光学传递函数的测量和评价

光学传递函数的测量和评价引言光学传递函数是表征光学系统对不同空间频率的目标函数的传递性能一、实验目的了解光学镜头传递函数的基本测量原理，掌握传递函数测量和成像品质评价的近似方法，学习抽样、平均和统计算法，熟悉光学软件的应用。二、基本原理光学系统在一定条件下可以近似看作线性空间中的不变系统，因此我们可以在空间频率域来讨论光学系统的响应特性。其基本的数学原理就是傅里叶变换和逆变换，即：（，）

（x,yexp[ixy)dxdy 1）(x,y)(,)exp[i2y)]dd （2）式中(,)是(x,y),通过空间范围。当物体经过光学系统后，各个不同频率的正弦信号发生两个变化：首先是调制度（或反差度）下降，其次是相位发生变化，这一综合过程可表为

（3）式中表示像的傅里叶频谱。modulationtransferfunction,MT，相位部分则为相位传递函数phasetransferfunction,PTF。显然，当H=1时，表示象和物完全一致，即成象过程完全,由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及象差（包括设计中的余留象差及加工、装调中的误差，信息在传递过程中不在光学中，调制度定义为mII

maxmax

IImin (4)min式中Imax、Imin表示光强的极大值和极小值。光学系统的调制传递函数可表为给定空间频率下像和物的调制度之比：

m(,)MTF（,=

im(,)o,MTF像质量。通过CCD采集的图像，然后通过计算机软件进行处理，就可以得出MTF值；采集不MTF（按照操做步骤作完后就可以看到直方图）测出高、中、低不同频率的MTF，从而大体绘出被测光学系统的MTF曲线。三、仪器用具光学平台、光源、可变光阑、透镜、滤光片、波形发生器、待测光学系统、CCD、计算机终端（包括图像采集处理软件）四、实验内容及操作步骤一．光学系统的调试，光路图如下：1 2 3 45 6 7 8 9 图1光路图1—光源 2—照明透镜 3—可变光阑4—红色滤光片5—减光片6—照明透镜7—波形发生器 待测光学系统 9—CCD系统二．两种方法进行图像采集和处理：操作方法一：1：调节波形发生器，利用Hrj2d对进行实时调节得到所需的采集图样，然后关闭Hrj2d，MTF面积（注意鼠标选择的起始点应在面积选择框的左上角，点击Blac，选择透过率为0时，在灰度中键入标定植，点击ADD；同样，点击白色方框，在白色区域内选White1ADD，标定结束。2：在功能表中点击MTF，点横方框，在横向条纹区域选择适当面积，选择好后，点（此时可以可以得到关于灰度或者透过率的直方图）对比，确定区域适当后，点击OK；点击竖方框，操作同上。3：输入视场（通常在正入射时角度设置为，否则应测出相应视场角中选择相应滤光片的颜（选红method1,2MTF（选择method2,2MTF值。如MTF1（，1表示是用方法1r）4：调节波形发生器，改变线数，按前述方法，得出至少3个不同空间频率下的MTF值。5：作图，纵坐标为MTF值，横坐标为线数（空间频谱。并作出分析。说明：method1为两边缘透过率之差，为灰度的最大值-最小值；method2为两个累计数最大值对应的透过率之差，即灰度统计数最大值-最小值。操作方法二：1：点击Hrj2d，调节波形发生器至恰当位置(黑白横竖都出现)，选定位置后，按空格键选定图形。2度的分布是否合理来确定所选位置时候合适（这一步可与光路的调节配合使用。（bai.Prn）,同样方法获得横竖条纹区域和黑色区域的相应文件。4MTF-new(要确保实验所得的4MTF-new文件在同一目录下，MTF-new文件在D：/Mcad/MTF-new),MTFdataprocessing1.dataacqisition中相应位置输入相应文件名column为子午线，即为横线，即横条纹对应得文件MTF在任何位置，在获得的文件名如bai.Prn前面加上路径名也行，或在MTF-new1（MathsoftAPPs—Mathcad2001professionalMTF-new）即可得到相关MTF数据（分别是弧矢方向和子午方向。5：更换线数，重复前步骤，得到至少36MTF同时观察直方图，并进行分析。6：实验完毕后，将自己的4个文件确认后删除。DataProcessingDataacqisition中，MN比表示数块长与宽ccd像素数data_column据，data_row表示弧矢光栅像的抽样数据，等等。五、数据记录和处理 ：记录各个MTF值，得出MTF曲线。六、思考题：按照要求用两种操作方法得出每组MTF值，做出MTF 曲线。方法一与方法二实验结果有无不同，为什么？试分析原因。调制传递函数值MTF 与哪些因素有关？七、附加说明在生产检验中，为了提高效率，通常采用如下近似处理：MTF由于正弦光栅较难制作，常常用矩形光栅作为目标物。本实验用CCD对矩形光栅的象进行抽样处理，测定象的归一化的调制度，并观察离焦对MTF的影响。该装置实际上是数字式MTF仪的模型。一个给定空间频率下的满幅调制(调制度m=1)的矩形光栅目标物如图2(a)所示。如果光学系01δ02(b2(c)图2(a)满幅调制(调制度m=1)的矩形光栅目标函数 图2(a)满幅调制(调制度m=1)的矩形光栅目标函数AAmaxAmin图2(c)直方图统计; 图3(a)对矩形光栅的不完善象进行抽样(样点用”+”表示)；mLmmLH图3(b)直方统计图.3(a)所示，波形的最大值A和最小值A的差代表象的调制度。对图3(a)所示图形实施抽max min样处理，其直方图见图3(b)。找出直方图高端的极大值m 和低端极大值m ，它们的差H Lm m近似代表在该空间频率下的调制传递函数MTF的值。为了比较全面地评价象质，H L不但要测量出高、中、低不同频率下的MTF，从而大体给出MTF曲线，还应测定不同视场下的MTF曲线。1．基本界面介绍1．基本界面介绍菜单栏取景窗快捷按钮2.项目详细介绍a)a)b)c)d)3.3.重点项目解析a)文件。b)可从图像运算/线灰度测量中得到在取景窗中一条直线上的灰度值c)c)可从图像运算/直方图绘制中得到灰度分布的直方图MTF测量系统软件说明书60lp/mm进行像质评价。主要说明菜单栏菜单栏取景框MTF标定a.菜单栏存、读取；退出

对系统的标定和对待测镜头的MTF测试

获取全亮区域数据存 获取灰度数

获取全暗区域数据图像捕捉b.MTF

图像读入

纵条纹MTF横条纹MTF选择测试的通道（红、绿、蓝）选择测试的通道（红、绿、蓝）点击后显示横向或纵向条纹关于灰度或透过率的直方图视场：为测试人员输入；method1:算法为灰度最大值-最小值；method2:算法为灰度统计数最大值-最小值；Black:Black:暗场统计值；White:亮场统计值输入透过率与灰度的对应值显示透过率与灰度