红外热成像系统调制传递函数（MTF）测试研究

为了能对红外热成像系统的性能进行准确的评价，必须对其MTF进行准确测试。利用高精度双黑体反射靶标评估系统，并依据刀口靶测试原理，首先在计算机中进行微分运算，获得线扩展函数，然后再进行傅里叶变换，最终获得MTF。通过对CEDIT ⅡA型热像仪MTF的测试和分析，发现MTF的测试主要受输入差分信号强度，脉冲电平的去除与否，以及采集到的信号是否滤波等因素的影响。该测试评估系统能保证背景辐射的均匀性和稳定性，且受环境温度变化的影响极小，因此可大大提高测量的准确性和可靠性。     

视觉极限对比测试的研制

叙述视觉极限对比测试仪的原理，介绍该仪器系统的设计过程，给出仪器性能参数的实际测试结果。     

色散型成像光谱仪整机成像质量研究

根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性,提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function,MTF),通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案,并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF;狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF,两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。     

一种基于针孔像分析的光学系统调制传递函数测量的自适应背景校正方法

提出了一种基于针孔像分析的光学系统调制传递函数(MTF)测量自适应背景校正的方法。由CCD显微系统采集针孔目标经被测光学系统成像后的针孔像,计算线扩展函数,并对其进行自适应背景校正,获取MTF。该方法与传统方法相比,消除了周围环境光照变化的影响,提高了测量精度。为验证所提方法的有效性,对标准镜头进行MTF测试,将测试结果与理论设计值比对,测试结果差异极大值为0.01;与美国Optikos公司的测试结果比对,测试结果差异极大值为0.015;对大像差光学系统的轴上和轴外进行MTF测试,并将测试结果与美国Optikos公司测试结果比对,测试结果差异极大值为0.013。实验表明,该方法可满足对不同像差光学系统轴上和轴外MTF的测量。     

红外光电成像系统MTF测试技术分析

调制传递函数是评价红外光电成像系统整机成像质量的重要指标之一。通常MTF的测试方法有狭缝法和刀口法等。详述了倾斜目标靶（斜狭缝和斜刀口）测试MTF的测试原理,并且对该两种方法进行了比对实验。提出一种改进刀口法,将多行数据刃边对齐并排列成一行数据作为刀口扩散函数,能增加采样点数和采样率并提高测试分辨率,进而得到刀口图像,对每行数据先微分得到各行LSF(线扩散函数),再对LSF多行数据构成的新图像按照斜缝法处理过程计算MTF。实验验证表明,该方法数据能够有效地降低在MTF测试过程中的噪声影响,与斜缝法MTF测试结果差值最大不超过7.5%。     

CCD自扫描测量光电摄像系统MTF的方法

调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是评价成像系统成像质量的重要指标。介绍了用MTF评价光电摄像系统成像质量的方法。采用电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)自扫描接收通过MSFC_IV中焦和短焦平行光管后的被测试样的星点图样,经数据采集、转换及处理,定量地给出了被测试样的MTF值。结果表明,该方法能够快速、准确地定量评价光电摄像系统的成像质量。     

近红外线列探测器传递函数测试系统

器件的调制传递函数(MTF)表征了光电成像器件对空间频率的对比度传递特性,可以全面地评价其成像性能。随着器件的发展,用MTF来评价器件越来越受到重视。针对近红外InGaAs焦平面器件MTF的测试需求,搭建了一套用狭缝法测试该波段线列器件MTF的系统。系统采用全反射式Offner光学结构将狭缝高质量地成像在待测器件上。成像光学结构由两块共轴的球面反射镜构成,11成像,F数为4;在芯片工作波长为1.7 μm时,在高达8 mm×30 mm的宽视场内,20 lp/mm（对应尺寸25 μm×25 μm的芯片特征频率）处的实测MTF高于0.8,接近衍射极限。利用该系统对8元InGaAs线列探测器进行MTF测试（标称光敏元尺寸为100 μm×100 μm）,6次重复测试得到的MTF数据的标准偏差与均值之比,在截止频率10 lp/mm内小于2%,测量的相对不确定度小于4.7%。     

