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1、第三章第三章 光学成像系统的频谱分析光学成像系统的频谱分析课程内容3.1二维线性系统分析二维线性系统分析3.2 光学系统的频域描画光学系统的频域描画 ：传送函数：传送函数3.3 光学成像系统的相关传送函数光学成像系统的相关传送函数 3.4 光学传送函数光学传送函数3.5 相关与非相关成像系统的比较相关与非相关成像系统的比较 3.6 光学传送函数的计算光学传送函数的计算3.7 光学传送函数的丈量光学传送函数的丈量本章将光学成像系统作为线性不变系统，运用傅本章将光学成像系统作为线性不变系统，运用傅立叶变换实际研讨系统的立叶变换实际研讨系统的I/O关系，引见光学传送关系，引见光学传送函数的根本概念，

2、根本实际，计算方法和丈量方法。函数的根本概念，根本实际，计算方法和丈量方法。光学传送函数研讨的历史背景光学传送函数研讨的历史背景 18731873年阿贝二次衍射成像实际和年阿贝二次衍射成像实际和19061906年的阿贝波特实验年的阿贝波特实验; ; 19381938年，德国人菲利塞年，德国人菲利塞FrieserFrieser提出用正弦掩模板检提出用正弦掩模板检验光学系统像质验光学系统像质; ; 2020世纪世纪4040年代，傅立叶光学兴起；年代，傅立叶光学兴起；19461946年，法国人杜菲克年，法国人杜菲克斯斯DuffieuxDuffieux发表发表“傅立叶变换及其在光学中的运用傅立叶变换及

3、其在光学中的运用; ; 19481948年，美国人赛德年，美国人赛德O.SchadeO.Schade提出用传送函数评价电提出用传送函数评价电视摄像系统像质视摄像系统像质; ; 2020世纪世纪5050年代，英国霍普金斯将光学传送函数引入光学设年代，英国霍普金斯将光学传送函数引入光学设计和检验；计和检验； 我国研讨始于我国研讨始于2020世纪世纪7070年代，最高程度为长春光机所和北年代，最高程度为长春光机所和北理工。理工。 阿贝阿贝- -波特实验波特实验学习的目的和意义学习的目的和意义 用频谱分析方法来描画和分析光学系统物像关系和成像用频谱分析方法来描画和分析光学系统物像关系和成像 机理，用光

4、学传送函数来进展光学系统设计和像质鉴定，机理，用光学传送函数来进展光学系统设计和像质鉴定，丰富和开展了光学仪器实际，推进了光学技术提高。丰富和开展了光学仪器实际，推进了光学技术提高。 光学传送函数客观地描画系统对光信息的传送特性，是光学传送函数客观地描画系统对光信息的传送特性，是客观评价成像质量的综合目的，经过计算传送函数，可以客观评价成像质量的综合目的，经过计算传送函数，可以在设计阶段就明确知道系统的成像质量；运用在设计阶段就明确知道系统的成像质量；运用MTFMTF作为优作为优化设计的评价函数，更容易得出最正确的设计结果。化设计的评价函数，更容易得出最正确的设计结果。 光学检验中采用光学检验

5、中采用OTFOTF丈量，消除了传统方法中人为的客观丈量，消除了传统方法中人为的客观要素，处理了丈量目的与实践像质之间的定量评价问题。要素，处理了丈量目的与实践像质之间的定量评价问题。 光学传送函数的根本实际和相关技术，是工程光学专业光学传送函数的根本实际和相关技术，是工程光学专业学生必需掌握的最根本的专业知识。学生必需掌握的最根本的专业知识。3.1 3.1 二维线性系统分析二维线性系统分析3.1.1. 3.1.1. 系统系统 g x E x S3.1.2 线性系统与叠加积分线性系统与叠加积分1.线性系统的定义线性系统的定义 2.光学系统的脉冲呼应函数光学系统的脉冲呼应函数(点分散函数点分散函数

6、)【“点基元分析方法】点基元分析方法】3.1.3 线性空间不变系统与卷积线性空间不变系统与卷积3.2.1 线性不变系统的频域描画线性不变系统的频域描画 空域与频域描画的比较空域与频域描画的比较1.从输入函数计算输出函数的运算流程不同从输入函数计算输出函数的运算流程不同: 空域空域: 卷积关系卷积关系 频域频域: 傅里叶变换傅里叶变换相乘相乘傅里叶逆变换傅里叶逆变换2. 基元函数不同基元函数不同: 点基元点基元点分散函数点分散函数,空域和频域的基元函数不同空域和频域的基元函数不同 平面波基元平面波基元平面波基元平面波基元,空域和频域的基元函数一样空域和频域的基元函数一样 3.2.2 .3.2.2 .线性空间不变系统的本征函数线性空间不变系统的本征函数由于输入由于输入/ /输出基元输出基元函数一样函数一样, ,才可以才可以定义一个传送函数定义一个传送函数. .3.2.3 传送函数传送函数 重要结论重要结论3.3 3.3 光学成像系统的相关传送函数光学成像系统的相关传送函数物理模型的阐明物理模型的阐明3.3.2 3.3.2 衍射受限系统的相关传送函数衍射受限系统的相关传送函数1.1.系统脉冲呼应函数系统脉冲呼应函数 系统相关传送函数系统相关传送函数 3.3.3 3.3.3 相关传送函数与光瞳函数的