光学传递函数实验
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光学函数传递实验报告总结引言:光学函数传递是光学系统中重要的性能指标之一,它描述了光学系统在光学轴上各点的输入和输出平面之间的关系。
本次实验旨在通过实验方法测量光学系统的函数传递特性,并通过比较实验结果和理论值,分析光学系统的性能。
实验过程:实验使用了平行板干涉仪和点光源进行实验。
首先,我们将光学系统调整到最佳状态,确保光源尽量集中在平行板干涉仪的光轴上。
然后,在输入平面上放置一个点光源,并在输出平面上观察得到的像。
通过改变输入光源的位置,记录下输出平面上的像的位置。
重复多次实验,得到不同输入光源位置下的像的位置数据。
结果与分析:通过实验记录的数据,我们得到了光学系统的函数传递特性曲线。
我们将实验结果与理论值进行比较,并进行分析。
首先,我们观察到光学系统的函数传递特性曲线呈现出一定的非线性。
这可能是由于光学系统的非理想性导致的。
例如,光学系统中的透镜存在畸变、像差等问题,都会导致函数传递特性的非线性。
其次,我们发现实验结果与理论值存在一定的差异。
这可能是由于实验中存在的误差造成的。
例如,实际操作中对光源的位置控制不够精确,导致输出平面上的像位置有一定的偏移。
另外,光学系统中的光学元件加工精度、安装误差等也会对实验结果产生影响。
此外,我们还发现光学系统的函数传递特性和输入光源的位置有一定的关系。
当输入光源位于光轴附近时,输出平面上的像位置与输入位置呈线性关系;而当输入光源位于光轴远离的位置时,输出平面上的像位置与输入位置的线性关系逐渐变弱。
结论:通过本次实验,我们成功地测量了光学系统的函数传递特性,并通过实验结果与理论值的比较,分析了光学系统的性能。
实验结果表明,在实际应用光学系统时,需要考虑光学系统的非线性和误差对函数传递特性的影响。
为了改善光学系统的性能,在设计和制造过程中需要注意光学元件的加工精度和安装精度,以减小非理想性带来的影响。
同时,本次实验还存在一些改进的空间。
例如,可以使用更精确的测量设备来获取更准确的实验数据;可以增加对其他光学系统参数的测量,以深入分析光学系统的性能;可以尝试调整光学系统的布局和参数,以优化函数传递特性。
本科毕业设计(论文)光学系统的光学传递函数OT F测定方法理论(实验)研究学 院_ 物理与光电工程学院__专 业_____ 光信息科学与技术_(光电显示与识别技术方向)年级班别________2010级(2)班__学 号_________3110008945______学生姓名___________林清贤___指导教师___________雷 亮____2014 年 4 月 28 日摘要光学传递函数是定量描述成像性能的完备函数。
但是对于实际的光电成像器件(如CCD器件),通过解析法建立这一函数的表达式又是非常困难的,因此光学传递函数的实测技术就显得尤为重要。
光学传递函数是一个客观的、准确的、定量的像质评价指标,并且其能够直接方便的测量,因此已经广泛应用于光学设计、加工、检测和信息处理中。
本文主要介绍了光学传递函数的性质及其测量原理分析,并对固有频率目标法和狭缝扫描法进行了实验研究。
我们采用光学显微镜作为待测量光学传递函数的光学系统,通过改变显微镜的放大倍数,比较分析放大倍数对调制传递函数(MTF)测量的影响,并比较两种测量方法的优劣。
实数傅立叶变换是整个实验中需要透彻理解和运用的数学概念,在此基础上理解离散傅立叶级数与MTF定义的理论依据,并由此建立数学模型。
由本文建立的理论模型出发,结合实验所测得的数据,最后得到了基本可靠的实验结果。
本文最终给出两种测量法对应的matlab程序、数值测量结果、实验测得的可靠的MTF实验结果撰写毕业论文主要内容。
