第九章 光学系统的像质评价
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像质评价方法一、几何像差曲线1、球差曲线:球差曲线纵坐标是孔径,横坐标是球差(色球差),使用这个曲线图,一要注意球差的大小,二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度,如果单根曲线还可以,但是曲线间距离很大,说明系统的位置色差很严重。
2、轴外细光束像差曲线这一般是由两个曲线图构成。
图中左边的是像散场曲曲线,右边的是畸变,不同颜色表示不同色光,T和S分别表示子午和弧矢量,同色的T和S间的距离表示像散的大小,纵坐标为视场,左图横坐标是场曲,右图是畸变的百分比值,左图中几种不同色曲线间距是放大色差值。
横向特性曲线(子午垂轴像差曲线):不同视场的子午垂轴像差曲线,纵坐标EY代表像差大小,横坐标PY代表入瞳大小,每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。
理想的成像效果应当是曲线和横轴重合,所有孔径的光线对都在一点成像。
纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。
这个数值和点列图中的GEO尺寸一致,GEO尺寸就是横向特性曲线中该视场三个光波中弥散最大的那个半径。
其中主光线用于描述单色像差情况;三个波长曲线用于描述垂轴色差情况。
横向像差特性曲线图表示了视场角由小到大时垂轴像差曲线的变化,从中可以看出子午垂轴像差随视场变化规律。
子午垂轴像差曲线的形状当然是子午像差:细光束子午场曲、子午球差和子午彗差决定的,因此曲线形状和像差数量的对应关系经常在像差校正中用到。
根据像差曲线可以判断出要改善系统的成像质量,就必须改变曲线的形状和位置,即改变三种子午像差的数量。
将子午光线对a、b作连线,该连线的斜率m = (Ya-Yb)/2h 与宽光束子午场曲X’T成正比。
口径改变时,连线斜率变化表示宽光束子午场曲也随着变化。
当口径减小趋于0时,连线成了坐标原点(对应主光线)的切线,切线的斜率和细光束子午场曲x’t相对应。
子午光线对连线的斜率与原点切线斜率之间的差和子午球差(X’T – x’t)成正比,两个斜率夹角越大,子午球差越大。
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。