光學(xué)傳遞函數(shù)的測(cè)量和評(píng)價(jià)

光學(xué)傳遞函數(shù)的測(cè)量和評(píng)價(jià)引言光學(xué)傳遞函數(shù)是表征光學(xué)系統(tǒng)對(duì)不同空間頻率的目標(biāo)函數(shù)的傳遞性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤鈱W(xué)鏡頭傳遞函數(shù)的基本測(cè)量原理，掌握傳遞函數(shù)測(cè)量和成像品質(zhì)評(píng)價(jià)的近似方法，學(xué)習(xí)抽樣、平均和統(tǒng)計(jì)算法，熟悉光學(xué)軟件的應(yīng)用。二、基本原理光學(xué)系統(tǒng)在一定條件下可以近似看作線性空間中的不變系統(tǒng)，因此我們可以在空間頻率域來討論光學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)特性。其基本的數(shù)學(xué)原理就是傅里葉變換和逆變換，即：（，）

（x,yexp[ixy)dxdy 1）(x,y)(,)exp[i2y)]dd （2）式中(,)是(x,y),通過空間范圍。當(dāng)物體經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，各個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)發(fā)生兩個(gè)變化：首先是調(diào)制度（或反差度）下降，其次是相位發(fā)生變化，這一綜合過程可表為

（3）式中表示像的傅里葉頻譜。modulationtransferfunction,MT，相位部分則為相位傳遞函數(shù)phasetransferfunction,PTF。顯然，當(dāng)H=1時(shí)，表示象和物完全一致，即成象過程完全,由于光波在光學(xué)系統(tǒng)孔徑光欄上的衍射以及象差（包括設(shè)計(jì)中的余留象差及加工、裝調(diào)中的誤差，信息在傳遞過程中不在光學(xué)中，調(diào)制度定義為mII

maxmax

IImin (4)min式中Imax、Imin表示光強(qiáng)的極大值和極小值。光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)可表為給定空間頻率下像和物的調(diào)制度之比：

