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CCD相机成像分辨率自动测试的过程与方法介绍引言目前传输型CCD相机已取代传统胶片相机成为主流摄影设备，然而各生产厂家对相机成像分辨率这一核心指标的测量还基本采用基于人工判读的测试方法。
人工判读测试分辨率，对胶片相机而言简单、方便，但由于不同人眼的视觉灵敏度不同以及检测条件的差异，因此难免引入不同程度的主观误差，时常难以达成统一的测量结果，从而影响了测试精度。
对于CCD 相机，可利用其对特定目标生成的数字影像，通过实施高效的数据分析处理技术，自动实现对相机分辨率量化测试，从而客观判定相机成像质量。
1 理论分析影响CCD相机成像分辨率的因素主要包括：光学系统、CCD器件及相应电路处理系统等。
其中光学系统可利用干涉检测法或传递函数等对其像质进行测试，从而客观地获取相应的分辨率量化结果；CCD器件本身的理论极限分辨率可以根据其像元尺寸直接计算求得；对于电路处理系统，在理想情况下其对图像分辨率测试方面的影响可忽略不计，在此暂不予以考虑。
综合上述因素，CCD 相机整机理想情况下的分辨率N 可由下式计算求得：式中：N光为光学系统分辨率；NCCD 为CCD器件的分辨率。
虽然上述计算可以估算出CCD相机整机的理论分辨率，但由于存在整机装配误差、系统控制误差以及依靠人工判读测试带来的主观不确定性，经常难以准确反映相机最终成像水平，因此需要在CCD 相机整机检测时对分辨率指标实施精确量化测试，从而客观综合反映CCD相机整机成像质量。
为此，本文提出基于光栅目标影像对比度分析的分辨率自动测试方法。
该方法是将CCD 相机整体作为光能量信息传递系统，根据系统传递函数测试原理，按照正弦级数展开的定义，将矩形分布函数展开成不同频率正弦分布的叠加，则对比度传递函数可表示为：由于光电探测器将光通量转换为电信号，利用电子学方法可将所有高次谐波成分全部滤掉，这样所得到的传递函数关系式变为：M 和M0 分别为输出对比度（又称调制度）和输入对比度。
第四章 光学成像系统的空间变换特性与频率特性透镜作为光学系统的基本光学元件之一，在光学成像系统起着成像补偿像差及调整倍率等作用，在光学信息处理中具有位相变换和傅里叶变换作用。
光学成像系统是一种最基本的光学信息处理系统，它将输入图像信息从物面传播到输出面，输出图像信息由光学系统的传递特性决定。
光学系统是线性系统，一定条件下为空间不变线性系统，既可在空域中，也可在频域中分析它的成橡规律和特性。
这两种描述是完全等价的。
对于相干和非相干系统，可分别给出本征函数，把输入信息分解为本征函数的频率分量，考察这些分量在系统传递过程中衰减、相移等变化，研究系统空间频率特性即传递函数。
这是一种全面评价光学系统传递信息能力的方法，也是评价其成像质量的方法。
与传统方法如星点法、分辨法相比，OTF 法能全面反映光学系统成像能力，有明显的优越性。
现有计算机及高性能光电测试技术，使得OTF 的计算和测量日趋完善。
同时OIS 的频谱分析作为光学信息处理技术的理论基础，对光学信息处理技术的应用起着极其重要的作用。
本章首先首先研究透镜的位相变换性质，然后讨论透镜的傅里叶变换性质，分分析透镜孔径对傅里叶变换的影响，然后讨论光学成像系统的频率特性。
4.1 透镜的相位变换性质通常在衍射屏后面的自由空间观察夫琅禾费衍射时，要借助于透镜实现近距离的观察夫琅禾费衍射图。
单色平面波垂直照射衍射屏，在夫琅禾费近似下，观察平面上的场分布等于衍射孔径上场分布（屏函数）的傅立叶变换，透镜之所以可实现傅立叶变换，这是因为透镜具有相位变换作用。
现研究一个无像差的薄透镜的成像，如图 4.1.1所示，轴上点源S 和透镜的距离为p ，不考虑透镜的孔径造成的衍射影响，由于是薄透镜，这里认为入射光线经过透镜，出射光线在P 2面上的高度同在P 1上高度相等。
从几何光学观点看，成像过程是点物S 成点像S ’；从波面变换的观点看，透镜将发散球面波变换成会聚球面波。
为了研究透镜的变换作用，引入透镜的复振幅透过率t(x,y)，定义为()()()11t x,y U x,y /U x,y '=，其中()()11U x,y ,U x,y '分别是P 1 和P 2面上的复振幅分布，傍轴条件下，显然，S 单色点光源发出的球面波在P 1上的光场U 1(x,y)为22()21(,)k jx y jkp pU x y Ae e+= （A 为常数） (4.1.1)上式表明：P 1上的振幅分布是均匀的，只有位相的变化。
一、非相干系统的成像和光学传递函数（OTF）二、OTF的求法第五节非相干成像系统分析及光学传递函数一、非相干系统的成像和光学传递函数（OTF）1、非相干系统的成像2、光学传递函数（OTF）得:这里：① 用归一化的物象频谱表示物象对应的各(u,v)分量的对比度② 一般情况下，|H(u,v)|——对比传递函数（MTF），表示物象分布中同一(u,v)分量对比度变化φ(u,v) ——相位传递函数（PTF），表示物象分布中同一(u,v)分量的相移二、OTF的求法1、利用OTF与CTF的自相关关系，由* 卷积，相关，自相关，傅里叶变换自相关定理：∙卷积积分：∙相关积分：∙自相关积分：∙傅里叶变换自相关定理：设 G(u,v)是函数g(x,y)的频谱函数，则有F{g(x,y)★g(x,y)} = |G(u,v)|²或 F{|g(x,y)|²} = G(u,v)★G(u,v)由前面讨论知：利用傅里叶变换自相关定理，有上式表明，非相干成像系统传递函数是相干传递函数的自相关积分。