采样窗口对光学系统MTF测量影响的研究

对光学系统MTF测试中采样窗口对其测量影响进行了研究。在对标准镜头MTF测试时,采用离散傅里叶变换计算,线扩散函数扫描方向长度为所选针孔像线扩散函数半高宽的5倍左右时,MTF测试结果与设计值差异极值为0．011;采用快速傅里叶变换计算,线扩散函数扫描方向长度为所选针孔像线扩散函数半高宽的5倍左右时,同时采样点数要满足2^N,测试结果与设计值差异极值为0．010。为了证明此结论的普适性,按所提的采样窗口选取原则,对大像差镜头轴上和轴外的MTF进行了试验,并将测试结果与OPTIKOS的测试结果进行对比,最大极差为0．013。试验结果表明,此结论能够为光学系统MTF测试时采样窗口选择提供依据。     

图像分析法测试光学传递函数中的噪声抑制

采用数字傅里叶分析方法进行MTF测试,图像传感器引入的噪声会改变图像的频谱信息,造成LSF及MTF的测试误差。研究了噪声均值和方差对标准透镜频谱曲线的影响,提出了基于高斯拟合的LSF曲线噪声抑制方法,根据引入噪声标准透镜频谱曲线修正其对测试精度的影响。数学仿真结果表明,采用噪声抑制方法,MTF的计算误差小于3%。     

光锥的光学传递函数测试方法研究

从传像方式上给出了光锥的理论传递函数,并提出了利用星点像分析测试其MTF的方法,通过具体实验给出了MTF的测试结果.测试结果表明,合理的选取测试组件参数,可以得到光锥在较大频率范围内的光学传递函数(>100 lp/mm) .从MTF趋势上看,测试结果与理论推导呈一致性.     

可变焦距机器视觉镜头光学系统设计

在机器视觉系统中,镜头的主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。针对生产过程中机器视觉系统在保持工作距离不变的情况下需获得不同的放大倍数,采用机械补偿形式,利用Zemax软件设计了一款可用于机器视觉的可见光多焦点变焦物镜系统。该系统工作距离可以在290 mm～340 mm范围内变化,实现了焦距从10 mm～100 mm的10倍多焦点变焦。设计结果表明:该变焦物镜最大畸变小于1%,最大兼容0.84 cm(1/3英寸)CCD图像传感器。用调制传递函数对系统的成像性能进行评估,该系统在空间频率100 lp/mm处调制传递函数大于0.3,满足成像要求。     

闪光X射线照相系统调制传递函数测量

本文叙述调制传递函数(MTF)的基本概念.介绍了闪光X射线辐射照相屏-片记录系统的调制传递函数的常用测量方法.我们分别用矩形波光栅、台阶楔、针孔作输入激励,测出了高能闪光X射线照相系统的调制传递函数,并对测量结果进行分析对比.这些实测的MTF对成象系统成象性能的定量认识、照相条件的最佳选择、照相图象的事前预估、模糊图象的事后处理都有很重要的实用价值.     

低畸变宽工作距机器视觉镜头光学设计

机器视觉镜头参数要求有别于其他镜头,为了保证测量精度,要求镜头的光学畸变很小甚至接近零,有的工作场合还要求有很宽的工作距等。设计一种机器视觉镜头,使用8枚球面镜片,采用固定后组,移动前组的调焦结构,实现了在空间频率120 lp/mm处,工作距从无穷远到超近摄0.1 m时,镜头畸变小于0.1%,MTF全视场大于0.4的性能要求。光学系统后组使用了两枚镜片,与后组只有一枚镜片的架构不同,不仅提升了光学性能,还有利于系统的平衡及稳定。整个光学系统没有非球面,也没有高折射率或高阿贝数的特殊玻璃,均为常见的冕牌玻璃和火石玻璃,降低了镜头成本,镜片加工及组装公差范围内量产优良率达90%以上。该镜头光学系统可广泛应用于机器视觉尤其是智能机器视觉行业。     