关键字: 光学传递函数,傅立叶变换,固有频率目标法,狭缝扫描法AbstractThe optical transferfunction is quantitatively describe theimag ing performance of the complete function.But for theactual photoel ectric imagingdevices(such asCCD device), through the analytic methodto establishthe function ofexpression is very difficult.Therefore the measurement technique of opticaltransferfunction is particularl yimportant.Opticaltransfer function is an objective, accurate and quantitativeimage quality evaluationindex,anditcan directly andconvenientmeasurement,thereforehasbeen widelyapplied optics design, processing, testing and information processing.This papermainly introducesthe propertiesof theopticaltransfer functionand its measuringprinciple, andthe inherent frequencytarget andslit scanmethod has carried on the experimentalstudy.We us eoptical microscope asfor measuring opticaltransfer function of opti calsystem,through changing the magnificationofthe microscope, comparative analysisof magnification ofmodulation transferfunction (MTF)measurement, theinfluence of themerits ofthe two measuringmethods are compared.Real Fourier transform is the need to thoroughly understand and apply inthe experiment of mathematical concepts, onthebasis of the understanding ofdiscreteFourierseries andth etheoretical basisof the definition of MTF,and thus to establish mathematical model.Set up bythis article onthetheorymodel, combinedwith the data measured inlaboratory, the fundamental and reliableexperiment resultsare obtained.Finally,thepaperproposes two kinds of measurement method of the corresponding matlab program,theresults of numerical measurement andreliableexperimental measured MTFexperimental results of writinggraduation thesis main content.Keywords:Optical transfer function,Fouriertransform,Nat ural frequency method; Slit scan method目录第一章绪论 (1)1.1 光学传递函数简介1ﻩ1.2 光学传递函数的发展1ﻩ1.2.1 光学传递函数的发展历史 (1)1.2.2光学传递函数的发展现状和趋势 (2)1.3光学传递函数的测量意义3ﻩ1.4 本论文的主要内容4ﻩ第二章光学传递函数的基本理论5ﻩ2.1 光学成像系统的一般分析 (5)2.1.1透镜的成像性质5ﻩ2.1.2 光学成像系统的普遍模型 (8)2.1.3 两种类型的物体照明方式9ﻩ2.1.4 阿贝成像理论9ﻩ2.2光学传递函数的概念 ...................................................................................... 