光学传递函数OTF
光学传递函数的测量和评价
光学传递函数的测量和评价光学传递函数（Optical Transfer Function，OTF）是光学系统的重要性能参数之一，用于描述系统对特定频率和振幅的光信号的传递特性。
在光学系统中，由于各种因素的影响，例如像差、散射、衍射等，导致成像质量的下降。
通过测量和评价光学传递函数，可以定量地衡量光学系统的成像能力，并用于优化系统设计以及改进图像质量。
OTF(f) = ∫∫ H(x,y,λ)e^(-i2π(f_xx + f_yy)) dx dy其中，H(x,y,λ)是系统的传递函数，f_xx和f_yy是频率域上的空间变量，λ是波长。
测量光学传递函数需要使用相应的设备和方法。
其中最常见的方法是利用干涉仪和特定的测试物体来进行。
干涉仪可以提供高精度的相位测量，并通过引入加权函数来计算光学传递函数。
测试物体可以是周期性或随机的，用于激发系统的不同频率响应。
通过改变空间频率和振幅，可以获得系统在不同条件下的传递函数。
评价光学传递函数的常见方法包括一下几种：1. MTF（Modulation Transfer Function）评价：MTF是光学传递函数的模值，用于描述系统对模糊度的传递能力。
MTF以频率为横轴，传递函数的大小为纵轴，可以绘制成曲线，从而直观地表示系统对不同频率的描述能力。
一个好的系统应该在低频段具有高的传递能力，从而保证清晰度。
2. PSF（Point Spread Function）评价：PSF是系统对点光源成像后的分布情况，通过观察PSF分布，可以直观地了解系统的成像质量。
PSF的形状和大小与系统的光学传递函数密切相关。
理想情况下，PSF应该是一个尖峰，表示系统对目标的清晰成像。
3. RES（Resolution）评价：分辨率是评价系统成像能力的重要参数之一，描述了系统在成像过程中能够分辨的最小细节大小。
通过评估系统对不同空间频率的响应能力，可以获得系统的分辨率。
对于不同的应用，分辨率的要求也不同，例如在医学影像中，高分辨率是非常重要的。
光学系统的光学传递函数OTF测定方法理论(实验)研究---终稿
本科毕业设计(论文)光学系统的光学传递函数OT Ｆ测定方法理论（实验)研究学 院_ 物理与光电工程学院__专 业_____ 光信息科学与技术_(光电显示与识别技术方向）年级班别_＿__＿_＿_2010级(２)班__学 号__＿＿＿____３１1００0894５＿__＿__学生姓名＿__＿_______林清贤__＿指导教师＿________＿_雷 亮＿___2014 年 4 月 28 日摘要光学传递函数是定量描述成像性能的完备函数。
但是对于实际的光电成像器件(如CCD器件)，通过解析法建立这一函数的表达式又是非常困难的,因此光学传递函数的实测技术就显得尤为重要。
光学传递函数是一个客观的、准确的、定量的像质评价指标,并且其能够直接方便的测量，因此已经广泛应用于光学设计、加工、检测和信息处理中。
本文主要介绍了光学传递函数的性质及其测量原理分析，并对固有频率目标法和狭缝扫描法进行了实验研究。
我们采用光学显微镜作为待测量光学传递函数的光学系统,通过改变显微镜的放大倍数,比较分析放大倍数对调制传递函数(MTF)测量的影响,并比较两种测量方法的优劣。
实数傅立叶变换是整个实验中需要透彻理解和运用的数学概念,在此基础上理解离散傅立叶级数与MTF定义的理论依据，并由此建立数学模型。
由本文建立的理论模型出发,结合实验所测得的数据，最后得到了基本可靠的实验结果。
本文最终给出两种测量法对应的ｍaｔlaｂ程序、数值测量结果、实验测得的可靠的MTF实验结果撰写毕业论文主要内容。
