第六章 光学系统成像质量评价
光学系统成像性能评测
在光学设计中，通常用相对畸变 来表示畸变的大小：
y q ' 100% 100% y
y' y
y z' 为理想放大率； y
为某一视场的实际放大率。
畸变仅是视场的函数，不同视场的实际垂轴放大率不同， 畸变也不同。
图6-22 畸变类型
上图中的虚线表示理想像的图形，正畸变也称枕形畸变，负畸变也称 桶形畸变。
其中
r r r 1 r c c
2
rc 称为系统的截止频率，
OTF (rc ) 0
1.0
0.8
0.6
MTF
0.4 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
r/rc, rc=1/ (λ F )
道斯(Dawss)判据:
0 1.02 F
斯派罗(Sparrow)判据:
0 0.947 F
斯派罗(SPARROW)
图 6-13 三种判据的部分合光强分布曲线
图 6-14 瑞利、道斯和斯派罗判据的三维合成辐照度分布图
望远物镜： 照相物镜： 显微物镜：
N
0
f
1
光学系统成像性能评测
第三节：分辨率测量
第四节：畸变测量
第五节：光学传递函数测量
第三节：分辨率测量
分辨率测量能以确定的数值作为评价被测系统像质的综合性 指标。分辨率测量始终是生产检验一般成像光学系统质量的 主要手段之一。现在，由于采用了高性能CCD等光电成像阵 列器件及数字图像处理技术，这种因人而异的主观和人工操 作的目视测量分辨率方法的局限性也已经被突破。特别是对 数字摄像机、数码相机和热像仪等光电成像系统的分辨率指 标，可以通过对视频接口输出的分辨率图像处理而获得其分 辨率的客观评测。
第六章 光学系统的像差
第五节 像面畸变
• 畸变的定义 • 畸变的形成 • 畸变的度量 • 畸变的影响 • 畸变的校正
畸变的定义
• 理想光学系统物像共轭面上的垂轴放大 率为常数，所以像与物相似
• 实际光学系统的一对共轭面上的放大率 并不是常数，随视场的增大而变化
• 像对于物的变形像差称为畸变
畸变的形成
• 见附图
畸变的度量
L'FC L'F L'C • 近轴区域的位置色差 l'FC l'F l'C
• 特别指出，以复色光成像的物体即使在近轴区域 也存在色差
位置色差的形成
• 见附图
色差曲线
h hm 1 0.85 D C 0.707
0.5
F L'FCD
0.3
-0.1 0 0.1 0.2 0.3 L' b)
• 平面物体成弯曲像面的成像缺陷称 为场曲像差
场曲的形成
• 见附图
场曲的度量
子午场曲 xt ' lt 'l'
子午场曲
弧矢场曲 xs ' ls 'l'
场曲曲线
t' s' p
y / ym
p s' t'
y / ym
O x't , x's
O x't , x's
场曲的影响
场曲的校正
• 正负透镜组合 • 厚透镜
参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。《醉翁亭记》就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1．初读文章，结合工具书梳理文章字词。2．朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例
07光学系统成像质量评价
07光学系统成像质量评价光学系统成像质量评价是在光学系统设计或优化过程中非常重要的一个环节。
成像质量的好坏直接影响到光学系统的性能和性能表现。
在评价光学系统成像质量时，通常会考虑几个方面的因素，包括分辨率、畸变、色差、光照均匀性等。
下面将详细介绍如何评价这些因素，以及如何综合评价光学系统的成像质量。
1.分辨率分辨率是一种衡量光学系统成像质量的重要指标，它是指系统能够解析出多细小物体的能力。
