光電子學課件第五章5.3

5.3點擴散函數及基于點擴散函數的性能指標楊曉占光電信息學院1.點擴散函數定義：光學系統(tǒng)對點源所成的像稱為該系統(tǒng)的點擴散函數（pointspreadfunction，PSF）。對光學系統(tǒng)來講，輸入物為一點光源時其輸出像的光場分布稱為點擴散函數。在數學上點光源可用δ函數（點脈沖）代表，輸出像的光場分布叫做脈沖響應，所以點擴散函數也就是光學系統(tǒng)的脈沖響應函數。也稱為脈沖的響應函數、格林函數、夫瑯禾費衍射函數補充：像質評價關于光學系統(tǒng)的性能主要有兩個方面，一是對光學系統(tǒng)的特性參數的要求，如焦距、物距、像距、放大率、入瞳及出瞳等；二是成像質量，光學系統(tǒng)成的像應足夠清晰，變形小。第二種方法是檢查其像差形成的彌散斑的大小，以便確定像質的優(yōu)劣。第三種方法是檢查光學系統(tǒng)成像的波像差。對理想光學系統(tǒng)，從一個點光源發(fā)出的同心光束，不論其孔徑角多大，在經光學系統(tǒng)折射或反射后，應成像于一點。根據光的波動學說，光線是波面的法線，理想光學系統(tǒng)成的像點應是球形波陣面的中心。在有像差時，波面就不再是以理想像點為中心的球面。實際波面與理想波面之間的光程差，就稱為波像差，它可作為評價像質的指標。像質評價典型的測試空間分辨率用圖在很多情況下波像差比幾何像差更能反映成像質量。一般認為最大波像差小于1/4波長時，該系統(tǒng)的像質與理想光學系統(tǒng)無顯著區(qū)別，這個規(guī)則稱為瑞利準則。一個光學系統(tǒng)瞳面上的波像差分布圖，圖中的數字表示波長的倍數2.斯特列爾比PSF是用于掃描像質的兩個最完全的函數之一（另一個是光學傳遞函數OTF），但計算復雜。為方便，研究其派生出來的簡化函數→斯特列爾比定義：實際系統(tǒng)峰值光強與衍射極限系統(tǒng)峰值光強之比。光學系統(tǒng)的相位差對于無像差的系統(tǒng)，高斯像面上的像點擁有最大的光強，如存在像差，光強最大的位置稱作衍射焦點（diffractionfocus），對小像差系統(tǒng)，最大光強點的位置可通過給波前函數附加少量的傾斜和離焦量以使得波前差的方差變得最小來找到。在有像差情況下的高斯像點（參考球面波的起點就是觀察平面上的最大光強點）處的光強除以無像差存在時高斯像點的光強，就叫做斯特列爾比（Strehlratio），或者叫做斯特列爾定義（StrehlDefinition）、斯特列爾強度（StrehlIntensity）。3.周圍能量與空間頻率的關系出射角出射角光柵周期5.4光學傳遞函數1948年“光學傳遞函數”—美國電視工作者賽德（O.Schade）1962年英國霍普金斯（H.H.Hopkins）將光學傳遞函數（Opticaltransferfunction—OTF）用于光學設計。PSF：點光源成像表面輻射連續(xù)分布的物體成像→光學傳遞函數（OTF）線性網絡的電壓傳遞網絡的電壓傳遞函數電壓傳遞函數與光學傳遞函數的對比二者形式相似電壓傳遞函數是電路系統(tǒng)的時間頻率響應函數光學傳遞函數是光學成像系統(tǒng)的空間頻率響應函數傳遞函數在象質評價上的意義

圖5MTF與象質評價Ⅰ1.00.80.60.40.2ⅡfCⅠfCⅡMTF測量OTF的方法——正弦光柵法

光源聚光鏡濾光鏡狹縫被檢物鏡平行光管光柵分析器測量O