数码影像测试简介课件

1、数码影像测试技术一、 光学理论 光是自然界的产物，以下就光的特性及物理量进行说明。1. 可见光可见光是电磁波谱的一部分，可将人眼睛看作电磁波的接收器。能被人眼感知的电磁波为可见光。可参考下图： （图1-1）在温和照明下，眼睛对不同波长的光线的敏感度（图1-2）光的各个波长区域在光学中常用纳米（nanometer，1nm=1*10-9m）为波长单位，图1-1显示可见光中心波长为550nm，颜色为黄绿色。一般视力灵敏曲线在长波长处渐趋近于轴。一般定视力灵敏度降至其最大值的1%处为极限，两极限的波长分别为430nm和690nm。在此限度外之辐射强度若足够强，人眼睛仍能感觉到；若强度弱时在许多物理实验

2、中可用照相底片或感光灵敏的电子探测器代替人眼。2. 光源和光速物体本身能发光的，如太阳、火焰、电灯等称为光源（luminous source）。除了特殊用途的光源（如红外光源和紫外光源）外，大量的光源是作为照明用的。由于光源照射物体而反射光线，才能使我们感觉到物体的存在。光线可看作是由许多光子（photon）所组成，至于光束则是由许多光线汇集而成的光纤束。光在真空中具有最大的速度，用符号c表示光在真空中的速度，是一自然界的常数c=299，792.5km/s3. 发光强度、光照度与光亮度光源的发光强度称为光度,是光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量（luminous intensity）。

3、以鲸油脂制成的蜡烛，每小时燃烧120格冷（1grain0.0648克），所发出的光度为1国际烛光。光源每单位时间所辐射出来的能量为此光源之辐射通量，只有小部分（波长从400nm-700nm）的辐射通量能使人眼睛感觉到其存在，此部分的辐射通量称之为光通量（luminous flux），单位为流明（lm）。1标准烛光的光源，在1立体弧角内所通过的光通量称为1流明。物体被照射时，在与光线垂直的表面上，单位面积所受到的光通量称为照度（illuminance），单位为：勒克司（lx）、流明/m2（lm/m2）。光亮度：光源表面一点处的面元dA在给定方向上的发光强度dI与该面元在垂直给定方向上的平面上的正

4、投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度。其法定计量单位为坎德拉每平方米（cd/m2）须注意，不要把照度跟亮度的概念混淆。这是两个完全不同的物理量。照度表示受照面的明暗程度，照度与光源至被照面的距离的平方成反比。而两度是表示任何形式的光源或被照射物体表面是面光源是的发光特性。如光源与观察者眼睛之间没有光吸收现象存在，那么亮度值与二者间的距离无关。二、 色彩1.色彩基础色彩，可分为无彩色和有彩色两大类。前者如黑、白。灰，后者如红、黄蓝等七彩。有彩色就是具备光谱上的某种或某些色相，统称为彩调。与此反，无彩色就没有彩调。无彩色有明有暗，表现为白、黑，也称色调。有彩色表现很复杂，但可以用三组特微值来确定

5、。其一是彩调，也就是色相；其二是明暗，也就是明度；其三是色强，也就是纯度、彩度。明度、彩度确定色彩的状态。称为色彩的三属性。明度和色相合并为二线的色状态，称为色调。 明度谈到明度，宜从无彩色人手，因为无彩色只有一维，好辩的多。（图）最亮是白，最暗是黑以及黑白之间不同程度的灰，都具有明暗强度的表现。若按一定的间隔划分，就构成明暗尺度。有彩色即靠自身所具有的明度值，也靠加减灰、白调来调节明暗。有彩色的明暗，其纯度的明度，以无彩色灰调的相应明度来表示其相应的明度值。明度一般采用上下垂直来标示。最上方的是白，最下方是黑，然后按感觉的发调差级，排入灰调。色相有彩色就是包含了彩调，即红、黄、蓝等几个色族，

6、这些色族便叫色相。最初的基本色相为：红、橙、黄、绿、蓝、紫。在各色中间加插一两个中间色，其头尾色相，按光谱顺序为：红、橙红、黄橙、黄、黄绿、绿、绿蓝、蓝绿、蓝、蓝紫，紫。红紫、红和紫中再加个中间色，可制出十二基本色相。彩度一种色相彩调，也有强弱之分。拿正红来说，有鲜艳无杂质的纯红，有涩而像干残的“凋玫瑰”，也有较淡薄的粉红。它们的色相都相同，但强弱不一，一般称为（SauralOn）或色品。彩度常用高低来指述，彩度越高，色越纯，越艳；彩度越低，色越涩，越浊。纯色是彩度最高的一级。2.色彩的混合 A：原色理论三原色，所谓三原色，就是指这三种色中的任意一色都不能由另外两种原色混合产生，而其他色可由这