分辨率通常用线对数幅度频率响应（MTF）来描述，MTF曲线可以反映系统对不同空间频率的细节信息的传递情况。
一般来说，MTF曲线的高频段越平坦，系统的分辨率就越高。
2.畸变畸变是另一个常见的成像质量评价指标，它通常分为径向畸变和切向畸变两种。
径向畸变使圆形物体在图像中呈现出畸变变形，而切向畸变则使直线在图像中呈现曲线形状。
畸变的存在会影响物体准确的形状和尺寸的表现，因此需要通过校正或减小畸变来提高成像质量。
3.色差色差是由于光线在透镜中经过不同波长的光线会有不同的弯曲程度而导致的，这会使不同波长的光线聚焦在不同的焦平面上。
色差会导致图像出现色散的现象，即物体的边缘会呈现出彩虹色的班驳状，影响成像质量的清晰度和色彩还原度。
4.光照均匀性光照均匀性是指光学系统对于入射光的均匀性程度。
如果系统的光照均匀性不够好，会导致图像中出现暗部或亮部突出的情况，从而影响整体的成像质量。
为了保证光照均匀性，需要对系统的光学元件和照明系统进行设计和校正。
综合评价光学系统的成像质量时，需要综合考虋上述因子，通过对各项指标的量化分析和实验测试，得出一个综合评价。
通常情况下，可以采用主观评价和客观评价相结合的方式，主观评价可以通过专业人员观察系统输出的图像，并根据其清晰度、色彩还原度和细节表现等方面给出评价。
客观评价则可以通过各种测试仪器测量系统的MTF曲线、畸变程度和色差情况，并将这些数据进行综合分析。
总的来说，光学系统的成像质量评价需要综合考虑多个因素，通过定量和定性的方式对系统的各项指标进行评价，从而找出系统存在的问题并提出改进方案，最终达到提高系统成像质量的目的。
mtf光学系统成像质量评估方法 -回复
mtf光学系统成像质量评估方法-回复MTF（Modulation Transfer Function）光学系统成像质量评估方法是一种广泛应用于光学系统性能评价的方法。
MTF描述了光学系统在不同空间频率上对图像细节的传输特性，通过分析MTF曲线可以评估光学系统的分辨力和成像质量。
在本文中，我们将逐步介绍MTF光学系统成像质量评估方法的基本原理、实验测量方法以及其在光学系统设计和优化中的应用。
一、MTF成像质量评估方法的基本原理MTF是一种用于描述光学系统对图像细节的传输特性的函数，其数学定义为输入图像的复杂振幅频谱与输出图像振幅频谱之比的绝对值。
在频域中，MTF可以表示为系统输出的振幅响应与输入振幅响应之比的幅度。
MTF的数值表示了光学系统对不同空间频率对比度的传输能力，也就是描述了光学系统对不同细节大小的图像细节的传输特性。
通常，MTF曲线的高频段表示系统的分辨力，即系统在传输高频细节时的能力；而低频段表示系统的图像对比度传输能力，即系统在传输低频细节时的能力。
二、MTF成像质量评估方法的实验测量方法为了评估光学系统的成像质量，我们可以通过以下步骤进行MTF测量：1. 准备测试样品：选择一系列具有不同空间频率的测试图像作为输入样品，这些图像可以包含线条、圆圈、方格等具有不同细节大小的特征。
2. 实验装置搭建：搭建用于测量MTF的实验装置，包括一个光源、光学系统和一个用于接收光学系统输出图像的传感器（如CCD或CMOS器件）。
3. 测量过程：将测试样品置于光源和传感器之间，并通过光学系统进行成像。
根据实验装置的要求，可以调整光源的强度和光学系统的参数（如焦距、孔径等）来控制实验条件。
4. 数据处理与分析：利用图像处理软件分析输出图像的频域信息，计算每个空间频率下的系统传输函数。
根据传输函数，计算相应的MTF曲线。
5. 统计与比较：通过比较不同光学系统的MTF曲线，我们可以评估光学系统的成像质量。
通常，MTF曲线越高且越接近理论上界，表示光学系统的成像质量越好。
第六章 光学系统的光路计算和像差理论(2013总第10-11讲)
