SBIR 可見光感測器測試系統
確保成像品質與色彩保真度的全方位解決方案
可見光感測器 (Visible Sensors)，泛指在人類視覺可感知的電磁波譜範圍（約 400奈米 (nm) 至 700奈米 (nm)）內運作的各類型成像裝置，例如：廣泛應用的 CCD (感光耦合元件) 和 CMOS (互補式金屬氧化物半導體) 圖像感測器，已深度滲透至現代科技的各個層面，成為擷取、記錄和分析視覺資訊不可或缺的核心組件，其應用領域之廣泛，幾乎涵蓋了所有與視覺感知相關的行業：
- 在消費性電子產品領域：
智慧型手機、數位相機、運動攝影機及網路攝影機的成像品質直接影響著使用者的體驗與產品的市場競爭力。 - 在汽車產業：
先進駕駛輔助系統 (ADAS) 的攝影機、倒車影像系統、車內駕駛行為監測以及行車記錄器等，對行車安全與智能化駕駛扮演著關鍵角色。 - 在安全監控應用：
從城市街道的閉路電視 (CCTV) 系統、商業場所的防盜攝影機到特定區域的周界防護，可見光攝影機是實現全天候監控與事後追溯的重要工具。 - 在工業自動化與機器視覺領域：
它們被用於產品缺陷檢測、精密尺寸量測、機器人導航與定位、以及自動化生產線上的流程監控。 - 在醫療診斷與生命科學研究中：
內視鏡攝影、顯微成像系統、手術導航以及實驗室的細胞與組織觀察等，都高度依賴高品質的可見光成像。 - 在航太、遙感及科學探索領域：
地球觀測衛星、氣象衛星以及各種科研探測儀器上的可見光相機，為我們提供了大量關於地球環境、氣候變遷及宇宙奧秘的珍貴數據。
鑒於可見光感測器在這些多元且關鍵應用中的核心地位，對其各項性能指標進行全面、精準且標準化的測試與特性分析，是確保其滿足特定應用場景需求、達到預期設計規格、維持產品質量一致性以及進行不同產品間客觀比較的核心環節，這些測試不僅對感測器與相機模組製造商的研發、生產及品質控制至關重要，也對下游的系統整合商和最終使用者的設備選型、系統整合與性能驗收具有決定性的指導意義。
圖1：一款典型的可見光監控攝影機（例如球型攝影機），其色彩保真度、影像清晰度、動態範圍以及在不同光照條件下的成像性能，均需透過精密的測試系統與標準化的測試流程進行嚴格驗證。
Santa Barbara Infrared (SBIR) 為此提供一系列先進的可見光目標投影儀測試系統，這些系統經過精心設計，專門用於全面驗證和精確表徵您所使用的近紅外光/短波紅外光 (NIR/SWIR) CCD 相機系統以及各類可見光 CMOS/CCD 相機系統的各項性能（值得注意的是，許多所謂的「可見光」測試系統，其光學設計與光源選擇也常能良好地支援至近紅外光波段，甚至部分短波紅外光波段的測試），SBIR 的可見光目標投影儀系統能夠有力支援多種在可見光譜範圍內的關鍵測試項目，這些項目涵蓋了從基本感光性能到複雜成像品質的各個方面，主要包括：
- 雜訊等效輸入 (Noise Equivalent Input, NEI)：
此參數定義為產生等於系統自身輸出雜訊均方根值時，感測器像元所需的最小輸入光子數或輻射通量，NEI 值越低，代表相機在低光照條件下偵測微弱訊號的能力越強，是評估相機極限靈敏度的重要指標。 - 光軸校準 (Boresight)：
確保相機的光學軸線與其機械安裝參考面或系統中其他光學元件（如鏡頭、雷射模組等）的軸線精確對準，對於需要精密定位或多感測器數據融合的應用（如機器視覺、測繪）至關重要。 - 靈敏度 (Sensitivity)：
常以訊號傳遞函數 (Signal Transfer Function, SiTF) 或量子效率 (Quantum Efficiency, QE) 等參數來表徵，SiTF 描述相機輸出訊號（通常為數位灰階值）與輸入光照強度（照度或輻射亮度）之間的關係，而 QE 則指感測器將入射光子轉換為有效電荷載子的效率，兩者共同反映了相機的光電轉換效率和整體響應特性。 - 聚焦 (Focus)：