102.3光学传递函数的计算ﻩ122.3.1 以物像频谱为基础的计算ﻩ122.3.2以点扩散函数为基础的计算 (13)2.3.3 线扩散函数与一维调制传递函数14ﻩ2.4 离散傅里叶级数与MTF定义的理论依据 ........................................................ 15第三章光学传递函数的测量原理分析 . (18)3.1光学传递函数的测量方法综述18ﻩ3.2 实验中的两种测量方法原理分析 (19)3.2.1 固有频率目标法 (19)3.2.2 狭缝扫描法 ................................................................ 错误!未定义书签。
相干光成像系统传递函数的物理意义及实验证明1 相干光成像系统的传递函数在光学成像中,传递函数是描述成像系统成像质量的重要物理特征。
相干光成像系统的传递函数与非相干光成像系统的传递函数有所不同,它描述了相干光束的相对相位和幅度。
相干光成像系统的传递函数可以分为振幅传递函数和相位传递函数两部分。
振幅传递函数描述了光束的衰减和传输过程。
可以表示为:$T_a(u, v) = \exp(-k(u^2 + v^2)^{\frac{1}{2}}z)$其中,$k$为波长,$(u, v)$为频率,$z$为光路的传输距离。
可以看出,振幅传递函数与频率有关,即它描述了光束在不同频率下的传输效果。
相位传递函数描述了光束在传输过程中相对相位的变化。
可以表示为:$T_p(u, v) = \exp[jk(u^2 + v^2)^{\frac{1}{2}}z]$其中,$j$为虚数单位。
相位传递函数与频率有关,即它描述了光束在不同频率下的相对相位变化情况。
所以,相干光成像系统的传递函数可以表示为:$H(u, v) = T_a(u, v)T_p(u, v)$相干光成像系统的传递函数是成像系统的重要物理特征之一,它描述了光束在不同频率下传输和相位变化的情况。
了解传递函数的物理意义,可以更好地理解成像系统的成像质量和影响因素。
2 相干光成像系统传递函数的实验证明为了验证相干光成像系统传递函数的物理意义,科学家们进行了相关实验证明。
首先,科学家们使用了具有不同点源密度的人工光源,来模拟真实的光场情况。
在光路传输过程中,科学家们对光源进行了平移和旋转,以便模拟真实光束的传输情况。
接着,他们使用了一种名为“菲涅尔衍射模拟”的技术,来模拟光束的反射和折射过程。
最后,科学家们使用了具有不同特征的CCD相机,来记录光场模拟结果。
在实验证明过程中,科学家们发现,相干光成像系统传递函数描述了成像系统的光学成像特征。
而传递函数的振幅传递函数部分可以描述光束在光路中的衰减和分辨率,而传递函数的相位传递函数部分则可以描述光束在光路中的相对相位变化。
光学函数传递实验报告总结传递函数是描述光学系统的关键参数,通过测量和分析光学函数传递实验,可以更深入地了解光学系统的性能和特性。
本报告总结了光学函数传递实验的目的、过程和结果,以及对实验结果的分析和讨论。
实验目的:1.了解光学函数传递的概念和原理;2.学习使用光学函数传递实验仪器和设备;3.通过实验,测量和分析光学系统的传递函数;4.分析和讨论实验结果,探讨光学系统的性能和特性。
实验过程:1.实验仪器和设备准备:根据实验要求,准备好光学函数传递实验所需的仪器和设备,如光源、透镜、光束分离器、光电二极管等。
2.实验样品准备:根据实验要求,选择测试样品,如光学元件、光学系统等,并确保其表面清洁和平整。
3.实验设置和测量:将测试样品安装到实验设备中,调整实验参数,如入射角度、光强度等,并开始测量光学函数传递曲线。
4.实验数据采集和处理:通过调整实验参数和测量结果,采集到一系列光学函数传递数据,并进行数据处理和分析,如曲线拟合、峰值和谷值的测量等。
5.实验结果分析:根据实验数据和分析结果,分析和讨论光学系统的传递函数特性,并与理论预测进行比较。
实验结果:根据实验数据和分析结果,得到了光学系统的传递函数特性曲线。
通过分析曲线,可以得出以下结论:1.光学系统的传递函数在特定频率范围内具有峰值和谷值,这些峰值和谷值可以表示光学系统的频率响应特性。
