夠為微光視頻系統(tǒng)進一步向更多領域拓展應用[1]，提供有效的光、機、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)由光學測試設備、圖像視頻采集設備和計算機構成。

2.1光學測試設備

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

2.1.1 圖像視頻采集設備

圖像視頻采集設備由攝像頭和采集卡構成，它將光信號轉換為圖像灰度信息，并傳遞給計算機進行處理。

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

2.1.2 計算機

計算機上安裝測試儀軟件，是整個系統(tǒng)的人機交互界面。它能夠對采集的圖像信息進行自動測量和評價，計算測量結果，給出測試報告。它還可通過RS232/RS422總線控制積分球光源及其他測試設備，使之達到預設參數(shù)。

2.2 ICCD綜合特性測試原理

ICCD綜合特性測試的測試項目主要包括光譜響應、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光陰極面，不插入任何靶板。調節(jié)入射光照完成對輸出圖像上存在有各類疵點，包括亮點、暗點、點群、線條或斑的測試，其大小和數(shù)量對于不同的產品，有不同的標準規(guī)定。視場清潔度測試就是要準確地描述這些疵點的等效面積和等效直徑、疵點相對熒光屏圓心的位置（即以屏中心為圓心，該疵點所在的圓周半徑）。亮點：比全屏整個區(qū)域平均亮度高于用戶設定閾值的疵點定義為亮點;暗點：比全屏圖像整個區(qū)域平均亮度低于用戶設定閾值的疵點定義為暗點[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，通過計算機自動分析圖像中的亮點和暗點，并自動圈出。

自動分類統(tǒng)計暗點或亮點數(shù)量。

自動測量暗點和亮點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。

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

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行平臺采用Windows操作系統(tǒng)，軟件運行環(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?？紤]到后期的開發(fā)升級以及與Microsoft Office的相互調用，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，它包括了整個軟件生命周期中所需要的大部分工具，所寫的目標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展與升級，由于積分球單色儀光源的外設API 就是采用Framework 4.0 封裝的，因此使用C#可以較好地實現(xiàn)相應儀器的接口通信管理。

由于本軟件對數(shù)據的并發(fā)讀取要求不高，并且總數(shù)據量也不大，所以采用SQL Server 2005或更高版本。該數(shù)據庫既可以安裝在本地計算機，作為單機使用，也可以安裝在服務器上，由多個客戶端使用，為以后的擴展打下基礎。實現(xiàn)了測試功能的自動化，用戶調整光學設備后，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 軟件平臺功能設計

4.1 軟件平臺功能模塊組成

ICCD的測試測量按照其光學特性可以主要劃分為以下幾類：光電特性、光譜響應特性、幾何特性。選取代表三類光學特性的測試項目：光譜響應、視場清潔度、等效背景照度完成對被測的ICCD光學特性進行評價。由于ICCD的測試項目的測試步驟多，測試精度要求高，外設光源管理復雜等特點，要求測試平臺必須滿足界面風格敏捷直觀，風格統(tǒng)一，外設響應靈敏，基于以上需求，ICCD測試主要功能有：測試ICCD器件的四項參數(shù)：視場清潔度、光譜響應、動態(tài)范圍等特性的測試，并生成了相應的電子版本的測試結果報告的顯示、保存。光機系統(tǒng)、被測器件、電子系統(tǒng)和用戶信息的參數(shù)顯示和設置還有采集卡的設置和管理;攝像頭和采集卡的采樣校正與積分球及單色儀的通訊設置;軟件系統(tǒng)用戶權限管理，分為廠家、管理員和用戶的三級權限[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、文件（圖形文件和數(shù)據文件）、用戶界面。

4.2 測試業(yè)務流程

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

1）用戶在測試前，可以設定積分球光源的輸出光照強度，亮點暗點的閾值如果忽略，則以默認值（或上次設定值）進行設置。

2）等待積分球光源輸出穩(wěn)定后，采樣當前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，先按像素計算平均灰度，并進行25幀的平均;經過測試25幀的圖像采用不影響平臺的運行穩(wěn)定性。