m(,)MTF（,=

im(,)o,MTF像質(zhì)量。通過CCD采集的圖像，然后通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理，就可以得出MTF值；采集不MTF（按照操做步驟作完后就可以看到直方圖）測(cè)出高、中、低不同頻率的MTF，從而大體繪出被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線。三、儀器用具光學(xué)平臺(tái)、光源、可變光闌、透鏡、濾光片、波形發(fā)生器、待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)、CCD、計(jì)算機(jī)終端（包括圖像采集處理軟件）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟一．光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)試，光路圖如下：1 2 3 45 6 7 8 9 圖1光路圖1—光源 2—照明透鏡 3—可變光闌4—紅色濾光片5—減光片6—照明透鏡7—波形發(fā)生器 待測(cè)光學(xué)系統(tǒng) 9—CCD系統(tǒng)二．兩種方法進(jìn)行圖像采集和處理：操作方法一：1：調(diào)節(jié)波形發(fā)生器，利用Hrj2d對(duì)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)得到所需的采集圖樣，然后關(guān)閉Hrj2d，MTF面積（注意鼠標(biāo)選擇的起始點(diǎn)應(yīng)在面積選擇框的左上角，點(diǎn)擊Blac，選擇透過率為0時(shí)，在灰度中鍵入標(biāo)定植，點(diǎn)擊ADD；同樣，點(diǎn)擊白色方框，在白色區(qū)域內(nèi)選White1ADD，標(biāo)定結(jié)束。2：在功能表中點(diǎn)擊MTF，點(diǎn)橫方框，在橫向條紋區(qū)域選擇適當(dāng)面積，選擇好后，點(diǎn)（此時(shí)可以可以得到關(guān)于灰度或者透過率的直方圖）對(duì)比，確定區(qū)域適當(dāng)后，點(diǎn)擊OK；點(diǎn)擊豎方框，操作同上。3：輸入視場(chǎng)（通常在正入射時(shí)角度設(shè)置為，否則應(yīng)測(cè)出相應(yīng)視場(chǎng)角中選擇相應(yīng)濾光片的顏（選紅method1,2MTF（選擇method2,2MTF值。如MTF1（，1表示是用方法1r）4：調(diào)節(jié)波形發(fā)生器，改變線數(shù)，按前述方法，得出至少3個(gè)不同空間頻率下的MTF值。5：作圖，縱坐標(biāo)為MTF值，橫坐標(biāo)為線數(shù)（空間頻譜。并作出分析。說明：method1為兩邊緣透過率之差，為灰度的最大值-最小值；method2為兩個(gè)累計(jì)數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的透過率之差，即灰度統(tǒng)計(jì)數(shù)最大值-最小值。操作方法二：1：點(diǎn)擊Hrj2d，調(diào)節(jié)波形發(fā)生器至恰當(dāng)位置(黑白橫豎都出現(xiàn))，選定位置后，按空格鍵選定圖形。2度的分布是否合理來確定所選位置時(shí)候合適（這一步可與光路的調(diào)節(jié)配合使用。（bai.Prn）,同樣方法獲得橫豎條紋區(qū)域和黑色區(qū)域的相應(yīng)文件。4MTF-new(要確保實(shí)驗(yàn)所得的4MTF-new文件在同一目錄下，MTF-new文件在D：/Mcad/MTF-new),MTFdataprocessing1.dataacqisition中相應(yīng)位置輸入相應(yīng)文件名column為子午線，即為橫線，即橫條紋對(duì)應(yīng)得文件MTF在任何位置，在獲得的文件名如bai.Prn前面加上路徑名也行，或在MTF-new1（MathsoftAPPs—Mathcad2001professionalMTF-new）即可得到相關(guān)MTF數(shù)據(jù)（分別是弧矢方向和子午方向。5：更換線數(shù)，重復(fù)前步驟，得到至少36MTF同時(shí)觀察直方圖，并進(jìn)行分析。6：實(shí)驗(yàn)完畢后，將自己的4個(gè)文件確認(rèn)后刪除。DataProcessingDataacqisition中，MN比表示數(shù)塊長(zhǎng)與寬ccd像素?cái)?shù)data_column據(jù)，data_row表示弧矢光柵像的抽樣數(shù)據(jù)，等等。五、數(shù)據(jù)記錄和處理 ：記錄各個(gè)MTF值，得出MTF曲線。六、思考題：按照要求用兩種操作方法得出每組MTF值，做出MTF 曲線。方法一與方法二實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無不同，為什么？試分析原因。調(diào)制傳遞函數(shù)值MTF 與哪些因素有關(guān)？七、附加說明在生產(chǎn)檢驗(yàn)中，為了提高效率，通常采用如下近似處理：MTF由于正弦光柵較難制作，常常用矩形光柵作為目標(biāo)物。本實(shí)驗(yàn)用CCD對(duì)矩形光柵的象進(jìn)行抽樣處理，測(cè)定象的歸一化的調(diào)制度，并觀察離焦對(duì)MTF的影響。該裝置實(shí)際上是數(shù)字式MTF儀的模型。一個(gè)給定空間頻率下的滿幅調(diào)制(調(diào)制度m=1)的矩形光柵目標(biāo)物如圖2(a)所示。如果光學(xué)系01δ02(b2(c)圖2(a)滿幅調(diào)制(調(diào)制度m=1)的矩形光柵目標(biāo)函數(shù) 圖2(a)滿幅調(diào)制(調(diào)制度m=1)的矩形光柵目標(biāo)函數(shù)AAmaxAmin圖2(c)直方圖統(tǒng)計(jì); 圖3(a)對(duì)矩形光柵的不完善象進(jìn)行抽樣(樣點(diǎn)用”+”表示)；mLmmLH圖3(b)直方統(tǒng)計(jì)圖.3(a)所示，波形的最大值A(chǔ)和最小值A(chǔ)的差代表象的調(diào)制度。對(duì)圖3(a)所示圖形實(shí)施抽max min樣處理，其直方圖見圖3(b)。找出直方圖高端的極大值m 和低端極大值m ，它們的差H Lm m近似代表在該空間頻率下的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF的值。為了比較全面地評(píng)價(jià)象質(zhì)，H L不但要測(cè)量出高、中、低不同頻率下的MTF，從而大體給出MTF曲線，還應(yīng)測(cè)定不同視場(chǎng)下的MTF曲線。1．基本界面介紹1．基本界面介紹菜單欄取景窗快捷按鈕2.項(xiàng)目詳細(xì)介紹a)a)b)c)d)3.3.重點(diǎn)項(xiàng)目解析a)文件。b)可從圖像運(yùn)算/線灰度測(cè)量中得到在取景窗中一條直線上的灰度值c)c)可從圖像運(yùn)算/直方圖繪制中得到灰度分布的直方圖MTF測(cè)量系統(tǒng)軟件說明書60lp/mm進(jìn)行像質(zhì)評(píng)價(jià)。主要說明菜單欄菜單欄取景框MTF標(biāo)定a.菜單欄存、讀??；退出

對(duì)系統(tǒng)的標(biāo)定和對(duì)待測(cè)鏡頭的MTF測(cè)試

獲取全亮區(qū)域數(shù)據(jù)存 獲取灰度數(shù)

獲取全暗區(qū)域數(shù)據(jù)圖像捕捉b.MTF

圖像讀入

縱條紋MTF橫條紋MTF選擇測(cè)試的通道（紅、綠、藍(lán)）選擇測(cè)試的通道（紅、綠、藍(lán)）點(diǎn)擊后顯示橫向或縱向條紋關(guān)于灰度或透過率的直方圖視場(chǎng)：為測(cè)試人員輸入；method1:算法為灰度最大值-最小值；method2:算法為灰度統(tǒng)計(jì)數(shù)最大值-最小值；Black:Black:暗場(chǎng)統(tǒng)計(jì)值；White:亮場(chǎng)統(tǒng)計(jì)值輸入透過率與灰度的對(duì)應(yīng)值顯示透過率與灰度