7、三色按照一定的比例混合出来，色彩学上将这三个独立的色称为三原色。B：混色理论色彩的混合分为加法混合和减法混合，色彩还可以在进入视觉之后才发生混合，称为中性混合。（一）加法混合加法混合是指色光的混合，两种以上的光混合在一起，光亮度会提高，混合色的光的总亮度等于相混各色光亮度之和。色光混合中，三原色是朱红、翠绿、蓝紫。这三色光是不能用其它别的色光相混而产生的。而：朱红光翠绿光黄色光翠绿光蓝紫光蓝色光蓝紫光朱红光紫红色光黄色光、蓝色光、紫色光为间色光。如果只通过两种色光混合就能产生白色光，那么这两种光就是互为补色。例如：朱红色光与蓝色光；翠绿色光与紫色光；蓝紫色光与黄色光。（二）减法混合减法混合主要

8、是指的色料的混合。白色光线透过有色滤光片之后，一部分光线被反射而吸收其余的光线，减少掉一部分辐射功率，最后透过的光是两次减光的结果，这样的色彩混合称为减法混合。一般说来，透明性强的染料，混合后具有明显的减光作用。减法混合的三原色是加法混合的三原色的补色，即：翠绿的补色红（品红）、蓝紫的补色黄（淡黄）、朱红的补色蓝（天蓝）。用两种原色相混，产生的颜色为间色：红色蓝色紫色黄色红色橙色黄色蓝色绿色如果两种颜色能产生灰色或黑色，这两种色就是互补色。三原色按一定的比例相混，所得的色可以是黑色或黑灰色。在减法混合中，混合的色越多，明度越低，纯度也会有所下降。（三）中性混合中性混合是基于人的视觉生理特征所产

9、生的视觉色彩混合，而并不变化色光或发光材料本身，混色效果的亮度既不增加也不减低，所以称为中性混合。有两种视觉混合方式：A:颜色旋转混合：把两种或多种色并置于一个圆盘上，通过动力令其快速旋转，而看到的新的色彩。颜色旋转混合效果在色相方面与加法混合的规律相似，但在明度上却是相混各色的平均值。B:空间混合：将不同的颜色并置在一起，当它们在视网膜上的投影小到一定程度时，这些不同的颜色刺激就会同时作用到视网膜上非常邻近的部位的感光细胞，以致眼睛很难将它们独立地分辨出来，就会在视觉中产生色彩的混合，这种混合称空间混合三、 Sensor 介绍Sensor为感应器将光信号转换为电信号1.分类按用途分类a、线型

10、sensor，一般用于扫描仪、传真机b、面型sensor，一般用于照相机、sensor模组按工艺分类a、CCD sensorb、CMOS sensor这两种传感器都将光转变成模拟讯号输出，这是在每一个画素（Pixel）里所完成，所以要了解影像感测之前，必须先了解画素的定义和原理。传感器制造厂商对画素的定义是：在影像传感器上将光转换成电荷的基本单位。例如，数字相机有一个1280 x 960的影像传感器，就会有1,228,800个画素，这不同于电视与计算机屏幕制造业商所使用的画素定义。画素原理画素是影像传感器的基本要素，以CMOS传感器的画素为例，其包含一个光电二极管，用来产生与入射光成比例的电荷

11、，也包含一些晶体管，以提供缓冲转换和复位功能。当从画素电容所累积的电荷被抽样缓冲并传送给放大器（Gain Amplifiers）与模拟/数字转换器（A/D Converter）之后，所摄取影像的原始讯号才得以形成，具有这些功能才能形成一个影像传感器。信噪比影像传感器的信噪比（SNR）可以用分贝（dB）来表示，当信号强度到达一定强度时，信噪比并不会同步增加，但是，如果要让低数值讯号可以被检测到，那么信噪比就非常重要。色彩敏感度失衡彩色画素对不同频率的入射光有不同的灵敏度，将造成摄取影像的色彩失衡。当然，色彩失衡可以用数字化处理得到补偿，却会放大模拟/数字转换器（ADC）的量化噪声。现在的技术可以