計算機自動從調整積分球光源的照度，等待一定時間一般約為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：計算出圖像平均灰度值。以上述平均灰度值為基準，高于閾值的像素點提取出來，同樣低于閾值的像素點也提取出來;用小圓將這些點自動圈?。ㄈΦ姆秶梢员却命c稍大一點），亮點用紅圈，暗點用黃圈，以便于觀察;在圓圈旁標注暗點和亮點的序號，使用CCD參數(shù)中的每像元尺寸，計算亮點和暗點的物理尺寸（等效直徑和等效面積）;記錄并存儲亮暗點信息至數(shù)據庫[5]。

測試模塊通過計算機控制單色儀與積分球光源的狀態(tài)，系統(tǒng)能根據不同的測試提示測試人員插入不同的靶板。包括可以實時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。通過計算機控制視頻采集卡自動采樣圖像、計算和評價ICCD器件及系統(tǒng)的光譜響應、視場清潔度、信號增益等各項性能，并在軟件的窗體中動態(tài)繪制相應的光譜響應曲線，并將測試結果進行保存，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、測試備注來調取相應的測試數(shù)據包括各種測試曲線與測試過程中保存的采樣圖像。在每次測試結束后可以將測試過程中產生的曲線、表格生成相應的pdf文件。測試報告發(fā)布實現(xiàn)對每個被測的ICCD當次的檢驗結果生成一張檢測報告單，報告單記錄包括被測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。

4.3 ICCD測試業(yè)務實體設計

ICCD綜合特性測試平臺主要核心功能就是ICCD測試模塊，圍繞這個模塊進行的一系列業(yè)務操作并最終生成相應的測試報告，據此可將測試業(yè)務所涉及的數(shù)據分為：ICCD信息、測試基礎參數(shù)數(shù)據，測試詳細參數(shù)數(shù)據，測試記錄，測試用戶、外設接口等幾類從這幾類數(shù)據抽象出ICCD模型、ICCD屬性，測試參數(shù)，測試記錄，測試詳細結果（圖形）。

5 平臺測試核心業(yè)務功能技術實現(xiàn)

基于C#的ICCD綜合特性測試平臺開發(fā)主要用C#與C++語言混合實現(xiàn)的，利用。C#來實現(xiàn)了具體的軟件的業(yè)務邏輯，用戶訪問以及合法性驗證，C++來實現(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數(shù)據讀取的高效性，使得系統(tǒng)易于維護，又可以保證系統(tǒng)高效率運行[6]。

5.1 測試核心業(yè)務功能實現(xiàn)

ICCD綜合特性測試平臺的按噪聲測試設計主要考慮到測試的內容與操作員的界面交互，實現(xiàn)了測試功能的自動化，用戶調整光學設備后，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，避免了因為測試步驟煩瑣、人工干預過多而造成的ICCD評價不準確[7]。ICCD綜合測試平臺的界面如圖2所示。

左側為測試項目界面底側為外設光源與采集卡的狀態(tài)，當全部顯示綠色時候，說明設備已經就緒，右側顯示測試記錄以及相關的測試項目測試內容，還有ICCD的屬性信息。

用戶設置亮點閾值為80%，暗點閾值為30%計算機用自動圈出出亮點暗點或亮暗區(qū)域，用戶可以根據人眼觀察調節(jié)圈住的亮暗區(qū)域，當被測模型不能對準光陰極時候，可通過軟件中的位置調節(jié)，用戶還可以隨意調節(jié)采樣圖像的放縮比查看亮暗點，也可以保存當前圖像作為測試結果。

6 結束語

本文闡述了一種的ICCD視場綜合特性測試軟件，重點介紹了該平臺的視場清潔度測試的設計思路與實現(xiàn)方法。實踐表明，ICCD綜合特性測試平臺具有良好的可維護性與可擴展性，提高了測試效率和準確性，減少了人為測試的主觀因素，確保了測試結果的客觀性，并能夠為微光視頻系統(tǒng)進一步向更多領域拓展應用，提供有效的信息化測試平臺。

參考文獻：

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[5] 余朝明.ERP系統(tǒng)采購管理模塊的開發(fā)[J].福建冶金，2017，46（5）：60-62.

[6] 趙慧軍.EERP開發(fā)應用的問題研究[J].河北企業(yè)，2011（5）：117-118.

[7] 武昌林.大型ERP應用開發(fā)走向平臺化 [J].中國計算機學報，2016，15（1）：3-12.

[8] 余朝明.利用ERP數(shù)據庫實現(xiàn)供應商績效評估[J].福建冶金，2017，46（6）：52-54.

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