案例 | 成像亮度计测量误差分析与校正

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前言

基于CMOS或CCD芯片作为光探测器，可以得到二维图像的亮度值和色度值。千万级的高像素成像系统，可用于产线快速、高精度质量控制。

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成像亮度计测量误差

2.1   镜头视角影响

从屏幕一点发出的光，经镜头落在CCD角上的比沿着光轴的光要暗。此效应有三个成分：

1. 对光圈而言，垂直或斜角投射到CCD接受面的面积不同(修正因子=cosθ)。

2. 斜照的光有较长的主光程(修正因子=cos²θ)。

3. 斜照的光会分布到较大的面积(修正因子=cosθ）。

   这些校正因素的乘积为cos⁴θ。

2.2   镜头光晕影响

光圈等部件无法涵盖整个光束时。如下图所示，来自于镜头左侧的红光并未通过光圈，因此侦测面左侧的影像会衰减。

2.3   CMOS或CCD像素不均匀性

千万级的高分辨率像素大约有4%到6%的光反应非均匀性，即对同样的光强度，两个像素会有最多4%到6%的反应差异。此外，2900万像素多少会有一些不良的坏像素，部份的像素会落到4% 到6%非均匀性的范围外。

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成像亮度计的校正

3.1   确定测量距离

根据被测屏的尺寸范围，镜头的视角，计算多个测量距离。在此距离调节镜头聚焦使相机成像清晰

3.2   确定镜头光圈F/#

根据被测屏的亮度范围，测量速度要求和相机的曝光时间限制，综合考量，设定不同的光圈值

3.3   平面场校正

将调节好的相机移至标准光源前，使用校正软件对相机进行平面场校正，生成相应校正数据文件，用于以后的测量。

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总结

1. 经过平面场校正，整个测量视场内像素的灰度均匀性在±2%

2. 经点式光谱辐射度计的亮度校正，成像亮度计的亮度精度±2% (超过1cd/m² ) 、±3% (0.005～1cd/m²)

3. 成像亮度计在经过一段时间的使用后，其性能都会发生变化，因此，定期的点检和校正是必须的。

4. 我们建议的校正周期为12个月。