2.峰值和谷值的位置和幅度与光学元件的特性和参数有关,如折射率、材料吸收等。
3.光学函数传递曲线的斜率可以表示光学系统的衰减特性,也可以表示信号传输的带宽限制。
4.光学函数传递曲线的形状和特性可以用于评估光学系统的性能和优化设计。
实验分析和讨论:通过实验结果的分析和讨论,可以得出以下结论和讨论:1.光学函数传递实验是研究光学系统性能和特性的重要手段,可以揭示光学系统的频率响应、衰减特性和带宽限制等。
2.实验结果与理论预测的一致性较好,说明实验方法的可靠性和有效性。
3.光学系统的传递函数特性受到光学元件和光学系统结构的影响,因此在光学系统设计和优化中应考虑这些因素。
光学函数传递实验报告总结光学函数传递是光学领域中一种常见的研究方法,通过对光的传播和变换进行分析,可以揭示光学系统的特性和行为规律。
本次实验旨在通过光学函数传递的方法,探究光在不同传递过程中的特性和效应。
在实验过程中,我们使用了一系列光学元件和仪器,进行了一系列操作和测量,并得出了一些有意义的结论。
我们搭建了一个简单的光学系统,包括光源、凸透镜、投影屏幕等。
通过调整凸透镜的位置和焦距,我们观察到了光线的折射、聚焦和偏折等现象。
根据光学函数传递的原理,我们可以利用凸透镜的参数和光线的入射角来计算光线的折射角和偏折角,与实际测量值进行比较,验证了光学函数传递的准确性。
接下来,我们进行了一些特殊光学元件的实验,如棱镜和光栅。
通过观察光线在棱镜和光栅上的衍射和干涉现象,我们可以推断出光的波动性和粒子性,并进一步探究光的特性和行为规律。
通过测量光栅的间距和入射角度,我们还可以计算出光的波长和频率,从而得到更详细的光学参数。
我们还进行了一些光学函数传递的应用实验,如光纤传输和光学成像。
通过将光线引导到光纤中并观察输出端的光强分布,我们可以评估光纤的传输性能和损耗情况。
而在光学成像实验中,我们使用了透镜和光电传感器,通过调整透镜的位置和焦距,实现了物体的放大和成像。
通过测量物体和像的距离和大小,我们可以计算出透镜的放大倍数和焦距,从而得到更准确的成像参数。
本次实验通过光学函数传递的方法,揭示了光在不同传递过程中的特性和效应。
通过实验数据的分析和比较,我们验证了光学函数传递的准确性,并得出了一些有意义的结论。
这些实验结果对于深入理解光学系统的工作原理和优化设计具有重要意义,也为光学领域的研究和应用提供了参考和借鉴。
光学函数传递实验是一种非常重要的研究方法,通过对光的传播和变换进行分析,可以揭示光学系统的特性和行为规律。
本次实验通过一系列操作和测量,得出了一些有意义的结论,并验证了光学函数传递的准确性。
这些实验结果对于深入理解光学系统和优化设计具有重要意义,也为光学领域的研究和应用提供了参考和借鉴。
第1篇一、实验目的1. 了解光学动态分析的基本原理和方法;2. 掌握光学动态分析实验的操作技能;3. 分析和比较不同光学系统的动态特性;4. 熟悉光学动态分析实验的误差分析。
二、实验原理光学动态分析是一种研究光学系统动态特性的方法,主要包括光学传递函数(OTF)和调制传递函数(MTF)的计算。
OTF描述了光学系统对光场分布的传递能力,MTF描述了光学系统对空间频率的传递能力。
本实验采用傅里叶光学原理,通过模拟实验来计算光学系统的OTF和MTF。
三、实验仪器1. 光学传递函数测量系统:包括光学传递函数测量仪、光源、样品、屏幕、计算机等;2. 光学系统:包括待测光学系统、参考光学系统等;3. 调制传递函数测量系统:包括调制传递函数测量仪、光源、样品、屏幕、计算机等;4. 其他辅助设备:如光源控制器、样品控制器、图像采集卡等。
四、实验内容1. 光学传递函数测量(1)搭建光学传递函数测量系统,将待测光学系统与参考光学系统连接;(2)设置光源,调整样品位置,使光束通过待测光学系统;(3)采集屏幕上的图像,并利用计算机进行处理,得到待测光学系统的OTF。
2. 调制传递函数测量(1)搭建调制传递函数测量系统,将待测光学系统与参考光学系统连接;(2)设置光源,调整样品位置,使光束通过待测光学系统;(3)采集屏幕上的图像,并利用计算机进行处理,得到待测光学系统的MTF。
3. 误差分析(1)分析实验过程中可能存在的误差来源,如测量仪器的精度、环境因素等;(2)对实验数据进行误差分析,评估实验结果的可靠性。
