请输入您要查询的百科知识:

 

词条 光学传递函数
释义

调制传递函数和相位传递函数的总称。通常,评价光学系统成像质量的方法有:瑞利判断、中心点亮度判断、分辨率、点列图和光学传递函数。前面几种都是基于把物体看做是发光点的集合,并以一点成像时的能量几种程度来表征光学系统的成像质量的。光学传递函数是反应物体不同频率成分的传递能力的。一般来说,高频部分反映物体的细节传递情况,中频部分反映物体的层次传递情况,低频部分反映物体的轮廓传递情况。现在人们广泛用传递函数作为像质评价的判据,使质量评价进入客观计量。

简介

光学传递函数评价光学系统的成像质量,是基于把物体看做是由各种频率的谱组成的,也就是把物体都的光场分布函数展开成傅立叶级数或傅立叶积分的形式。若把光学系统看成是线性不变的系统,那么物体经过光学系统成像,可视为物体经过光学系统传递后,其传递效率不变,但对比度下降,相位发生推移,并在某一频率截至,即对比度为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的,其函数关系我们称之为光学传递函数。

原理

以空间频率为变量的传递的像的调制度和相移的函数。一个非相干照明的光学成像系统,像的强度也是线性的,满足叠加原理。

为了得到点光的像强度分布,用几何光学概念即像是物的准确再现是不行的。必须考虑衍射效应,才能对物和像之间关系有更全面理解。根据光的衍射理论可以研究点光源至透镜、至像平面光波的整个传播过程,最后得出像平面上强度分布是透镜孔径函数的夫琅和费衍射图样,称为光学系统的强度脉冲响应,或点扩展函数 。由它可以确定光学系统的成像性质,因为任意复杂物体由无数点源组成,其像的强度为物强度与点扩展函数的卷积 。图1a表示一个无像差理想光学成像系统的点扩展函数。

利用点扩展函数概念可对光学系统的分辨率作出判据,例如对于两个点源组成的物,在像平面上的强度分布是相应两点扩展函数的叠加。当两点源距离小于点扩展函数的半宽度即点扩展函数第一零点的半径时,两点源在像平面上不能分辨。

与研究电学系统相似,引入傅里叶分析方法,考虑输入各种不同空间频率的物函数,观察光学系统像面上输出情况,例如物是余弦形式的光栅 ,其中A是振幅或调制度,因光学系统是线性的,所以像强度分布也是余弦形式,但它的振幅和位相会受系统的影响,因此光栅的像可写成其模|T(v)|称调制传递函数(MTF),位相(v)称位相传递函数(PTF)。T(v)是空间频率v的函数,改变v可测得T(v)随v变化曲线,反映系统对各空间频率的传递情况。对T(v)=1即零空间频率的图像信息,在系统中传递不受损失;而对那些T(v)=0的图像频率成分,会在像强度分布中消失。一般地,T(v)是复数,图1b是(v)=0的特例,此时传递函数是实函数。

点扩展函数是一点光源经光学系统后所成的衍射斑分布的函数。它在空域表征光学系统的特性,传递函数在频域表征系统的特性。实际上两者有简单关系,即点扩展函数的傅里叶变换就是光学系统的传递函数。点扩展函数与透镜的孔径函数有关,传递函数也与孔径函数有关。事实上传递函数是孔径函数的自相关函数。

一个光学系统质量的评价,早期采用“星点”法,即观察点光源的像的强度分布,实质上是把对点扩展函数形状的观察作为像质评价的判据。这种方法虽然直观,但带有主观性,不能作定量评价。现在人们广泛用传递函数作为像质评价的判据,使质量评价进入客观计量。

对于一个线性或可以近似看作线性的成像光学系统,当一个点光源在物方移动时,如果点光源的像只改变位置,而不改变函数形式,则称此成像系统是空间不变的。一般的光学系统成像总是可以认为满足线性条件和空间不变性条件的。这个 系统对脉冲响应的傅立叶变换即是空间频率的光学传递函数,光学传递函数包括调制传递函数(MTF)和相位传递函数(PTF)两部分,其中MTF代表物象频谱对比度之比,表明各种频率传递情况,PTF代表目标物经过光学系统成像后相位的变化。由于相位传递过程对像质的影响较小,所以目前国内外研究光学系统的成像质量时,一般不考虑相位传递函数的影响,只研究调制传递函数MTF。

一个理想的点光源可以看成在x和y方向上无限小的一个物体,用二维脉冲函数δ(x,y)来表示。理想的点光源经过光学系统后,由于衍射的限制,所成的像不再是一个理想的点,而是模糊了的弥散斑,我们称之为星点像。星点像的光强分布即是光学系统的脉冲响应,也就是点扩散函数PSF(x,y)。点扩散函数是研究光学传递函数的基础,它反映了成像光学系统入瞳或出瞳对光束限制产生的衍射效应。对于有像差的成像系统,脉冲响应的有限宽度是衍射极限和像差综合作用的结果。

随便看

 

百科全书收录4421916条中文百科知识,基本涵盖了大多数领域的百科知识,是一部内容开放、自由的电子版百科全书。

 

Copyright © 2004-2023 Cnenc.net All Rights Reserved
更新时间:2025/1/13 2:49:25