关键字: 光学传递函数，傅立叶变换，固有频率目标法，狭缝扫描法ＡbstrａctＴｈe oｐtｉcal transfeｒｆｕncｔion is quaｎｔitativｅｌy describe thｅｉmａg ｉng ｐeｒfoｒmance of ｔhe cｏmｐleｔe funcｔiｏn.But for thｅactuａl ｐhｏtoｅl ｅctric ｉmagingｄeviceｓ（such asＣＣD ｄｅvｉce）, ｔｈrough tｈe anａlytic ｍethodｔo ｅstablisｈthe fuｎction oｆeｘprｅssion is ｖery difficult.Thｅｒefore the measｕｒement technique of opticａｌtransferｆunｃtion is paｒｔｉｃularl ｙｉmｐｏrtant.Opticaｌtrａｎsfer ｆuncｔion is ａn obｊｅｃｔｉve, acｃuｒate aｎd ｑuanｔｉｔatｉvｅimａge quality evalｕａtｉoｎiｎdex，aｎｄｉｔcａn dｉrｅctly ａndｃonvenｉenｔmeａsuｒemｅnt，therｅfｏｒｅｈaｓbｅen widelｙapplied oｐtｉcs desｉgn, ｐrｏceｓsiｎg, ｔesting and ｉnformａtｉon pｒoｃｅssing.This ｐａpeｒmａｉｎly inｔｒodｕcｅｓtｈe propertieｓof thｅoｐticａlｔranｓfer funcｔioｎand ｉｔs meａsｕrinｇprinciplｅ, andｔhe iｎhｅreｎt fｒequeｎcｙtarget anｄslｉt ｓcaｎmethod has ｃarｒied on the ｅxperｉmentaｌstudy.We us ｅoptical micrｏscope asｆｏr measｕrｉng optｉcaｌtranｓｆer fｕnctiｏn ｏf opti ｃaｌｓystem，ｔhrouｇh ｃhaｎging the magｎifiｃatioｎoｆthe micｒoscopｅ, coｍｐａrative aｎalyｓｉｓof magｎifiｃaｔion ｏｆmｏdｕlａtｉon transfeｒfunction (ＭTF）meaｓurｅment, thｅｉnflｕｅnce of thｅmｅｒｉts oｆtｈe two ｍｅasuringｍethｏds aｒe cｏmpared.Reａl Fouｒiｅr tranｓform is the need to thｏrｏughly unｄerstand and appｌy iｎthe expeｒimeｎt of ｍatheｍatical coｎcepts, oｎthｅbasｉs of the understａnding ｏｆdiscretｅＦoｕｒieｒsｅrｉes anｄth ｅtheorｅｔical basiｓof tｈe defｉnitｉon of MTＦ,ａｎd thus to ｅsｔaｂｌｉsh mathematiｃal modｅl.Ｓｅt up byｔhis ａrｔicle oｎthｅtheorｙｍodel, cｏmbｉneｄwｉｔh the ｄａｔa measｕｒｅd iｎlaboratｏｒy, ｔhe fundａmental and ｒeｌiａｂlｅexpｅriｍent reｓultｓａre obtaiｎed.Ｆinally，thｅpａｐｅｒpropｏses two ｋiｎds of measurement meｔhod of the corresｐonding ｍatlab proｇram,ｔhｅｒeｓults of nｕmerｉcａl mｅaｓuremｅnt anｄrｅｌiaｂlｅexperimeｎｔal mｅasurｅd MTＦexｐerimｅntal ｒesｕｌts ｏf writiｎｇgraduatｉon thesｉs ｍａin cｏｎteｎt．