光學(xué)系統(tǒng)成像性能評測.ppt

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1、光學(xué)系統(tǒng)成像性能評測第三節(jié)：分辨率測量第四節(jié)：畸變測量第五節(jié)：光學(xué)傳遞函數(shù)測量第三節(jié)：分辨率測量分辨率測量能以確定的數(shù)值作為評價被測系統(tǒng)像質(zhì)的綜合性指標(biāo)。分辨率測量始終是生產(chǎn)檢驗一般成像光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的主要手段之一?，F(xiàn)在，由于采用了高性能CCD等光電成像陣列器件及數(shù)字圖像處理技術(shù)，這種因人而異的主觀和人工操作的目視測量分辨率方法的局限性也已經(jīng)被突破。特別是對數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和熱像儀等光電成像系統(tǒng)的分辨率指標(biāo)，可以通過對視頻接口輸出的分辨率圖像處理而獲得其分辨率的客觀評測。衍射受限系統(tǒng)分辨率在衍射受限光學(xué)系統(tǒng)（即不考慮像差的無像差理想光學(xué)系

2、統(tǒng)）中，一個發(fā)光點通過光學(xué)系統(tǒng)成像后得到一個衍射光斑，兩個獨(dú)立的發(fā)光點通過光學(xué)系統(tǒng)成像得到兩個衍射光斑，即艾里(Airy)斑?？疾觳煌g距下兩個衍射光斑是否被分辨，就能定量反映理想光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。當(dāng)兩個物點逐漸靠近時，兩衍射光斑也逐漸發(fā)生重疊。當(dāng)兩物點靠近到距離小于某一限度時，兩衍射光斑重疊部分的合光強(qiáng)將大于或等于每個衍射斑的中心亮斑光強(qiáng)，此時人眼已無法判斷區(qū)分這兩個衍射光斑，兩者“合二為一”。顯然，光學(xué)系統(tǒng)的衍射程度和幾何像差越小，即點像光斑越小，成像質(zhì)量越好，因此可以用判別兩個點像光斑的方式來確定光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)。圖6-12兩衍射斑中

3、心距不同時輻照度分布曲線和光斑合成圖(a)中心距等于中央亮斑直徑d；(b)中心距等于0.5d；(c)中心距等于0.39d。歷史上存在三個著名的判斷準(zhǔn)則：瑞利(Rayleigh)判據(jù)：（當(dāng)兩衍射中心距正好等于第一暗環(huán)的半徑時，人眼剛能分辨開這兩個像點）道斯(Dawss)判據(jù):斯派羅(Sparrow)判據(jù):圖6-13三種判據(jù)的部分合光強(qiáng)分布曲線斯派羅(SPARROW)圖6-14瑞利、道斯和斯派羅判據(jù)的三維合成輻照度分布圖望遠(yuǎn)物鏡：照相物鏡：顯微物鏡：表6-3三類光學(xué)系統(tǒng)的理論分辨率以上討論的各類光學(xué)系統(tǒng)的分辨率公式只適用于視場中心的情況。對望遠(yuǎn)

4、系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)而言，由于視場很小，因此只需考慮視場中心的分辨率。但對照相系統(tǒng)而言，由于視場通常較大，除考察視場中心的分辨率外還應(yīng)考察中心視場以外的分辨率。圖6-15軸外點理論分辨率與軸上點理論分辨率的關(guān)系在斜光束成像情況下，理論分辨率的計算公式將與軸上分辨率公式有所不同。如圖所示，Ω1為斜光束成像時物鏡出瞳處的子午波面，它在OC＇方向上成一理想像點C＇。M＇為過C＇點垂直于主光線OC＇的線段上的一點，而且C＇M＇就等于斜光束成像情況下中央亮斑的半徑，即：照相物鏡軸外點子午和弧矢方向的理論分辨率為：可看出，理論分辨率隨視場增大而下降，而且子午

5、方向的分辨率比弧矢方向的分辨率下降得更快。測量方法直接用人工方法獲取兩個相互非?？拷姆窍喔牲c光源作為檢驗光學(xué)系統(tǒng)分辨率的目標(biāo)物是比較困難的，實際中常采用由不同粗細(xì)的黑白條紋組成的人工特制圖案作為目標(biāo)物來檢驗光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。由于各類光學(xué)系統(tǒng)的用途不同、工作條件不同、要求不同，所以設(shè)計制作的分辨率圖案在形式上也很不一樣。圖6-16為兩種較為典型的常用分辨率圖案。下面以ZBN35003-89國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖案為例，介紹其設(shè)計計算方法。該分辨率圖案中的單元線條設(shè)計如圖6-17所示。圖6-16兩種分辨率圖案左：國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖案右：輻射

6、式分辨率圖案（1）線條寬度黑（白）線條的寬度P按等比級數(shù)規(guī)律依次遞減。式中（A1號板第1單元線寬），，。實際圖案上的線條寬度按上式計算后只保留三位有效數(shù)字。圖6-17單元線條幾何參數(shù)（2）分組將85種不同寬度的分辨率線條分成七組，通常稱為1號到7號板，即A1～A7分辨率板。每號分辨率板包含有25種不同寬度的分辨率線條，同一寬度的分辨率線條又按四個不同的方向排列構(gòu)成一個“單元”，見圖6-16；25個單元在分辨率板上的排列順序見圖6-18，每號板的中心都是第25號單元。對A1～A5號板，每號板內(nèi)的第13單元到第25單元分別與下一號板內(nèi)的第1單元

7、到第13單元相同，即相鄰兩號分辨率板之間有一半單元是彼此重復(fù)的，見圖3-15。A5和A7號板也有一半單元是重復(fù)的，A6號板與前后相鄰A5、A7號分辨率板的關(guān)系略有不同。圖6-18A1-A7分辨率圖案單元重復(fù)關(guān)系示意圖望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率的測量圖6-19測量望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率裝置簡圖根據(jù)此單元號和分辨率板號，查表可得到該單元的線條寬度P和平行光管焦距，由上式可計算出被測望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率。照相物鏡目視分辨率測量圖6-20在光具座上測量照相物鏡分辨率的光路圖第四節(jié)：畸變測量畸變是光學(xué)成像系統(tǒng)像差的一種，理想成像系統(tǒng)不僅成像清晰，而且滿足物像相似關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)

8、的畸變以外像差為零時，系統(tǒng)能夠清晰成像，但不能說明物像相似，物像的不相似程度就是用畸變來衡量的。我們把主光線和理想像面的交點作為實際像點，用它到理想像點的距離表示像的變形程度，稱