12、解决色彩敏感度失衡的问题，同时将讯号送到ADC进行数字量化，运用色别增益或放大技术进行处理。暗电流（Black level）暗电流是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量，理想的影像传感器其暗电流应该是零，但是，实际状况是画素中的光电二极管是充当电容器，当电容器慢慢地释放电荷时，就算没有入射光，其电压也会与低亮度入射光的电压相当。因此，不能确定画素是否真正看到了某些景物，或是因为从暗电流中所累积的电荷。所以，暗电流是画素的噪声之一，CCD与CMOS传感器的暗电流范围为0.075nA/cm22.0 nA/cm2以上。画素大小和填充比传感器能否摄取低亮度影像将取决于每个画素活动（采光）区的大小，较

13、大的画素使影像传感器摄取较多的光子，如此能提高画素的动态范围。但是，较大画素需要较多的硅芯片 ，使得生产成本垫高，因此藉由设定活动区域大小、低亮度敏感性，以及整个画素数组投射期望的图像，决定最佳化的影像传感器组件大小。CMOS传感器技术CMOS传感器是于1980年代发明出来，只是当时CMOS制程的制作技术不高，以致于传感器噪声大，商品化并不易。时至今日，CMOS传感器的应用范围非常的广泛，包括数字相机 、PC Camera、影像电话、第三代手机系统、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具，以及工业、医疗等用途。由于使用层面广泛，非常有利于CMOS产品的普及，CMOS不但体积小，耗电量也不

14、到CCD的1/10，售价也比CCD便宜1/3，画质已接近低阶分辨率的CCD，国内相关业者已开始采用CMOS替代CCD。与CCD相较之下，CMOS是标准制程，可利用现有的半导体设备，不需额外的投资设备，且质量可随着半导体技术的提升而进步。同时 ，全球晶圆厂的CMOS生产线较多，日后量产时也有利于成本的降低。另外，CMOS传感器的最大优势，是它具有高度系统整合的条件。理论上，所有影像传感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移缓存器、时序控制、CDS、ADC等，如图所示，都可放在同一颗芯片上，甚至于所有的芯片包括后端芯片（Back-end Chip）、闪存（Flash RAM）都整合成单芯片（SYST

15、EM-ON-CHIP），以降低数字相机生产成本。CMOS传感器可分为：被动式画素传感器CMOS（Passive Pixel Sensor CMOS）与主动式画素传感器CMOS（Active Pixel Sensor CMOS）。被动式画素传感器CMOS被动式画素传感器CMOS（Passive Pixel Sensor CMOS）是一种低成本、低耗电的传感器，但缺点是高噪声、高抗阻、低动态范围。被动式画素传感器的光谱反应频宽范围除了可见光之外，也可以对红外线反应，因此，可以被应用在安全监视器、汽车夜视装置等产品上 ，其架构如图2（左）所示。主动式画素传感器CMOS主动式画素传感器CMOS（Act

16、ive Pixel Sensor CMOS）是最近新发展出来的CMOS传感器，它针对CMOS高噪声的缺点，在传感器的每一个画素上加上讯号转换回路，以放大讯号及读取讯号。因此，主动式画素传感器CMOS比被动式画素传感器CMOS有较好的画质、较低的噪声，如图2（右）所示，但是却增加CMOS传感器的复杂度（High Complexity），并且会降低传感器所能补捉的光线强度（Low Fill Factor）。一般而言，CCD传感器的Fill Factor可以达到60%，但是APS CMOS的Fill Factor只有2030%。为了解决这个问题，APS CMOS传感器在每一个画素上加上微镜片，可使每

17、一个画素所接受的光线作类似聚焦的动作，使得Fill Factor提高2至3倍，大幅改善APS CMOS传感器的影像质量 ，也增加其与CCD传感器在高阶数字相机市场的竞争力。CMOS的新技术ARAMISARAMIS（Asynchronous Random-Access MOS Image Sensor）是新世代的平面型CMOS传感器，ARAMIS影像输入技术利用台湾最普遍之CMOS工业标准半导体制程产制，在单芯片内整合影像感测数组 、模拟/数字转换电路、数字接口及其它控制逻辑电路，同时以3.3V或5V单一电源操作，适合要求轻薄短小之的整合单芯片PC与消费性电子相关应用，目前，世界上仅有少数公司具