Keywords：Opｔiｃal tｒａｎsfer fuｎction，Ｆｏuｒieｒtrａnｓｆorm,Nat ｕral fｒequｅｎcy ｍethod; Sｌit scan ｍｅtｈoｄ目录第一章绪论 (1)1.1 光学传递函数简介1ﻩ1．2 光学传递函数的发展1ﻩ1.2.1 光学传递函数的发展历史 (1)1.2.2光学传递函数的发展现状和趋势 (2)1．3光学传递函数的测量意义3ﻩ１.4 本论文的主要内容4ﻩ第二章光学传递函数的基本理论5ﻩ2.1 光学成像系统的一般分析 (5)2.1.１透镜的成像性质5ﻩ２.1．2 光学成像系统的普遍模型 (8)2.1.3 两种类型的物体照明方式9ﻩ2.1.4 阿贝成像理论9ﻩ2．2光学传递函数的概念 ...................................................................................... 1０2.3光学传递函数的计算ﻩ１2２.3．1 以物像频谱为基础的计算ﻩ１22.3.2以点扩散函数为基础的计算 (13)2．3．3 线扩散函数与一维调制传递函数14ﻩ２.4 离散傅里叶级数与MTF定义的理论依据 ........................................................ １5第三章光学传递函数的测量原理分析 . (18)3.1光学传递函数的测量方法综述18ﻩ3.2 实验中的两种测量方法原理分析 (19)３.2.1 固有频率目标法 (19)３.2.2 狭缝扫描法 ................................................................ 错误!未定义书签。
光学传递函数OTF
理想物镜将得到一个衍射 斑－艾里斑－点扩展了－》 点扩散函数PSF-Point Spread Function
瑞利极限
• 两个光点靠得很近的时候，通过望远镜的 物镜形成的衍射斑互相叠加
• 瑞利提出，当第二个衍射象的主极大和第 一个衍射象的第一暗环重合时，就认为是 两个衍射象刚刚能分辨的界限－瑞利极限
• 初级象＝》物体的傅立叶变换谱
次级象
• P2＝新的波面，也就相当于惠更斯菲涅 尔原理中的次级波源
• 次级波传播到象平面上，互相叠加获得 次级象
• 次级象＝通常意义上的物体象 • 次级象形成过程＝次波的干涉过程
阿贝原理实质
• 阿贝原理的实质就是：
成像过程是衍射＋干涉
光阑的作用－低通滤波
光学仪器是低通滤波器
?物镜孔径衍射屏?点物因为衍射而不能形成点象?点物经过一个有限孔径的理想物镜将得到一个衍射斑艾里斑点扩展了点扩散函数psfpointspreadfunction9瑞利极限?两个光点靠得很近的时候通过望远镜的物镜形成的衍射斑互相叠加?瑞利提出当第二个衍射象的主极大和第一个衍射象的第一暗环重合时就认为是两个衍射象刚刚能分辨的界限瑞利极限10光学仪器分辨率?光学仪器的最小分辨长度定义为第一暗环的半径?最小分辨长度的倒数称为分辨率?提高分辨率的方法
关于照相机的经验－光圈， 分辨率，景深
• 大光圈，小景深－特写镜头，背景模糊 • 小光圈，大景深－风景照片，背景清楚
光学仪器的极限分辨率
• 望远镜、显微镜…光学仪器－共同的性 能指标－分辨率
望远镜双星问题
• 双星：两颗距离很近的星 • 有些双星由于彼此距离太近，距离地球
太远而不容易分开被误认为一颗星 • 肉眼分不开，用望远镜才能分开的双星
otf光学传递函数
otf光学传递函数
OTF光学传递函数是一种用于描述光学系统成像性能的数学工具。
它可以用来计算一个光学系统在对一定大小的物体进行成像时的分