主要透過調變轉換函數 (Modulation Transfer Function, MTF) 進行客觀量測，MTF 是評估相機系統（包含鏡頭與感測器）成像銳利度、細節分辨能力的核心指標，它描述了系統對不同空間頻率（代表圖像中細節的精細程度）的對比度保留能力，通常需要在整個視場範圍內進行多點量測。 - 解析度 (Resolution)：
常使用最小可解析對比度 (Minimum Resolvable Contrast, MRC) 或其他標準解析度測試圖案（如 USAF 1951 圖案、ISO 12233 解析度測試圖等）進行綜合評估；MRC 衡量觀察者或自動化演算法能夠從背景中分辨出具有極低對比度目標（如不同灰階的條紋）的極限能力，是評價相機在特定照明與對比度條件下分辨細微差異能力的關鍵指標。 - 失真 (Distortion)：
評估相機成像的幾何準確性，量化圖像相對於原始場景在形狀上的偏差程度，例如：枕形失真或桶形失真，對於需要進行精密量測或圖像拼接的應用尤為重要。 - 均勻性 (Uniformity)：
通常指經過非均勻性校正 (Non-Uniformity Correction, NUC) 或平場校正 (Flat-Field Correction, FFC) 後的圖像均勻度，評估感測器各個像元之間在響應特性上的差異（包括光響應非均勻性 PRNU 和暗電流非均勻性 DSNU），良好的均勻性對於避免圖像出現固定圖案雜訊、確保後續的圖像分析與輻射量測準確性至關重要。 - 視場 (Field of View, FOV)：
精確量測並定義相機系統能夠觀測到的水平、垂直及對角線視場角度或空間區域大小，是系統光學設計與應用匹配性的重要驗證項目；以及更多其他的特定測試項目，例如：色彩保真度、動態範圍、訊噪比 (SNR)、雜散光 (Stray Light) 影響等，以滿足不同可見光感測器應用的多樣化與高標準測試需求。
圖2：SBIR 目標投影儀系統中配置的多功能目標輪，可搭載多種針對可見光、近紅外光及短波紅外光相機測試的標準圖案，如 USAF 1951 解析度板、對比度測試圖、色彩校準板以及失真檢測網格等，實現多項性能參數的自動化測試。
這些功能完備的目標投影儀系統，其標準配置通常包含一個高光學品質、在可見光至近紅外光波段具有優良像差校正的準直儀，用於將位於其焦平面上的各種測試靶標精確地投影至模擬的無窮遠處，從而為待測相機提供標準化的測試輸入；一個可提供高度均勻且亮度、色溫可精確控制與調節的可見光積分球光源（例如 SBIR 的 Infinity VSX 寬頻光源，其光譜輸出範圍可有效覆蓋從可見光到近紅外光乃至部分短波紅外光區域），它是進行相機靈敏度測試、平場校正、均勻性量測以及 NEI 等關鍵參數測試時不可或缺的標準光源設備。
圖3：SBIR Infinity VSX 系列積分球光源，作為可見光與 NIR/SWIR 感測器測試中的關鍵組件，能夠產生高度均勻且光譜特性可調的照明環境，對於精確校準相機響應及評估其在不同光照條件下的性能至關重要。
此外，系統還必然包含一個可由軟體控制自動旋轉並精確定位多種標準測試圖案的多位置目標輪 ，以及一個選配的濾光片輪，此濾光片輪可用於選擇性地通過或衰減特定波長範圍的光線，或插入不同類型的中性密度衰減片、帶通濾光片或色玻璃等，以便進行相機光譜響應特性的精確表徵、特定色彩通道的性能評估，或是模擬不同環境光照條件下的成像測試。
圖4：一套用於可見光、近紅外光或短波紅外光相機實驗室特性分析的典型測試平台配置，該平台通常整合了目標投影儀（包含準直儀與目標輪）、可見光積分球均勻光源、用於精密定位待測相機的六軸調整平台，以及由 IRWindows™ 自動化測試軟體驅動的中央控制與數據分析工作站，構成了一套完整的自動化測試解決方案。
若將 SBIR 廣受業界好評的自動化測試軟體套件——IRWindows™4（目前已發展至功能更為強大和完善的 IRWindows™5 版本）——無縫整合到此精心設計的硬體系統中，便能構建出一套高度整合且功能完善的統包式 (turnkey) 測試系統。