对于衍射受限系统,可由光瞳函数直接计算求取光学传递函数因为, Hc(u,v) = P(λl'u, λl'v)代入前面 Hc(u,v)H(u,v) 表式, 则得:2、图解法求取OTF据计算式：分母：为光瞳的总面积；分子：中心在原点与中心偏离 (-λl'u, -λl'v) 的两个光瞳的重叠面积于是：（对计算式的数学处理）例：图解法求圆孔的OTF及截止频率直径为D的圆形孔径（如图）光瞳总面积： S总 =π(D/2)²重叠面积：2（扇形面积-三角形面积）由此可知（见图）：。
广东技术师范大学实训报告实验 （五） 项目名称：__光学系统的PSF 及MTF 评价_一、实验目的：1． 了解光学系统的PSF 及MTF 的基本物理概念。
2． 掌握利用干涉法测波差求PSF 及MTF 的基本方法。
3． 掌握光学系统的PSF 及MTF 的评价方法。
二、实验原理光学系统相对于理想物点的成像点的质量，可作为光学系统成像质量的评价指标。
实验中为便于形成理想物点，对一般光学系统，通常选择理想物点位于光轴上的无穷远处，即采用平行光入射被测光学系统的方法，这时所要考察的像方焦点的分布即为点扩散函数PSF 。
根据光学系统的傅里叶变换特性，点扩散函数PSF 可直接由波差计算得到ηξηξηξd d y x fDikikW C y x ASF )](2ex p[)],(ex p[),(+-=⎰⎰ （1） 式中，),(y x ASF 为点振幅分布函数，C 为常数，D 为光学系统的口径，f 为光学系统的焦距，ηξ,取单位圆中的规化坐标。
则点扩散函数为),(),(),(*y x ASF y x ASF y x PSF = （2）一般使PSF 规一化，即)0,0(),(),(PSF y x PSF y x PSF normal =（3）调制传递函数（MTF ）反映了光学系统对不同分辨率的物点在其相应的像点中对比度的下降情况。
可通过对点扩散函数进行傅里叶反变换求得。
⎰⎰+=dxdy vy ux i y x PSF v u OTF )](2exp[),(),(π （4） 式中，),(v u OTF 为光学传递函数。
规一化后的调制传递函数为)0,0(),(),(OTF v u OTF v u MTF =（5）学院： 光电工程学院 专业：班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点： 实验楼202实验日期：指导教师签名：调制传递函数也用自相关方法从波差求得⎰⎰⎰⎰∑-++=ηξηξηξληλξσd d d d W fv fu W ik v u MTF )]},(),([ex p{),( （6）式中，σ表示两错开光瞳的重叠区，∑表示出瞳孔径范围。
光学传递函数的测量和像质评价引言光学传递函数是表征光学系统对不同空间频率的目标函数的传递性能，是评价光学系统的指标之一。
它将傅里叶变换这种数学工具引入应用光学领域，从而使像质评价有了数学依据。
由此人们可以把物体成像看作光能量在像平面上的再分配，也可以把光学系统看成对空间频率的低通滤波器，并通过频谱分析对光学系统的成像质量进行评价。
到现在为止，光学传递函数成为了像质评价的一种主要方法。
一、实验目的了解光学镜头传递函数的基本测量原理，掌握传递函数测量和成像品质评价的近似方法，学习抽样、平均和统计算法，熟悉光学软件的应用。
二、基本原理光学系统在一定条件下可以近似看作线性空间中的不变系统，因此我们可以在空间频率域来讨论光学系统的响应特性。
其基本的数学原理就是傅里叶变换和逆变换，即：dxdy y x i y x )](2exp[,ηξπψηξψ+-=⎰⎰）（），（ （1） ηξηξπηξψψd d y x i y x )](2exp[),(),(+=⎰⎰ （2）式中),(ηξψ是),(y x ψ的傅里叶频谱，是物体所包含的空间频率),(ηξ的成分含量，低频成分表示缓慢变化的背景和大的轮廓，高频成分表示物体细节，积分范围是全空间或者是有光通过空间范围。
当物体经过光学系统后，各个不同频率的正弦信号发生两个变化：首先是调制度（或反差度）下降，其次是相位发生变化，这一综合过程可表为），（），（），（ηξηξψηξφH ⨯= （3）式中），（ηξφ表示像的傅里叶频谱。
），（ηξH 成为光学传递函数，是一个复函数，它的模为调制度传递函数（modulation transfer function, MTF ），相位部分则为相位传递函数（phase transfer function, PTF ）。
显然，当H =1时，表示象和物完全一致，即成象过程完全保真，象包含了物的全部信息，没有失真,光学系统成完善象。
由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及象差（包括设计中的余留象差及加工、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。
