像質(zhì)評價方法分析

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1、像質(zhì)評價方法分析光學(xué)系統(tǒng)的主要作用是把目標(biāo)光線，按要求改變其傳播方向，最終送入儀器接收器，而整個過程的主要目的是讓我們得到目標(biāo)光線的各種我們所需的信息，因此，成像質(zhì)量的評價就反映了這個光學(xué)系統(tǒng)對目標(biāo)信息的還原能力，譬如光學(xué)系統(tǒng)所成的像應(yīng)該足夠清晰,并且物像相似，變形要小。像質(zhì)評價大致可分為檢測階段和設(shè)計階段的評價,檢測階段的像質(zhì)評價指標(biāo)常用星點檢測和分辨率檢測來評價,設(shè)計階段的像質(zhì)評價指標(biāo)常用幾何像差,垂軸像差,波像差,光學(xué)傳遞函數(shù),點列圖,點擴散函數(shù),包圍圓能量等來評價。星點檢驗是觀察點光源通過光學(xué)系統(tǒng)所得到的像斑形狀。光學(xué)系統(tǒng)沒有幾

2、何像差時，像斑為標(biāo)準(zhǔn)的艾里圓，有幾何像差或離焦時，光強分散。分辨率法比較簡單、方便、意義明確，能夠用數(shù)量表示。但它只能表述細節(jié)能不能分辨的界限，對于較粗線條的成像質(zhì)量，不能作出定量的評價?；趲缀蜗癫畹母拍?，用米字形光闌模擬光線，測量除畸變、倍率色差外的其它五種幾何像差。其優(yōu)點是§測量結(jié)果可直接與光線追蹤結(jié)果相比較。但它沒考慮衍射，且測量工作量大。此外還有陰影法、干涉法，它們比較適用于非成像光學(xué)系統(tǒng)，對于成像光學(xué)系統(tǒng)主要用于測量軸上點成象質(zhì)量，測量范圍受限制。一．常見的像質(zhì)評價方法由于課上及課件中我們對于分辨率法,瑞利判斷等的推導(dǎo)，對原

3、理都已經(jīng)有了一定的了解，并且掌握了一些判定技巧，在這里就不再進行贅述。下面我們對常見的幾種評價方式的優(yōu)缺點分別進行簡單的分析與概括：1瑞利判斷和中心點亮度1.1瑞利判斷定義：實際波面與參考球面波之間的最大波像差不超過4/λ時，此波面可看作是無缺陷的。優(yōu)點：便于實際應(yīng)用缺點：不夠嚴(yán)密。適用范圍：是一種較為嚴(yán)格的像質(zhì)評價方法，適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)。1.2中心點亮度1)中心點亮度：光學(xué)系統(tǒng)存在像差時，其成像衍射斑的中心亮度和不存在像差時衍射斑的中心亮度之比S.D來表示光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。2)斯托列爾準(zhǔn)則：當(dāng)S.D≥0.8，認(rèn)為光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)

4、量是完善的。3)適用范圍：是一種高質(zhì)量的像質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)，適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)。4)缺點：計算相當(dāng)復(fù)雜，很少作為計算評價方法使用。2分辨率分辨率反映光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細節(jié)的能力，是一個很重要的指標(biāo)參數(shù)，故也可用分辨率作為光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量評價方法。2.1分辨率基本公式根據(jù)衍射理論，光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨角為Δθ：Δθ=1.22λ/D，對不同類型的光學(xué)系統(tǒng)，可由上式得到不同的表示形式。2.2優(yōu)缺點缺點：1)只適用于大像差光學(xué)系統(tǒng)；2)與實際情況存在差異；3)存在偽分辨現(xiàn)象.故用分辨率來評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量也不是一種嚴(yán)格而可靠的評價方法。優(yōu)點：其指

5、標(biāo)單一，便于測量，在光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)檢測中得到廣泛應(yīng)用。3點列圖3.1點列圖定義在幾何光學(xué)的成像過程中，由一點發(fā)出的許多條光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后，由于像差的存在，使其與像面的交點不再集中于一點，而是形成一個分布在一定范圍內(nèi)的彌散圖形，稱為點列圖。3.2適用范圍適用于大像差光學(xué)系統(tǒng)。照相物鏡的像質(zhì)評價：利用集中30％以上的點或光線所構(gòu)成的圖形區(qū)域作為其實際有效的彌散斑，彌散斑直徑的倒數(shù)為系統(tǒng)的分辨率。3.3優(yōu)缺點優(yōu)點：簡便易行，形象直觀。缺點：工作量非常大，只有利用計算機才能實現(xiàn)。4波差干涉檢驗4.1原理：通過對被檢波面與已知波面所形成的干涉條

6、紋的觀察、測定,得出光學(xué)系統(tǒng)的波像差。4.2優(yōu)缺點優(yōu)點：干涉檢驗?zāi)芏?并且測試精度高,可測得λ/10的波像差.缺點：檢測設(shè)備成本太高，而且反映不出系統(tǒng)的雜光情況。5光學(xué)傳遞函數(shù)評價成像質(zhì)量前面所列舉的幾種像質(zhì)評價方法的共同的缺點是沒有一種方法能在設(shè)計和制造兩個階段都能用，而光學(xué)函數(shù)彌補了這一缺陷，它不僅用于控制光學(xué)自動設(shè)計過程像差校正和設(shè)計結(jié)果像質(zhì)評價，還能用于光學(xué)鏡頭質(zhì)量檢驗，光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計和光學(xué)信息處理等方面。5.1傳遞函數(shù)定義若把光學(xué)系統(tǒng)看成是線性不變系統(tǒng)，那么物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像，可視為物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞后，其傳遞效果是頻率不

7、變的，但其對比度下降，相位要發(fā)生推移，并在某一頻率處截止，即對比度為零。這種對比度的降低和相位推移是隨頻率不同而不同的，其函數(shù)關(guān)系我們稱為光學(xué)傳遞函數(shù)。5.2優(yōu)點：客觀可靠，能同時運用于小像差光學(xué)系統(tǒng)和大像差光學(xué)系統(tǒng)。5.3利用光學(xué)傳函評價成像質(zhì)量5.3．1用MTF曲線評價成像質(zhì)量用光學(xué)傳函評價系統(tǒng)成像質(zhì)量，目前最常用的方式是給出若干視場用子午和弧矢振幅傳函MTFt和MTFs曲線來代表成像質(zhì)量。因為MTF表示多種不同頻率正弦強度分布函數(shù)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后其對比度的衰減程度，當(dāng)某一頻率對比度下降到0時，說明該頻率光強分布已經(jīng)無亮度變化，即該

8、頻率被截止。這是利用光學(xué)傳函來評價光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)主要方法。具體來說，MTF有以下用途：5.3.1.1確定不同對比度目標(biāo)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后，光學(xué)系統(tǒng)截止空間頻率就是該系統(tǒng)分辨率極限，用不同接收器接收時能達到的對