圖5：SBIR IRWindows™ 自動化測試軟體的圖形化使用者介面，為工程師和操作員提供了直觀的測試序列編輯、即時的測試參數設定、自動化的數據採集、強大的數據分析工具以及便捷的測試報告生成功能，大幅提升了可見光感測器測試的效率與準確性。
該系統從而能夠在對環境條件有嚴格要求的實驗室環境（例如進行精密的光度與色度校準）或追求高效率、高產出的生產環境（例如進行產線終檢與品質抽檢）中，可靠地執行快速、準確且高度可重複的自動化測試序列，並自動完成從數據採集、複雜的分析處理（如MTF計算、色彩差異分析等）到標準化測試報告生成等一系列任務。
結論與展望
Santa Barbara Infrared (SBIR) 所提供的可見光目標投影儀測試系統，為種類繁多的可見光、近紅外光及短波紅外光 (NIR/SWIR) CCD/CMOS 相機系統的全面性能驗證與精確特性分析提供了業界領先且功能完善的解決方案，這些系統透過精密整合高品質的準直儀、提供均勻且可校準照明的可見光積分球光源、可靈活配置測試圖案的多位置目標輪以及可選配的濾光片輪等核心光機組件，能夠精確模擬多樣化的測試條件，並有力支援從基本的雜訊等效輸入 (NEI)、靈敏度 (SiTF)、視場 (FOV) 量測，到複雜的調變轉換函數 (MTF)、最小可解析對比度 (MRC)、幾何失真和色彩保真度、圖像均勻性等全方位的性能參數測試。
更重要的是，當這些先進的硬體平台與功能強大且使用者友善的 IRWindows™ 自動化測試軟體緊密結合時，即可構成一套高效、可靠的統包式測試系統，不僅大幅簡化了繁瑣的測試流程，顯著提高了測試數據的準確性、一致性與可重複性，同時也為使用者提供了強大的數據管理與分析能力，無論是在產品研發階段對感測器及鏡頭性能的精細摸底與優化、生產過程中對產品質量進行嚴格管控與篩選，還是最終系統交付前的性能驗收與確效，SBIR 的解決方案都能為使用者提供堅實的技術保障與值得信賴的測試結果。
展望未來，隨著可見光及 NIR/SWIR 感測器技術的持續高速發展，例如：更高像素密度與空間解析度（如4K、8K甚至更高）、更寬廣的動態範圍以適應複雜光照場景、更低的讀出雜訊以提升弱光成像能力、更快的圖像採集與傳輸幀率、以及深度學習與計算攝影技術在圖像處理前端的廣泛應用（如AI降噪、超解析度重建、智能白平衡與色彩增強等），無疑對相應測試系統的測試精度、動態範圍、自動化程度、數據處理與分析演算法的先進性以及對新興性能評價指標的適應能力都將提出持續且更高的要求，SBIR 將持續致力於光電測試領域的技術創新與產品迭代，積極開發更先進的測試設備、校準標準與軟體演算法，以滿足不斷演進的市場需求，例如：提供更寬廣光譜範圍且絕對輻射/光度可追溯的校準光源、能夠產生更高空間頻率與更精細對比度的測試靶標、以及更智能化的數據分析與故障診斷功能，協助使用者應對未來的測試挑戰。
對於台灣地區的廣大客戶，若您正在尋求專業的可見光、近紅外光或短波紅外光相機測試解決方案、需要建置或升級現有的客製化光電測試系統，或是期望顯著提升測試流程的自動化水平與數據分析的深度與廣度，奧創系統 (Ultrontek) 作為 SBIR 在台灣的緊密合作夥伴，是一家擁有豐富行業經驗與卓越技術實力的專業解決方案與系統整合提供者，奧創系統的核心價值是專注於深刻理解客戶在可見光及 NIR/SWIR 成像技術與精密測試領域的獨特需求、具體的應用挑戰以及長遠的發展規劃，並充分運用 SBIR 全球領先的先進測試技術、成熟的產品線資源以及豐富的行業應用成功經驗，為客戶量身打造從初期的需求諮詢與技術可行性評估、詳盡的系統配置規劃與最優方案設計、精密的儀器設備選型與高效的整合安裝調試，到完善的操作人員專業培訓以及可靠的售後技術支援、預防性維護與校準服務的全方位、一站式整體解決方案。
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