基于个性化模型的人眼色差对视功能影响的研究

利用光学设计软件Zemax,对人眼色差对视功能的影响进行了研究.对构建的个性化人眼模型进行离焦、像散和高阶像差矫正的模拟.视觉效果的提高受到了色差的很大限制.在中、高空间频率处,自然光下的调制传递函数约为单色光下的50%.在自然光下,传统视觉矫正能够获得1.2的视力,个性化视觉矫正能够获得1.5的视力,还远远达不到人们所期望的超视觉.     

一种光电系统动态调制传递函数测量方法的研究

运动条件下,光电系统在一定积分时间内的成像过程是一个动态过程。因此需要引用动态调制传递函数概念来评价运动对成像质量的影响。通过设计一套动态调制传递函数测试系统,对运动条件下动态调制传递函数的变化规律进行数据处理和理论分析。结果发现高频振动时,随着振幅的增大,对调制传递函数的影响越大,与静态条件相比MTF值下降0.01～0.1;低频振动时,随着振动频率的加强、振幅的增大或积分时间的增长,调制传递函数下降明显,与静态条件相比较MTF值相差0.01～0.5。     

Geometrical MTF computation method based on the irradiance model

The Modulation Transfer Function (MTF) is a measure of an optical system’s ability to transfer contrast from the specimen to the image plane at a specific resolution. It can be computed either numerically by geometrical optics or measured experimentally by imaging a knife edge or a bar-target pattern of varying spatial frequency. Previously, MTF accuracy was generally affected by the size of the mesh on the image plane. This paper presents a new MTF computation method based on the irradiance model, without counting the number of rays hitting each grid. To verify the method, the MTF in the sagittal and meridional directions of an axis-symmetrical optical system is computed by both the ray-counting and the proposed methods. It is found that the grid size meshed on the image plane significantly affects the MTF of the ray-counting method, sometimes with significantly negative results. The proposed irradiance method is immune to issues of grid size. The CPU computation time for the two methods is approximately the same.     

折轴望远系统光学传递函数测试中像分析器的扫描方向

在测量具有潜望高和俯仰观察功能的折轴望远系统的光学传递函数时，往往要求获得任一视场处的子午和弧矢两个方向的ＭＴＦ，那么由正交刀口构成的扫描器必须沿着恰当的方向扫描。本文提出了用旋转像分析器的方法来解决这种复杂系统的ＭＴＦ测试，同时给出了扫描器的转角与望远系统折轴角和视场角的大小关系，以供实际工程设计及测试时参考。     

静态应力作用下预测光学系统性能的计算方法

本文通过计算预测光学性能的方法表征在光学系统组装和外界环境因素影响下的光学系统灵敏度。该方法即通过调制传递函数来表征静态机械应力对光学物镜性能的影响。采用光学干涉仪对经过加工、组装且存在机械应力的光学物镜进行测试,并比较实验调制传递函数与计算模拟分析的调制传递函数。结果表明,计算结果与实验结果相符,证实了本文方法的有效性。     

微小球面显微光学系统设计与照明分析

机器视觉检测技术具有非接触、高精度的优点,正在逐渐取代人工检测,成为工业生产检测的重要一环,作为前端的光学系统是机器视觉检测技术的核心部分。文中针对半径10 mm以内的光滑球体表面检测设计了一款双远心光学成像系统。系统由7片镜片和1片滤光片组成,采用了2个非球面校正像差,调制传递函数曲线在40 lp·mm^-1处大于0.3,具有良好的成像性能。由于该系统光圈较小且待测物为类镜面反射材料,设计完成后进行了照明模拟,选择采用多个面光源对待测物进行照明。模拟结果表明,文中设计的双远心光学系统实现了对较大曲率表面成像,并给出了一种配套的照明方式。