18、备此项技术之商品化与量产能力。依目前的CMOS制程技术发展，这新世代的影像输入技术将来可望依不同之应用将更多数字逻辑电路整合到同一颗芯片上，以提供各种不同之智能功能，使得系统产品的设计更加便捷。ARAMIS架构下的CMOS传感器拥有弹性模式，使得DSC系统可以简化到Sensor、微处理器、Memory 3颗芯片，就可以构成完整的系统，如图3所示。仿真机械快门而开发出电子快门，可执行on-sensor的矩阵式测光模式，不需要多余的外加测光表，容许所有画素同时曝光。传统的CMOS传感器是采用line-base的曝光方式，每一行的曝光不在同一个时间点上，因此在拍摄运动中物体时会产生影像的扭曲，但AR

19、AMIS CMOS传感器是整个画面同时曝光，可以维持画面的正确性。CCD影像传感器CCD传感器能将感测到的光转换成电荷讯号，然后再把电子数字化并加以处理，就像储存一般电子讯息一样储存起来。CCD影像传感器的价格范围非常广，从数十美元到十万美元不等，设计使用它的考虑点是在电磁辐射的灵敏度、过度照射的保护操作速度及视讯号速率。CCD传感器是一种硅基固态影像感测组件，是利用半导体的技术累积成二维面形的数组，如图4所示，成为具高密度画素（pixel），具有高分辨率及高感度之特性。依感光频谱区分，可区分为：可见光，红外光，X射线等种类，一般我们常用的多为可见光CCD传感器。CCD传感器为许多个平面数组式

20、的MOS电容所组成的，这些电容在二氧化硅芯片上形成一片绝缘薄膜，然后在这个薄膜上做出一层金属导电层作为闸极，如图5所示。空乏区受到光线照射后，会产生电子负电与电洞正电对，也称做电子讯号；再从外部加入电压后，这些电子电洞就会往不同的极性移动，光线愈强，电子电洞也就愈多，这就是CCD传感器的工作原理。以一般可见光CCD传感器的种类，可分为Full Frame、Frame Transfer（FT）、Interline Transfer（IT）3种，以下将分别介绍这3种CCD。Full FrameFull Frame是三者中架构最简单者，整个传感器的都是感光区域，感光过程完成后读取曝光影像数据的同时，

21、利用快门阻挡光线进入影像传感器，由于其感光区域面积大，可以用于长时间曝光的超高画素影像传感器等特殊用途。Frame Transfer全图框（Frame Transfer，FT）影像传感器的结构，可分为影像区、不透明储存区及传送区三大部份，FT方式适用于读取速度需比Full Frame方式更快的高阶CCD影像传感器，近来Philips与Sanyo即强调FT方式的技术优异性，连手进军消费型数字相机市场。FT影像传感器讯号传送原理如下：在一个积分时间内（1图场1/60秒）影像区所产生的电荷，利用垂直遮没（Vertical Blanking）期间迅速地传到储存区，再利用水平遮没（Horizontal

22、Blanking）期间将最上面一列的电荷移往传送暂存区，这样传送暂存区便储存一条水平影像信号。当第一个图场的信号正在传送时，影像区已开始储存第二个图场的信号，当前一图场信号传送完毕，就轮到第二个图场传送信号，如此依序交替，即可构成一幅完整的影像。原则上，FT方式CCD其每个画素的受光面积较大，所以要提高感度及饱合输出电压较容易 ，但是会产生蓝光感度较低、smear高的问题 ，这是因为采FT方式时，每个画素的开口率较高所致，一般认为FT方式可以较IT方式获得更佳的画质，对照IT方式CCD必须采用微镜头来提高感度，FT方式CCD却无此需要，所以FT方式在高画素数字相机产品的应用，将会愈来愈广。In

23、terline Transfer目前通用的CCD传感器是交线传送式（Interline Transfer，IT）影像传感器，CCD包含多个直条状数组，并由曝光区及储存区间隔组成。目前在数字相机、PC Camera、摄录像机上用的CCD传感器，主要是采IT的转送方式，因为其数据读取速度较快，透过采用微镜头，可达到与FT方式CCD相同的实质开口率。IT影像传感器基本结构是由一系列垂直排列的感光元中间穿插垂直CCD移位缓存器而成，每一行中感光元的数目正等于一个图场的扫瞄线数，为感光元数目的一半，所以一个传送元是两个图场所共享，利用适当的驱动信号来控制垂直移位缓存器，两个图场的信号可分别读出而获得交替