辨率，即所能分辨的最小细节大小。
OTF光学传递函数是通过对光学系统的传递函数进行傅里叶变换得到的。
传递函数是描述光学系统对输入信号进行处理的函数，它可以用来计算输出信号和输入信号之间的关系。
通过对传递函数进行傅里叶变换，可以得到OTF光学传递函数。
OTF光学传递函数可以用来评估光学系统的成像性能。
它的值在0到1之间，值越接近1表示光学系统的成像质量越好，能够分辨的最小细节大小越小。
OTF光学传递函数在光学系统设计和优化中具有重要的应用价值。
它可以用来评估不同成像系统的性能，指导光学系统的设计和优化。
同时，OTF光学传递函数也是计算机辅助成像技术中的重要工具，可以用来模拟和优化成像系统的性能，提高图像质量和分辨率。
- 1 -。
光学传递函数符号
光学传递函数符号光学传递函数（Optical Transfer Function，OTF）是描述光学系统传递特性的一种数学函数。
它表示了光学系统对输入光场的变化如何影响输出光场的能力，也是评估光学系统性能的重要指标之一、在图像处理和光学设计中，光学传递函数被广泛应用于评估和优化光学系统的分辨率、模糊程度和对比度等性能。
光学传递函数的符号通常用H(f)表示，其中H表示传递函数，f表示空间频率。
空间频率是描述图像细节变化的频率，是光场中波的周期性变化的量度，通常以线对距离（lp/mm）或波数（cycles/mm）表示。
由于光学系统的传递函数与输入信号的空间频率有关，因此光学传递函数可以看作是输入空间频率与输出空间频率之间的关系。
H(f)=G(f)/F(f)光学传递函数的绝对值的平方，H(f)，^2称为光学点扩散函数（Optical Point Spread Function，PSF），用于描述光学系统对点源的成像情况。
PSF表示了可以由光学系统成像的最小细节，其形状直接影响了图像的模糊程度和分辨率。
光学传递函数的性质主要取决于光学系统的物理参数和光学元件的特性。
比如，光学传递函数受到光学系统的折射误差、像差、散射和衍射等影响。
其中，衍射对光学系统的传递函数产生了最为显著的影响，其表现为光学传递函数的高频衰减。
光学传递函数可以通过实验方法或计算方法来获得。
实验方法通常使用特定的光学测试设备，如干涉仪、阿贝成像仪等，通过测量输入光场和输出光场的幅度和相位来计算光学传递函数。
计算方法则基于光学系统的几何结构和物理特性，应用分析工具如傅里叶变换、傅里叶光学理论和传递矩阵法，以及计算工具如光学设计软件来计算和优化光学传递函数。
在图像处理中，光学传递函数常用于评估和优化图像的分辨率和对比度。
由于光学传递函数可以描述光学系统对图像中不同空间频率的成像效果，因此通过修改和优化光学传递函数，可以改善图像的分辨率和对比度，减小图像模糊和噪声的影响。
光学传递函数符号
光学传递函数（Optical Transfer Function，OTF）1. 定义光学传递函数（OTF）是用于描述光学系统的一种数学函数。
它是一个复数函数，用于表示光学系统对输入光场的传递特性，即输入光场经过光学系统后的输出光场的幅度和相位变化。
2. 用途光学传递函数在光学系统的设计、分析和评估中起着重要的作用。
它可以提供关于光学系统的分辨率、对比度和成像能力等信息，帮助人们理解和优化光学系统的性能。
具体来说，光学传递函数可以用于以下几个方面：2.1 分辨率评估光学传递函数可以用来评估光学系统的分辨率能力。
通过分析光学传递函数的频率响应，可以确定系统的最小可分辨细节（即最小可分辨周期），从而评估系统的分辨率。
这对于光学显微镜、望远镜等光学成像系统的设计和优化非常重要。
2.2 成像评估光学传递函数可以用来评估光学系统的成像能力。
通过分析光学传递函数的振幅和相位特性，可以获得系统的点扩散函数（Point Spread Function，PSF），从而了解系统对点源的成像效果。
