基于图像处理的调制传递函数测试方法研究

摘要............................................................................................................. I I ABSTRACT .......................................................................................................III 目录........................................................................................................... IV 第1章绪论. (1)

1.1研究的目的和意义 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.3本文的研究内容 (4)

1.3.1 总体设计思路 (4)

1.3.2 论文内容安排 (5)

第2章MTF测试技术的理论基础 (6)

2.1光学系统调制传递函数 (6)

2.1.1 光学传递函数的定义 (6)

2.1.2 串联系统的传递函数 (8)

2.2MTF测试原理 (9)

2.3MTF测试方法 (10)

2.3.1 狭缝法 (11)

2.3.2 刃边法 (13)

2.3.3 对比度法 (15)

2.4本文对比度测试方法 (17)

第3章MTF测试实验平台建立 (21)

3.1测试系统功能图 (21)

3.3实验装置的组成 (22)

3.4实验器材选取 (23)

3.4.1 CCD成像器件 (23)

3.4.2 LCD显示屏 (25)

3.4.3 微调云台 (26)

3.5本章小结 (26)

第4章MTF测试软件设计 (27)

4.1测试系统总体框架 (27)

4.2图像的采集 (28)

4.3图像处理 (29)

4.3.1 背景降噪处理 (29)

4.3.2 中值滤波降噪处理 (30)

4.4MTF值的计算 (30)

4.4.1 频率的计算 (31)

4.4.2 对比度的计算 (32)

4.4.3 MTF值的标定 (34)

4.4.4 曲线拟合 (34)

4.5调焦模块 (35)

4.6本章小结 (37)

第5章实验测试结果及误差分析 (38)

5.1测试结果 (38)

5.2.1 不同对比度计算方法对比分析 (41)

5.2.2 单色光栅测试对比分析 (41)

5.2.3 与Quick MTF软件的对比分析 (43)

5.3 误差分析 (44)

5.4本章小结 (45)

第6章总结与展望 (47)

6.1总结 (47)

6.2展望 (47)

参考文献 (48)

攻读硕士学位期间发表学术论文情况 (50)

致谢 (51)

第1章绪论

1.1研究的目的和意义

近些年，人们对光学系统成像质量精度的要求越来越高，光学系统成像质量的评价技术也受到越来越多的关注。其中，光学传递函数测试技术在图像质量评价领域占有非常重要的地位，且已经取得了相当丰硕的成果。

在光学系统中，调制传递函数(MTF)被公认为评价成像质量最为精确和最为有效的方法之一[1]，调制传递函数的测试技术也被广泛应用在镜头检测、图像处理和光学系统性能评价等学术及工程领域[2-4]。相对于人们之前发现的鉴别率和星点等检测方法[5]，MTF采用数据分析方法很好的克服了其他方法在主观上评价像质的问题，对以前的各种检测方法进行了相应的补充和完善。但是一般测试MTF的方法基本上都是用光学的测量仪器来分析和计算的，这样在测试时就会引入很多误差使测试精度降低。

要想真实、客观地获得被测系统的成像质量，并且把这一质量用数值具体地表现出来，这就需要寻找一种合适的计算MTF的方法。在这样的形势下，本文在深入探究和分析了光学传递函数的测试原理和数字图像处理技术后，提出了一种基于图像处理的MTF测试方法，该方法通过处理在LCD屏上输出的频率可变光栅图像获得MTF曲线，并且把调制传递函数曲线绘制于程序界面上，这样可以更加清楚和直观地分析和评价被测系统的MTF。该方法能减少系统测量误差，能够很快速的测量出MTF值，并且测量前以及测量过程中操作简单，避免了用仪器测试时的复杂操作，并且能有效地降低测试误差。同时利用该方法计算出的MTF值性价比高，获得的MTF曲线对像质的评价具有一定的指导意义。

1.2 国内外研究现状

目前世界上很多国家都在积极研究调制传递函数技术，它可以更加直观地反应光学系统的像质和镜头的好坏。到目前为止，很多学者已经深入探究了OTF的测试方法，同时还设计一系列的MTF测试方法。后来人们还研制了不同特点的调制传递函数测试仪，这些测试仪大部分都是一些研究院和军用部门，并没有得到大范围的的推广应用，而且这些测试仪在实际操作时的要求很高，使用过程还很复杂。随着现代科技水平的不断提高，很多的科研者自己研制出来一套测试MTF的简单实验装置。

（1）国外研究现状

调制传递函数的发展经历了一个漫长的过程，它首先被人们所了解是在1938年，德国人弗里塞（Frieser）在做处理照片底版的分辨率实验时发现了可以采用鉴别率板来检测光学系统，他当时在做实验时是用傅里叶变化的方法来处理底片。当时发现如果采