五、实验结果与分析1. 光学传递函数测量结果通过实验,得到待测光学系统的OTF,并与理论值进行比较。
分析实验结果,得出以下结论:(1)待测光学系统的OTF与理论值基本一致,说明实验结果具有较高的可靠性;(2)实验过程中存在一定的误差,主要来自于测量仪器的精度和环境因素。
2. 调制传递函数测量结果通过实验,得到待测光学系统的MTF,并与理论值进行比较。
光学传递函数及像质评价实验光学传递函数(Optical Transfer Function, 简称OTF)是指用来描述一个光学系统的成像能力的一种数学函数。
它能够展示光学系统对不同空间频率的光信号的传递特性,即光学系统对图像的细节的保持能力。
在实际应用中,我们可以通过实验来测量光学传递函数,并利用光学传递函数来评价光学系统的像质。
下面是进行光学传递函数及像质评价实验的步骤和方法:1.实验原理首先,我们需要了解光学传递函数的定义。
光学传递函数是光学系统的输入和输出之间的傅里叶变换的模值平方。
在实验中,我们可以使用一系列不同空间频率的测试样品,通过测量系统对这些测试样品的成像质量,来获取光学传递函数。
2.实验仪器进行光学传递函数实验需要一些必要的仪器和设备。
常见的实验设备包括透射式光学显微镜、图像分析软件和精确的测试样品。
3.测试样品为了评价光学系统的成像能力,我们可以选择一些有规律的测试样品。
例如,分辨率测试样片(Resolution Test Target)提供了不同空间频率的线条和图案供系统成像。
此外,可以选择一些具有不同细节和纹理特征的目标,来评价光学系统对于复杂场景的成像质量。
4.实验步骤a)准备一系列测试样品,包括不同空间频率的目标。
b)将测试样品放置在光学系统的成像平面上,并进行成像。
c)使用光学显微镜或相机等设备,获取成像结果的图像。
d)使用图像分析软件对成像结果进行分析。
可以计算系统的MTF曲线,并绘制出光学传递函数图像。
e)分析光学传递函数图像,评价光学系统在不同空间频率下的成像能力和像质。
5.像质评价利用光学传递函数图像,我们可以对光学系统的像质进行评价。
a)直观评价:观察光学传递函数图像的形状和幅度,判断光学系统对不同空间频率图像的成像效果。
b)MTF曲线分析:通过分析光学传递函数图像的峰值和半周期点等参数,计算光学系统在不同空间频率下的成像能力。
c)分辨力评价:根据测试样品上最细微细节的可分辨度,评价光学系统的分辨力。
实验十一 光学传递函数测量及像质评价实验光学成像系统是信息(结构、灰度、色彩)传递系统,从物面到像面,输出图像的质量取决于光学系统的传递特性。
在频域中分析光学系统的成像质量时,可以把光学成像系统看成是一个低通空间滤波器,将输入信息分解成各种空间频率分量。
通过考察这些空间频率分量在通过系统的传递过程中丢失、衰减、相位移动等变化,也就是研究系统的空间频率传递特性即光学传递函数(OTF ,Optical Transfer Function ),来获取成像的空间频谱特性。
光学传递函数的性质主要体现在:它定量反映了光学系统的孔径、光谱成分以及像差大小所引起的综合效果;用它来讨论光学系统时,其可靠性依赖于光学系统对线性和空间不变性的满足程度;用它来分析讨论物像之间的关系时,不受试验物形式的限制;可以用各个不同方位的一维光学传递函数来分析处理光学系统,简化了二维处理;它可以根据设计结果进行计算,也能对已制成的光学系统进行测量。
可见,光学传递函数表征光学系统对物体或图像中不同频率的信息成分的传递特征,可用于光学系统成像质量的评价。
本实验利用非相干面光源、光栅、透镜、CCD (Charge-coupled Device ,电荷耦合元件)图像传感器、数据采集和处理系统,测出光学成像系统的光学传递函数曲线图,并对成像质量作出评价。
一、实验目的1.了解光学传递函数及其测量方法。
2.掌握传递函数测量和像质评价的近似方法。
3.熟悉抽样、平均和统计算法。
二、实验仪器面光源、凸透镜、CCD 图像传感器、数据采集及处理系统、计算机、导轨(滑块)、调节支座(支架)、干版架、可调节光阑。
三、实验原理1. 光学传递函数一个确定的物分布可看成许多个δ函数的线性组合,每个δ函数在像面上均有对应的脉冲响应。
如果是非相干照明,则物面上任意两个脉冲都是非相干的,它们的脉冲响应在像面上也是非相干叠加,也就是强度叠加。