通过分析PSF，可以评估系统的模糊程度、畸变情况以及光学像差等。
2.3 傅里叶光学系统分析光学传递函数在傅里叶光学系统分析中扮演着重要的角色。
傅里叶光学系统是一种将输入光场通过透镜等光学元件进行傅里叶变换的系统。
光学传递函数可以用来描述傅里叶光学系统的传递特性，从而帮助人们理解系统的频率响应和成像效果。
2.4 光学系统设计和优化光学传递函数可以作为光学系统设计和优化的指标。
通过分析光学传递函数，可以确定系统的性能瓶颈、优化参数和改进策略。
例如，在显微镜领域，可以使用光学传递函数来设计和改进显微镜的分辨率、对比度和深度聚焦等性能。
3. 工作方式光学传递函数的计算可以通过以下步骤进行：3.1 系统传递函数的获取首先，需要获取光学系统的传递函数。
传递函数可以通过实验测量、数值模拟或理论分析等方法获得。
传递函数描述了光学系统对输入光场的传递特性，包括幅度和相位的变化。
光学传递函数及像质评价实验
光学传递函数及像质评价实验光学传递函数（Optical Transfer Function, 简称OTF）是指用来描述一个光学系统的成像能力的一种数学函数。
它能够展示光学系统对不同空间频率的光信号的传递特性，即光学系统对图像的细节的保持能力。
在实际应用中，我们可以通过实验来测量光学传递函数，并利用光学传递函数来评价光学系统的像质。
下面是进行光学传递函数及像质评价实验的步骤和方法：1.实验原理首先，我们需要了解光学传递函数的定义。
光学传递函数是光学系统的输入和输出之间的傅里叶变换的模值平方。
在实验中，我们可以使用一系列不同空间频率的测试样品，通过测量系统对这些测试样品的成像质量，来获取光学传递函数。
2.实验仪器进行光学传递函数实验需要一些必要的仪器和设备。
常见的实验设备包括透射式光学显微镜、图像分析软件和精确的测试样品。
3.测试样品为了评价光学系统的成像能力，我们可以选择一些有规律的测试样品。
例如，分辨率测试样片（Resolution Test Target）提供了不同空间频率的线条和图案供系统成像。
此外，可以选择一些具有不同细节和纹理特征的目标，来评价光学系统对于复杂场景的成像质量。
4.实验步骤a)准备一系列测试样品，包括不同空间频率的目标。
b)将测试样品放置在光学系统的成像平面上，并进行成像。
c)使用光学显微镜或相机等设备，获取成像结果的图像。
d)使用图像分析软件对成像结果进行分析。
可以计算系统的MTF曲线，并绘制出光学传递函数图像。
e)分析光学传递函数图像，评价光学系统在不同空间频率下的成像能力和像质。
5.像质评价利用光学传递函数图像，我们可以对光学系统的像质进行评价。
a)直观评价：观察光学传递函数图像的形状和幅度，判断光学系统对不同空间频率图像的成像效果。
b)MTF曲线分析：通过分析光学传递函数图像的峰值和半周期点等参数，计算光学系统在不同空间频率下的成像能力。
c)分辨力评价：根据测试样品上最细微细节的可分辨度，评价光学系统的分辨力。
光学传递函数-360百科词条
光学传递函数-360百科词条光学传递函数免费编辑添加义项名B 添加义项义项指多义词的不同概念，如李娜的义项：网球运动员、歌手等；非诚勿扰的义项：冯小刚执导电影、江苏卫视交友节目等。
查看详细规范>>所属类别 :其他光学传递函数(optical transfer function)是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数。
光学传递函数是光学系统对空间频谱的滤波变换。
一个非相干照明的光学成像系统，像的强度也是线性的，满足叠加原理。