24、的画面。影像传感器仅需要电视扫瞄线数一半的垂直传送元，但需相同数目的感光元。而且感光元的积分时间等于一个图框的扫瞄时间，对快速移动的物体会反应不及。目前，数字相机的CCD传感器主要采用IT方式。尽管300万画素以上数字相机今年相继上市，但画质与传统相机相比仍有差距，主要原因是CCD的动态范围窄（Dynamic Range代表一张相片中，最亮处与最暗处之间差距所能表现的程度），另一问题是景深的表现力较差。CCD传感器的优点CCD传感器虽然仍有缺陷，但是由于不断地研究终于克服了困难。目前，日本厂商可以大量制造出高分辨率且高质量的CCD，CCD发展已有25个年头了，因此，CCD传感器是相当成熟的影像

25、输入组件，一般认为CCD影像传感器优点主要包括：高分辨率（High Resolution）：像点的大小为m级，可侦测及识别精细物体，提高影像质量。从早期1寸、1/2寸、2/3寸、到目前1/4寸，画素数目从原来25万增加到现在的300400万画素。低噪声（Low Noise）高敏感度：CCD具有很低的读出噪声和暗电流噪声，因此提高了信噪比（SNR），同时又具高敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使CCD的应用较不受天候拘束。动态范围广（High Dynamic Range）：同时侦测及分办强光和弱光，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。良好的线性特性曲线（

26、Linearity）：入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系，物体信息不致损失，降低信号补偿处理成本。高光子转换效率（High Quantum Efficiency ）：很微弱的入射光照射都能被记录下来 ，若配合影像增强管及投光器，即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到。大面积侦测（Large Field of View）：利用半导体技术可制造大面积的CCD芯片，取代传统底片作为数字相机之取像组件。光谱响应广（Broad Spectral Response） ：能侦测很宽波长范围的光，增加系统使用弹性，扩大系统应用领域。低影像失真（Low Image Distortion）：使用CCD传感

27、器，其影像处理不会有失真的情形，使原物体信息忠实地反应出来。体积小、重量轻：CCD具备体积小且重量轻的特性，因此，可容易地装置在人造卫星及各式导航系统上。低秏电力，不受强电磁场影响。电荷传输效率佳：该效率系数影响信噪比、解像率，若电荷传输效率不佳，影像将变较模糊。大量生产，质量稳定，坚固，不易老化，使用方便及保养容易。CCD与CMOS传感器的比较与CCD传感器相比，CMOS传感器增加了许多功能。CCD传感器运用高度专业化的工艺制造，并非一般的CMOS半导体标准制程，因此 ，要在芯片上增加图像处理电路就变得非常困难。相较之下，CMOS传感器利用大多数半导体芯片运用的CMOS制程，所以，厂商可以方

28、便地增加数字或模拟电路，增加传感器的功能 ，并朝单芯片（SOC）整合的趋势发展。一般而论，CCD传感器的画质优于CMOS传感器，但是，近来CMOS在低亮度的性能已经可以与CCD媲美，而在高亮度的应用方面，系统产品的设计人员仍是偏好使用CCD传感器。面对未来的主流应用而言，若要在低亮度的环境中捕捉高画质的影像，或是应用在轻薄短小的个人行动产品的影像输入需求，CMOS传感器的优势则是CCD传感器所无法比拟的。我们也整理出CCD与CMOS传感器在使用技术上的不同，帮助读者了解两种传感器的技术，如表1所示。动态范围窄，一直是CCD传感器的弱点，但由于FT方式CCD其每个感光组件的感光面积，是IT方式C

29、CD的2倍，相对提高FT方式CCD的动态范围，同时，FT方式CCD的构造比较简单，在景深表现方面也较IT方式为佳。CCD传感器的未来发展方向，不能单单只考虑小型化及高画素化，以FT方式达到与传统相机相匹敌的丰富表现能力，也是CCD真正需要达到的目标之一，四、 MTF1. MTF测试原理调制传递函数的英文缩写为MTF(Modulation Transfer Function)，也叫模量传递函数。 摄影镜头把自然界的光信息传递到胶片上(或磁带、磁盘上)。光波包括波光(光的颜色)、频率(光波振动的快慢)、位相 (光波的空间位置与时间的关系)和振幅(振动幅度的强弱)。所谓“模量”即光波振幅大小的量值。

