测量未知镜头传递函数.doc

镜头光学传递函数的实验学号：10272059班级：光科1002姓名：朱中第一. 主要仪器及设备 1. 导轨，滑块，调节支座，支杆，可调自定心透镜夹持器，干板夹； 2. 多用途三色 LED 面光源； 3. 波形发生器，待测双凸透镜，待测双胶合透镜； 4. CCD 及其稳压电源，CCD 光阑； 5. 图像采集卡及其与 CCD 连线，微机及相应软件。 二实验步骤 （1）光路共轴调节： 首先将光源调整到一个适当高度，并使其出射光方向沿导轨轴线方 向； 取下 CCD 相机前端的保护盖，安上 CCD 光阑（用于遮蔽其它杂散光，保证采集图像的 衬比度），将 CCD 移近光源，尽量使之与光源等高，然后移到导轨末端；再将透镜夹移近光 源，使之中心尽量与光源等高后，移开与光源相距一定距离；然后将干板夹放置在光源与透 镜夹之间（靠近光源）。 （2）打开微机、光源和 CCD 相机的电源。开启微机。从微机桌面上可以看到“图像采集”图标和“Mcad”文件夹。双击“图像采集”图标进入图像实时采集窗口。此时 CCD 和微机处于图像实时采集状态。（3）将波形发生器夹在干板夹上，调节其高度，使其与光源出射口等高。（4）将#1 待测透镜夹在透镜夹上。（5）关闭室内灯光，拉上窗帘。通过滑块前后调节透镜和 CCD 相机（调节物、像距）， 并适 当调节波形发生器的高低左右，使图 5 中的（a）区域的图像充满图像采集窗口的大部分 区域并成像最清晰。调节完毕后锁紧滑块上的螺钉。 （6）采集图像：（a）将光源调到红光；按空格键 ，采集窗口中会出现一个红色矩形框； 用鼠 标把它拖至子午图案上双击，弹出图像保存窗口；将图像以文件名“srh15”保存到“桌 面Mcad”路径下。用鼠标分别把矩形红框拖至弧矢图案、透光图案（均匀白区域）和不透 光图案（均匀黑区域）上双击，分别以文件名“srv15”、“srw15”、“srb15”保存到同样的路 径下。（b）再按一次空格键，红色矩形框消失，采集软件又回到实时采集状态。（c）将光源 调到绿光，重复（a）和（b）两步，此时保存的文件名应为：“sgh15”、“sgv15”、“sgw15”、 。（d）将光源调到蓝光，重复（a）和（b）两步，此时保存的文件名应为：“sbh15”、 、“sbw15”、“sbb15”。 （7）调节波形发生器，使图5 中的（b）区域的图像充满图像采集窗口的大部分区域并成像最清晰。重复第（6）步。文件名中的数字改为 25。（8）将#2 待测透镜夹在透镜夹上。重复第（5）、第（6）和第（7）步。文件名中的第一个字母改为 d。至此，图像采集完毕，共得到 12 组共 48 幅图像。文件名中的第一个字母表示透镜类型， s 表示 单透镜，d表示双胶合透镜；文件名中的第二个字母表示光的颜色，红、绿、蓝分别用 r、g、b 表示；文件名中的第三个字母表示所保存的图像是弧矢图案、子午图案、透光区域、 还是不透光区域，h 表示弧矢，v 表示子午，w 表示透光（白），b 表示不透光（黑）；文件名中的数字表示空间频率值。这样取文件名并不是必须的，只是为了记录方便。 三数据处理 数据处理采用“Mcad”软件。从桌面打开“Mcad”文件夹，运行“MTF-NEW”程序，程序运行后，窗口的左侧是读取图像文件、运算公式、绘图和处理结果，窗口的右侧是有关程序和变量的说明。图像数据读取的方 法如下：把已保存的每一组四个图像数据文件“*w*”、“*b*”、 “* h*”和“*v*”分别写入程序中 White、Black、Row 和 Column 对应行的括号内。注 意：应把保存的文件名写完整（包括文件名，和自动生成的大小格式，还有后），若输入不正确，则字符以红色显示。 输入完成后，数据处理会 自动完成，会看到彩色化的灰度分布图，抽样直方图，子午和弧矢传函曲线，以及 MTF 值。将每一种情况下的 MTF 值记录下来，填入表一。实验结束后，根据数据进行分析比较，给出分析结论。四实验原理光学传递函数（Optical transfer function, OTF）表征光学系统对物体或图像中不同空间频率的信息成分的传递特性，广泛用于对光学成像系统成像质量的评价。信息光学的理论分析表明光学成像过程可以近似作为线性空间平移不变系统来处理，从而可以在频域中讨论光学系统的响应特性。任何二维物体（或图像）f ( x , y ) 都可以分解成一系列 x 方向和 y 方向的不同空间频率( u, v)简谐函数(物理上表示正弦光栅)的线性叠加：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，这一综合过程可表示为：H称为光学传递函数，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，表示像和物完全一致，即成像过程完全保真，像包含了物 的全部信息，没有失真, 光学系统成完善像。 由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及像差（包括设计中的余留像差及加工、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。对像的傅立叶谱再做一次逆变换，就得到像分布：调制度m定义为：光学系统的调制传递函数可表示为给定空间频率下像和物的调制度之比： 除零频以外，MTF 的值永远小于 1。MTF(u,v)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。平时所说的光学传递函数往往是指调制度传递函数 MTF。图 1 给出一个光学镜头的设计 MTF 曲线，不同视场的 MTF 不相同。在生产检验中，为了提高效率，通常采用如下近似处理：（1）