基本信息•中文名称光学传递函数•外文名称optical transfer function•特征光学系统对空间频谱的滤波变换目录1基本简介2概念说明3基本原理4点扩展函数折叠编辑本段基本简介光学传递函数(optical transfer function)是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数。
光学传递函数是光学系统对空间频谱的滤波变换。
一个非相干照明的光学成像系统，像的强度也是线性的，满足叠加原理。
折叠编辑本段概念说明生活中观察到的各类物体，通过光学仪器(如照相机、望远镜、显微镜)和光学系统看到、探测到的图像和目标，通过电荷耦合器件(CCD)、数码相机和计算机多媒体获得的图形、图像，具有颜色和亮度两个重要的参数。
限于考虑二维的非相干单色光平面图像，则图像的光强分布就成为描绘、规定该图像的主要参数。
一幅单色光图像总是由缓慢变化的背景、粗大的物体和急剧变化的边缘、局部细节构成。
傅里叶光学中用空间频率ν来描述光强空间变化的快慢程度，把图像中缓慢变化的成分看作图像的"低频"，而把急剧变化的成分看作图像的"高频"，单位是"1/毫米"，即每毫米中光强变化的周期数。
空间频率等于0表明图像中没有光强变化(如一张白纸)。
一幅图像中既有零频分量，又有非零频分量，后者包含了各种空间频率的分量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
17
4
哈勃望远镜拍摄的双星
5
问题提出！！
• 无限制增大望远镜的放大倍数，是否能 够分开足够接近的两颗双星？？？
6
弥散斑…点扩展
• 仅提高望远镜的放大倍率不加大物镜
孔径，在双星对望远镜张角过小时，
不能将双星分开
• WHY!!!
7
物镜孔径是什么？
• 物镜孔径＝衍射屏 • 点物因为衍射而不能形成 点象 • 点物经过一个有限孔径的 理想物镜将得到一个衍射 斑－艾里斑－点扩展了－》 点扩散函数PSF-Point Spread Function
8
瑞利极限
• 两个光点靠得很近的时候，通过望远镜的 物镜形成的衍射斑互相叠加 • 瑞利提出，当第二个衍射象的主极大和第 一个衍射象的第一暗环重合时，就认为是 两个衍射象刚刚能分辨的界限－瑞利极限
9
光学仪器分辨率
• 光学仪器的最小分辨长度定义为第一暗 环的半径
1.22
D / f
• 最小分辨长度的倒数称为分辨率 • 提高分辨率的方法：增大D/F，也就是 增加数值孔径 10
阿贝 －波特原理
光电工程学院 光信息科学与技术教学部 罗元
1
关于照相机的经验－光圈， 分辨率，景深
• 大光圈，小景深－特写镜头，背景模糊 • 小光圈，大景深－风景照片，背景清楚
2
光学仪器的极限分辨率
• 望远镜、显微镜…光学仪器－共同的性 能指标－分辨率
3
望远镜双星问题
•Байду номын сангаас双星：两颗距离很近的星 • 有些双星由于彼此距离太近，距离地球 太远而不容易分开被误认为一颗星 • 肉眼分不开，用望远镜才能分开的双星 叫做望远镜双星
13
阿贝原理实质
• 阿贝原理的实质就是：
成像过程是衍射＋干涉
14
光阑的作用－低通滤波
15
光学仪器是低通滤波器
• 由于光阑的拦光效应，通过光学系统并 参与成像的衍射光对应的空间频率有一 个极限，频率高于该极限的衍射光分量 将通不过系统，因而不参与成像，因此 光学仪器是低通滤波器。
16
继续研究初级象
阿贝－波特原理
• 物体＝不同方位，不同空间频率的光栅
11
初级象
• 平面波照射物体P1,由于光栅作用，光波 发生衍射，空间频率高的衍射波偏离光 轴厉害，经过透镜L2,在P2面形成初级象 • 初级象＝》物体的傅立叶变换谱
12
次级象
• P2＝新的波面，也就相当于惠更斯菲涅 尔原理中的次级波源 • 次级波传播到象平面上，互相叠加获得 次级象 • 次级象＝通常意义上的物体象 • 次级象形成过程＝次波的干涉过程