30、模量传递函数描述的正是光信息在通过光学媒质(如空气)和光学器件(如镜头)的传递过程中，它的强弱随空间位置变化规律而改变。要弄清调制传递函数的确切物理意义，需弄明白一个非常重要的基本物理概念-“调制度”。a 调制度(Modulation)有些参考书上把它叫“对比度”、“反衬度”和“反差”。 但前者与后三者还是有区别的。对比度和反差是指景物或影像中的最大亮度和最小亮度的比值或差值。比如景物中的最大亮度为100，最小亮度为1，则可以说它的对比度为1：100。 而调制度有着更为严格的定义。调制度的定义为：最大亮度与最小亮度的差与它们的和的比值：     

31、0;  调制度=最大亮度-最小亮度/最大亮度+最小亮度       例如对比度为1：100，则调制度为：       M=(100-1)/(100+1)=99/101=0.98    景物有景物的调制度(M景)，影像有影像的调制度(M影)。无论是景物还是影像。它们的调制度最大为 1，而最小为0，即1M0。看几个实例： 一张白纸的调制度为0， 即=M景=(100-100)/(100+100)=0/200=0。一张白纸 上印有黑白线条，假如

32、对比度为1：100，则M景=0.98； 我们这本杂志的印刷对比度约为1：15至1：20( 最黑 的线条、文字的亮度为1，则白纸的亮度约为1520， 都是反光率的相对值)则调制度约为0.880.90(14/1619/21)。 再比如一个背对太阳的穿黑丝绒衣服的人，如果我们 逆光把他和太阳同时拍进画面，则景物的对比度最大可达到1：100,000以上，而其调制度约为1(99,999：100,001)。 在自然界中，阴天时景物对比度最大约为1：100左右， 调制度为0.98，而睛天时的景物对比度可达1：1,000 以上，调制度为0.998，它们的对比度相差很远(近10 倍)，而调制度却很接近，都接近于

33、1。只有当时比度约为1：3时，其调制度才接近0.5(3-1)/(3+1)=2/4=0.5。 正常人眼能够分辨的调制度最低值一般0.05，此时的对比度约为1：1.1左右。b 模量传递函数的物理意义摄影镜头的模量传递函数，或曰调制传递函数，就是镜头传递调制度的能力，或者说是镜头“记录，还原度的能力”。镜头传递、记录景物对比度，指的是镜头所成影像的调制度与原景物的调制度的比较。由于 光线在传播过程中的损失，影像中的强光部分的相对亮度值要比景物的强光部分亮度值有所降低；而由于杂光、散射和衍射，影像中的弱光部分的相对亮度值又比景物中的弱光部分的亮度值偏高。这就是使影像的对比度和调制度比景物的对比度和调制

34、度偏低。我们把影像的调制度与景物的调制度的比值称为模量传递函数值，即MTF值。显然：MTF 值 = M 影/M景 由于M影<M景，所以1>MTF值>0。 好的镜头的MTF值非常接近于1，即影像的调制度与景物的调制度非常接近。例如我们上面所举的例子：MTF 值=0.96/0.98=0.98，已非常接近于1，是一只很好的镜头。 一个理想的光学系统，是指既无任何像差，又没有杂 光、散射、反射、吸引和衍射的光学系统， 它的MTF 值等于1，即它所成影像调制度等于景物的调制度。这种影像被称为“理想像”。镜头的MTF值，可以反映镜头除了畸变以外的所有像差，而且与实际成像结果非常吻合。 一

35、般来说明锐度高的镜头，其对同一景物所成影像的对比度也高。因而影像的调制度也高，即镜头的MTF值高。怎样看MTF曲线光学模量传递函数所表示的就是模量传递函数值随空间频率和像场位置变化的函数关系。它有很多种类型， 但最主要的两种类型就是MTF值与空间频率的关系和与像场半径(或像场角)之间的关系。 c 什么是空间频率空间频率(Spatial Frequency)的概念与分辨率的概念非常相似，单位都是“线对/毫米”(lp/mm)。但测试分辨率的标板是一组一组轮廓鲜明的黑白线条，每两条线条之间的距离，以及线条本身的宽度之比是个定值，目前我国分辨率的标板规定，这个定企为公因子 是20101.122等比级数

