光学传递函数与像质评价

本科毕业论文（设计）题目（中文）：光学传递函数与像质评价（英文）：OpticalTransferFunctionandEvaluationofImageQuality学院数理学院年级专业2010级物理学（师范）学生姓名卫贤学号100113214指导教师朱瑞兴完成日期2014年4月I上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《光学传递函数与像质评价》是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的法律责任。作者签名：日期：年月日II上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表学生姓名卫贤学号100113214专业物理学（师范）学院数理指导教师姓名/职称朱瑞兴题目光学传递函数测量和像质评价本选题的意义及国内外发展简况：1948年美国人谢德第一次用光学传递函数的方法以全新的观点来评价电视摄像系统的成像质量，并获得巨大成功。在此后的五十年代和六十年代，许多光学专家又做了大量的理论研究和实践工作，使光学传递函数的理论更加完善。现在光学传递函数的方法已被全世界普遍用于光学自动控制的设计过程、光学设计结果的评价个光学镜头质量的检测等方面。从照相机、望远镜、显微镜等经典光学仪器到激光的出现和光电子成像技术的发展，系统成像质量评价是始终贯穿其中的重要内容。我国光学传递函数方面的工作起步较晚，在测量仪器和推广研究个应用方面跟不上国际科学技术发展水平。尽管如此，不少光学工作者也做了大量的研究分析工作。例如1984年字形研制成功了检验望眼镜产品XCH-2型光学传递函数测量仪，在1992年又研制了红外内焦面光学传递函数测量仪。1982年起我国开始起草制订光学传递函数的国家行业标准，目前已同相应的国家标准一一匹配。国外已经从上世纪70年代开始把光学传递函数广泛应用到工业生产的测量中，如英国国防部、军用装甲车研究院和联邦德国等都采用光学传递函数测量望眼镜。国际化标准组织光学和光学仪器标准化技术委员会从1977年开始起草制订光学传递函数的国际标准。目前已完成了光学传递函数的定义与关系、测量原理与程序、系列应用及测量精度等四大部分国际标准。随着光学器件和光电测量技术的不断发展，光学系统成像质量的评价越来越成为应用光学领域中一个众所瞩目的问题。人们设计、生产光学仪器总希望能正确的反映物面上的光强分布。光学传递函数的计算和测量方法日趋完善。它在像质评价领域内日益广泛的应用起着极其重要的作用。在评价摄影镜头等光学系统的成像质量的优劣方面，在比较和分析了多种评价方法的优缺点后，人们最终得到光学传递函数法是一种评价光学系统成像质量比较客观、有效的方法。因而测量光学传递函数就有了比较实际的意义。III研究内容：光学系统的特性表现为它对各种频率的正弦光栅的传递和反应能力，由此建立了另一种像质评价标准即光学传递函数。光学系统可以看成一个低通空间滤波器，基于把物体看做是各种频率谱的组成，也就是把物体的光场分布函数展开成傅里叶积分的形式，反映其成像的空间频谱特性。光学系统像质评价的方法有很多，经过分析比较这些方法，我们得到最适合的方法是光学传递函数。但是测量光学传递函数的方法也有很多，比较他们的优缺点后，选择最优的方法进行实验。实验时要了解衍射受限的基本概念，了解线扩散函数在光学传递函数中的基本原理和应用，了解快速傅里叶变换在计算测量时的应用。对光学镜头及其参数对传递函数的影响，了解传递函数评估的基本原理。最后就实验结果对选择的实验方法以及对实验结果主要误差作出分析。研究方法、手段及步骤：方法：文献研究法、实验法手段：GCS-CH数字式光学传递函数测量和像质评价实验步骤：1.搜集阅读文献，了解和光学传递函数测量和像质评价有关的原理；2.比较传统实验方案，分析得出最优实验方法，制定计划与设计实验；3.进行实验收集证据；4.分析结果与反思实验过程、总结。主要参考文献：1.谢敬辉等.物理光学教程.北京:北京理工大学出版社,20052.庄松林,钱振邦.光学传递函数.北京:机械工业出版社,19813.J.W.Goodman著.傅里叶光学导论.秦克诚等译.北京:电子工业出版社，20064.刘培森.应用傅里叶变换.北京:北京理工大学出版社，19895.久保田广著.波动光学.刘瑞祥译.北京:科学出版社，19836.邹凯,许标.光学传递函数的研究.长春师范学院学报，2008，27（2）7.马卫红.基于图像分析的光学传递函数测试技术研究,2005.5IV8.郝群,沙定国,郑乃梅.光学传递函数测量仪刀口和狭缝两种扫描方法比较分析,2001.1时间进度：2013.12.15-2014.1.17确定选题，论文前期准备工2014.2.16-2014.2.23确定选题，填写选题表2014.2.24-2014.3.2收集资料、文献阅读2014.3.3-2014.3.9文献综述、论文结构提纲2014.3.10-2014.3.16文献研习、论文初稿2014.3.17-2014.3.23论文二稿（修改一）2014.3.24-2014.3.30论文修改，中期检查2014.3.31-2014.4.6论文三稿（修改二）2014.4.7-2014.4.13论文定稿2014.4.14-2014.4.21答辩准备2014.4.23答辩学生（签名）年月日指导教师意见：指导教师（签名）年月日专业负责人意见：专业负责人（签名）年月日注：本表与毕业论文（设计）一起存档，保存期为四年。