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佛山科学技术学院 实 验 报告 课程名称 近代物理实验 实验项目 调制传递函数的测量与透镜像质评价 专业班级 10物师 姓名 李福潘 学号 2010284113 仪器组号 指导教师 李斌老师 成绩 日期 2013年4月8日星期一 一.实验目的 1.了解传递函数测量的基本原理,掌握传递函数测量和成像质量评价的近似方法; 2.通过对不同空间频率的矩形光栅成像的方法,测量透镜的调制传递函数。 二 实验仪器 传递函数实验装置。(硬件包括:三色面光源、目标板、待测透镜和CCD;软件包括:图像采集软件、调制传递函数计算软件。) 三.实验原理 任何二维物体g(x, y)都可以分解成一系列沿x方向和y方向的不同空间频率(vx,vy)的简谐函数(物理上表示正弦光栅)的线性叠加: ( 1) 式中,G(vx,vy)是物体函数g(x, y)的傅里叶频谱,它表示物体所包含的空间频率(vx,vy)的成分含量,其中低频成分表示缓慢变化的背景和大的物体轮廓,高频成分则表征物体的细节。 当该物体经过光学系统后,各个不同频率的正弦信号发生两种变化:首先是对比度下降,其次是相位发生变化,而相应的G(vx, vy)变为像的傅里叶频谱,这一过程可表示为: (2) 式中,H(vx, vy)称为光学传递函数,它是一个复函数,可以表示为: 其中模m(vx, vy)被称为调制传递函数(modulation transfer function, MTF),相位部分???vx,vy)则称为相位传递函数(phase transfer function, PTF)。 对像的傅里叶频谱再作一次逆变换,就得到像的复振幅分布: (3) 实验报告内容:一.实验目的 二.实验仪器 (仪器名称,型号,参数,编号) 三.实验原理(原理文字叙述和公式,原理图) 四.实验步骤 五,实验数据和数据处理 六,实验结果 七,分析讨论(实验结果的误差来源和减小误差的方法,实验现象的分析,问题的讨论) 八,思考题 空间频率是用一种叫“光栅”的目标板来测试,它的线条从黑到白逐渐过渡,见图27-2。相邻的两个最大值的距离是正弦光栅的空间周期,单位是毫米。空间周期的倒数就是空间频率(Spatial Frequency),单位是线对/毫米(lp/mm )。正弦光栅最亮处与最暗处的差别,反映了图形的反差(对比度)。设最大亮度为Imax,最小亮度为Imin,我们用调制度(Modulation)表示反差的大小。调制度m定义如下: (27-5) 式中,MTF?vx,vy)表示在传递过程中调制度的变化,一般说MTF越高,系统的像越清晰。显然,当MTF=1时,表示像包含了物的全部信息,没有失真。但由于光波在光学系统孔径上发生了衍射以及存在像差(包括光学元件设计中的余留像差及装调中的误差),信息在传递过程中不可避免要出现失真,总的来讲,空间频率越高,传递性能越差。除零频以外,MTF的值永远小于1。平时所说的光学传递函数往往就是指调制传递函数MTF。图27-3给出一个光学镜头的MTF曲线。 图2 本实验用CCD对矩形光栅的像进行抽样处理,测定像的归一化调制度,并观察离焦对MTF的影响。 一个矩形光栅目标物的光强分布如图27-4(a)所示,横坐标是光栅的空间尺寸,纵坐标是规一化光强分布。如果光学系统生成无失真的像,像仍为矩形光栅,如图27-4(b)。在软件中对像进行抽样统计,其直方图为一对δ函数,位于0和1,如图27-4(c),横坐标是规一化光强,范围从0至1,纵坐标是对应于光强值的统计结果。 四 【实验内容及步骤】 1.将CCD与图像采集卡相连,打开图像采集软件,确定CCD和图像采集卡工作是否正常; 2.用CCD在成像系统(或透镜)的像平面接收,调节目标板的位置,使目标板在显示器屏幕中得到相对清晰的放大像,一个条纹单元完整充满软件的显示窗口; 3.目标板上有不同空间频率的矩形光栅,每个单元由水平条纹、竖直条纹、全黑、全白四个部分组成,选择想要测量的空间频率的条纹单元,移动目标板使该单元移到光路中心; 4.点击软件窗口左侧的“局部存储”按钮,此时整个图像静止,屏幕上会出现一红色方框。按住鼠标左键将该方框拖至水平条纹部分,双击方框内部,将所采集图像的数据文件起名

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