36、；而空间频率用一种叫“光栅” 的标板测试，它的线条是从黑到白逐渐过渡的，而且 线条的间距和宽度也是由稀至密，从宽到窄逐渐过渡 的，见图1。d 反差鲜锐度，亦即明暗对比的程度。例如，黑与白的再现比很清晰，反差就大，不清晰时反差就小。见下图2. MTF数据分析从以上介绍可得知，MTF值为一比值且越接近1越好。但MTF值不可能达到1。MTF与不同的空间频率及视场有关系a MTF值与空间频率的关系曲线最典型的MTF曲线一只摄影镜头的空间频率表现，最由它的分辨率决定的；而它的调制传递函数值(即MTF值)高低，则是由 它的明锐度决定的。所以这种MTF曲线，非常集中地反映了摄影镜头最重要的两在基本参数。如果

37、有的读者 到目前为止仍对“空间频率”、“调制度”和“MTF值” 概念不清楚的话，不妨就把这三个概念等效地理解为 “分辨率”、“对比度”和“明锐度”，丝毫不影响对MTF曲线意义的理解。 我们暂且把横轴理解为分辨率，而纵轴理解为对比度， 当景物对比度恒定时，明锐度高的镜头，所成影像的对比度就高。于是MTF曲线即描述了影像对比度与分辨率的关系。只不过我们现在再谈到分辨率时，要说明是对比度为多少的分辨率值。 现在我们一起来看图4的曲线。图中纵坐标为1的一条水平虚线，代表既无像差又无衍射的理想镜头的MTF曲线。黑实线即为一只实际镜头的MTF曲线。曲线与横坐的交点为53，说明这只镜的理论分辨率最高值为53

38、lp/mm， 然后此时调制度已为零，所以53lp/mm并无实际意义。 由于人眼能够分辨的最低调制度为0.05，所以这只镜 头的实际分辨率为MTF值等于0.05时所对应的空间频率值，从图中可能看出，此镜头的最高分辨率为46lp/mm。 由于MTF曲线是多元函数，所以我们所提供的曲线是这只镜头在最大光圈处，对像场中心的MTF曲线。不同光圈、不同像场的曲线，可以由多条曲线来表示。 图中的另外几个空间频率值为MTF值分别为0.06、0.15 和0.5时所对应的空间频率值，分别为44.4lp/mm，36lp/mm 和16lp/mm(分辨率数值由于标板轮廓鲜明，比空间频率值稍高)b不同像场的MTF与空间频

39、率的关系曲线五、 Scanner 影像品质测试1. ScanheadScanhead测试一般分为OMA（Optic mechanism Adjuestment）调整合DECK功能测试两部分。OMA主要调整lens与CCD sensor之间的距离使MTF达到一定的高度、调整CCD/B于lens中心的相对位置，由X、Y方向和skew组成。HP的产品会加上一个LMW值用于监控lamp的亮度。一般其可调整地余地不大。DECK测试可分三部分A lamp相关（lamp warm up、lamp gains、LMW）B 功能类（reference 、MAG、skew、MTF、x/y color、graysc

40、al、PRNU）C 光路洁净度测试（BPR、BPR DUST、WPR、WPR WK）FMEAOma1. I value NGlens NGChassis TT之差异2. Lamp didn't turn onLamp NGInverter NGCCD/B NG3. Wave NGCCD/B NGCCD/B 位置偏离lens中心太多4. SkewCCD/B 螺丝孔偏Insert nut 孔偏Mirror 扭曲治具偏差5. MTFLens NGChassis lens 孔与CCD plan垂直度不佳Chassis CCD 承靠面平面度不佳CCD焊接不平两端之TT差异6. LMWLMW NG

41、Lamp过亮或过暗Ser过偏7. SERCCD/B 螺丝孔偏Insert nut 孔偏治具偏差DECK1. Lamp Warm upLamp NGSkew跑掉治具chart位置偏移2. Lamp GainsLamp NG3. REF&skewOMA调测值跑掉治具chart位置偏移4. PRNU光路不洁，尤其为大片雾状物Lens NG IR （镀膜NG）5. MTFOMA调测值跑掉测试chart上不洁Y-MTF则有可能为马达传动问题6. GRAYLens NG？不洁Chart NG7. Color RegistrationLens NGY-Color Registration则有可能为马达传动问题8. BPR、BPR DUST、WPR、WPR WK光路不洁，灰尘、毛屑等测试项目明细表STATION