光学系统的像质评价.pptVIP

第八章 光学系统的像质评价 第一节 瑞利判断和中心亮度 一、瑞利（Reyleigh）判断 实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过 时，此波面可看作是无缺陷的。 参考球面选择的标准是使波象差的最大值最小； 波像差的最大值允许量不超过 。 优点：便于实际应用； 缺点：从光波传播光能的观点看，瑞利判断不够严密； 适用于：小像差光学系统，如：望远物镜，显微物镜，微缩物镜，制版物镜等。 二、中心点亮度 光学系统存在像差时，其成像衍射的中心亮度（爱里斑亮度）与不存在像差时衍射斑的中心亮度的比值来表示光学系统的成像质量；这个比值称为中心点亮度，用S.D.表示。 斯托列尔（K.Strehl）准则：当S.D. ≥0.8时，认为光学系统的成像质量是完善的。 适用于：小像差光学系统，计算复杂。 第二节 分辨率 分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力。 瑞利指出：能分辨的两个等亮度点间的距离对应艾里斑的半径，即一个亮点的衍射图案中点与另一个亮点的衍射图案的第一暗环重合时，这两个亮点则能被分辨。 根据衍射理论，无限远物体被理想光学系统形成的衍射图案中，第一暗环半径对出射光瞳中心的张角为： 分辨率作为光学系统成像质量的评价方法的不完善性： 在小像差光学系统中，实际分辨率受像差的影响很小；在大像差光学系统中，分辨率才与系统的像差有关； 受实际物体的亮度背景，照明条件和接收器的影响； 出现“伪分辨现像”； 第三节 点列图 在几何光学的成像过程中，由一点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其在像面上不再集中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥散斑图形，称为点列图。 在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法称为点列图法。 利用点列图法来评价照相物镜等的成像质量时，通常是利用集中30%以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑，弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。 因此，光学传递函数是反映物体不同频率成分的传递能力的。由振幅传递函数（MTF）和位相传递函数（PTF）组成。 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； 振幅传递函数（MTF）：表示各种不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比度的衰减程度。 一、利用MTF曲线来评价成像质量 利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 像点的中心点亮度值等于MTF曲线所围的面积，MTF所围的面积越大，表明光学系统所传递的信息量越多，光学系统的成像质量越好，图像越清晰。 * * 把物平面分解成无限多个物点 物面图形的分解 像面图形的合成 像面上弥散斑累加 物平面的强度分布函数可以经过傅里叶级数展开分解成许多频率、振幅和初位相不同的余弦函数。把这些余弦函数称为原函数的余弦基元。 第四节 光学传递函数评价成像质量 利用光学传递函数来评价光学系统的成像质量，是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的，也就是把物体的光场分布函数展开成傅里叶级数（物函数为周期函数）或傅里叶积分（物函数为非周期函数）的形式。 物平面上强度按余弦分布的余弦基元，经过光学系统后在像面上也是一个余弦分布，但两者的频率、初位相和对比都会发生变化。 也称为振幅传递因子 光学系统的振幅传递因子和位相传递因子随空间频率μ不同而改变，它们都是μ的函数； 若把光学系统看成是线性不变系统，则物体经光学系统成像，其像的对比度的降低和相位推移随频率的不同而不同，我们把这种函数关系称为光学传递函数（OTF）。 二者统称为光学传递函数 接收器分辨率极值曲线