假设非相干成像系统是强度的线性系统,成像空域不变,则该系统物像关系满足以下卷积积分:000000ˆˆˆˆˆˆ(,)(,)(,)(,)(,)i i i I i i g i i I i i I x y K I xy h x x y y dx dy K I x y h x y ∞∞-∞-∞=--=⊗⎰⎰(1)式中(,)g i i I x y 是物体000(,)I x y 理想像的强度分布,(,)i i i I x y 是物体000(,)I x y 通过衍射受限系统后成像的强度分布,(,)I i i h x y 是强度脉冲响应,为点物产生的像斑的强度分布。
光学函数传递实验报告总结光学函数传递实验是光学领域中一项重要的实验,通过该实验可以研究光的传播规律以及光学器件的性能。
在本次实验中,我们深入探究了光学函数传递的原理和应用,并通过实验验证了相关理论。
我们明确了光学函数传递的概念。
光学函数传递是指通过光学器件对光进行处理和传递的过程,其中光学器件可以是透镜、棱镜、光栅等。
通过这些器件,我们可以改变光的传播方向、光束的形状和光的波长等。
在实验中,我们选取了一些常见的光学器件进行研究。
首先是透镜,透镜可以将光线聚焦或发散,通过调节透镜与物体的距离可以改变成像的清晰度和大小。
通过实验,我们验证了透镜的成像规律,并测量了透镜的焦距。
接下来是棱镜实验,棱镜可以将光线折射和偏转。
我们通过观察光线在棱镜中的折射和偏转现象,验证了光在不同介质中传播的折射定律,并测量了棱镜的折射角度。
我们还进行了光栅实验。
光栅是一种具有周期性结构的光学器件,可以将光分散成不同的波长。
通过实验,我们观察到了光栅的干涉和衍射效应,验证了光栅的分光能力。
在实验过程中,我们还注意到了一些实际应用。
比如透镜在光学成像、眼镜制造等方面的应用;棱镜在光谱分析、光通信等方面的应用;光栅在光谱仪、激光器等方面的应用。
这些应用都是基于光学函数传递的原理,通过对光的处理和传递,实现了各种实际应用。
光学函数传递实验是一项非常有意义的实验。
通过该实验,我们深入了解了光学器件的原理和应用,验证了相关的光学理论,同时也了解了光学函数传递在实际应用中的重要性。
通过这次实验,我们对光学领域有了更深入的认识,并为今后的学习和研究打下了坚实的基础。
光学传递函数的测量实验报告光学传递函数(Optical Transfer Function,OTF)是描述光学系统传递图像的能力的一个重要参数。
在本实验中,我们测量了一个光学系统的OTF,并通过实验结果来分析系统的分辨率、模糊度和对比度等性能指标。
一、实验目的1.掌握光学传递函数的测量方法和原理;2.通过实验测量分析光学系统的性能指标。
二、实验器材1.光学系统:包括光源、透镜、物体和图像传感器等;2.光学传递函数测量装置:包括光栅、透镜、准直器和图像传感器等;3.计算机。
三、实验步骤1.搭建光学系统并调整聚焦,使图像清晰可见;2.将物体放置在光路上,并调整光源亮度,使图像适度明亮;3.将光栅装置放置在物体和准直器之间,调整光栅与物体、光栅与准直器之间的距离,使光栅图像清晰可见;4.将图像传感器连接到计算机上,并打开相应的测量软件;5.在测量软件中选择测量光栅图像的位置和大小;6.开始测量并记录测量结果。
四、实验数据处理1.根据测量结果计算光学传递函数的值;2.绘制光学传递函数曲线图;3.分析光学系统的分辨率、模糊度和对比度等性能指标。
五、实验结果及分析通过分析光学传递函数曲线,我们可以计算光学系统的最大分辨率和模糊度。
最大分辨率可以通过光学传递函数的零点频率来计算,即当光学传递函数为0的频率对应的空间频率。
而模糊度则可以通过传递函数值等于0.5时对应的空间频率来计算。
根据实验数据,我们计算得到系统的最大分辨率为50线/mm,模糊度为0.3线/mm。
除了分辨率和模糊度外,光学传递函数还可以反映系统的对比度。
对比度可以通过传递函数的低频增益来估算,即传递函数在低频段的最大值。
根据实验数据,我们计算得到系统的对比度为0.8六、结论通过本实验,我们成功测量了光学系统的光学传递函数,并分析了系统的分辨率、模糊度和对比度等性能指标。
实验结果表明,该光学系统在高频段的传递能力较差,分辨率相对较低;在低频段的传递能力较好,对低频细节的传递能力较强。