V上海师范大学毕业论文（设计）指导记录表学院：数理学院专业物理学（师范）指导教师朱瑞兴学生姓名卫贤学号100113214毕业论文（设计）题目光学传递函数与像质评价日期指导内容存在问题与进一步改进意见教师签名学生签名2013.12.15-2014.1.17师生双向选题；确定选题和导师；安排论文前期准备工作（主题、方法、相关背景知识学习）查找与实验内容有关的资料、文献，并学习第一周（2014.2.16-2.23）确定选题，填写选题表（开题）文献查找工作不充分，再做补充第二周（2.24-3.2）收集资料、文献阅读调整光路，实验室亮度太高第三周（3.3-3.9）文献综述、论文结构提纲多做几次实验，尽可能找到最清晰的像VI第四周（3.10-3.16）文献研习、论文初稿与传统实验作比较第五周（3.17-3.23）论文二稿（修改一）在实验步骤中增加光路图，图片编号有问题第六周（3.24-3.30）论文修改，中期检查缺少有关光学传递函数的应用的内容第七周（3.31-4.6）论文三稿（修改二）深入分析实验误差的有关原因第八周（4.7-4.13）论文定稿核对论文内容第九周（4.14-4.21）答辩准备制作答辩PPT，再次梳理论文内容第十周（4.23）答辩准备答辩注：本表由指导教师根据毕业论文（设计）指导工作方案和实际指导情况填写，在指导工作完成后交学院存档，保存期四年。VII摘要光学传递函数具有反应物体不同频率成分的传递能力。随着光学器件和光电测量技术的不断发展，人们发现光学传递函数是目前一个比较客观、有效、定量的像质评价指标。因而测量光学系统的光学传递函数在像质评价领域内具有越来越重要的意义。然而随着科技的发展，光学传递函数的测试方法也在不断进步。本实验选择的是扫描法中的数字傅里叶分析法，因为实验仪器结构较为简单，利用计算机分析处理数据，处理的速度也较快，无原理性误差，消除了人为判断的一些影响因素。实验利用测试软件对已标定的透镜以及待测透镜的传函值进行测量，并作出对比。关键词：像质评价；光学传递函数；调制传递函数；快速傅里叶变换；线扩散函数；衍射受限VIIIAbstractOpticaltransferfunctionhasthetransmissioncapacitytoreactthedifferentfrequenciesoftheobject.Withthedevelopmentofopticaldevicesandopticalmeasurementtechniques,ItwasfoundthatOpticaltransferfunctionisamoreobjective,effective,quantitativeimagequalityevaluationatpresent.Thereforemeasuringtheopticaltransferfunctionoftheopticalsystemhasmoreandmoreimportantsignificanceinthefieldofimagequalityevaluation.Howeverwiththedevelopmentofscienceandtechnology,thetestmethodofOpticaltransferfunctionalsoisinprogress.TheexperimentchoosesdigitalFourieranalysismethodinscanningmethod,becausetheexperimentalinstrument’sstructureisrelativelysimple.Itusescomputertoanalyzeandprocessexperimentaldata,andtheprocessingspeedisalsofast.Itcanremovesomefactorscausedbyhumanjudgment.Theexperimentusesthetestsoftwaretomeasuretransferfunctionvaluesofthecalibratedlensandthenotcalibratedlens,thenmakeacontrast.Keyword：imagequalityevaluation;OpticalTransferFunction;ModulationTransferFunction;thefastFouriertransform;LineSpreadingFunction;diffractionlimited目录上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明…………………………………Ⅰ上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表…………………………………Ⅱ上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表…………………………………Ⅴ中文摘要及关键词………………………………………………………………Ⅶ英文摘要及关键词………………………………………………………………Ⅷ1绪论…………………………………………………………………………………11.1光学传递函数测量的目的和意义……………………………………………11.2光学传递函数国内外发展概况………………………………………………21.3光学传递函数的广泛应用……………………………………………………21.4光学传递函数的重要性和优越性……………………………………………31.5光学传递函数测试方法的选择………………………………………………42光学传递函数的实验原理…………………………………………………………42.1光学传递函数的基本理论……………………………………………………42.2传递函数测量的基本理论……………………………………………………52.2.1衍射受限的含义…………………………………………………………52.2.2传递函数连续测量的原理………………………………………………63光学传递函数实验仪器介绍………………………………………………………74光学传递函数实验内容及步骤……………………………………………………85实验结果处理与分析……………………………………………………………105.1第一次实验结果处理…………………………………………………………105.2第二次实验结果处理…………………………………………………………125.3实验误差分析…………………