第六章 光线的光路计算及像差理论
本章内容 像差概述－像差的定义和分类 光线的光路计算
轴上点的球差
正弦差和彗差 场曲和像散 畸变 色差
像差特征曲线与分析
波像差
大纲要求：
⑴掌握像差的定义、种类和消像差的基本原则。 ⑵了解单个折射球面的不晕点（齐明点）的概念和性质， 求解方法。 ⑶掌握七种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方
线成像特性的比较，研究不同视场的物点对应不同孔径和不同色光的像差值。
对两边缘谱线F光(λ =486.1nm)和C光(λ =656.3nm)校正色差。
②普通照相系统：对最灵敏谱线F光校正单色像差；对
两边缘谱线D光和G’光(λ =434.1nm)校正色差。
天 文 照 相 系 统 ， 常 用 G’ 光 校 正 单 色 像 差 ， 对 h 光 (λ=404.7nm)和F光校正色差。 ③近红外光学系统：对C光校正单色像差；对d光 (λ=587.6nm) 和A’光(λ=768.2nm)校正色差。
五. CIE色度学系统表示颜色的方法
第十节 均匀颜色空间及色差公式
一、（x，y，Y）颜色空间是非均匀颜色空间 二、均匀颜色空间及色差公式
（一）CIE1964均匀颜色空间
（二）CIE1976均匀颜色空间 （三）CIE1976均匀颜色空间
(W *U *V *) ( L * u * v*)
( L * a * b*)
cie色度学系统表示颜色的方法专业文档第十节均匀颜色空间及色差公式一xyy颜色空间是非均匀颜色空间二均匀颜色空间及色差公式vuw一cie1964均匀颜色空间二cie1976均匀颜色空间vulbal三cie1976均匀颜色空间专业文档第六章光线的光路计算及像差理论本章内容?像差概述像差的定义和分类?光线的光路计算?轴上点的球差?正弦差和彗差?场曲和像散?畸变?色差?像差特征曲线与分析?波像差专业文档掌握像差的定义种类和消像差的基本原则
光学系统成像质量评价基本指标体系的研究
收 稿 日期 ：００—１ ２ ； 订 日期 ：０ １ ０ ０ ２１ ２— ６ 修 ２ １ — ２— ９
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｂａ ｉ ｉｅ ｉｎ Ｓ ｓｅ ｎ ｓ ａ ｃ ｏ ｈ ｓｃ Ｃｒｔ ｒｏ ｙ ｔｍ ｏ Ｉ ａ ｅ Ｅｖ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｍ ｇ ａ ｕ ｔｏ ｆＯｐｔｃ ｌＳ ｓｅ ｓ ｉａ ｙ ｔｍ
Ｌ ｉ ．ｕ Ｑ ａ Ｌ ｉ —ａ’Ｃ Ｅ ｈｎ — ｈ Ｉ ａ ｙｎ ， Ｉ ｏ ，Ｉ ａ ｂ ｉ， Ｈ Ｎ Ｃ ａｇｙ Ｘ ｏ Ｈ Ｊｎ ａ
念 ， 图探 讨各种 光学 系统 评价 指标 的规 范化 、 试 标 准化 问题 。
光 学 系统除 了部分 用 于传 递 能 量外 ， 数是 多
用于获取正确清晰的目 标物体的影像 。传统 的显 微镜、 望远镜和照相机是如此 ， 近代的各种数码摄 影、 摄像、 医学 图像 、 电子图像及超微 、 纳米 图像 等， 其最为关注的还是图文的影像质量， 即光学系 统 最基 础 的成像质 量 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ５ ｂ ｓｃｃ ｔ ｒ ｎ ｉ ｇ ｖ ｌ ａｉｎ ｃ ｔ ｒ ｎ ｓ ｓｅ ｏ ｐ ｉａ ｙ ｔｍｓａ ｄ ｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｅａ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｉ ｒ ｅ ａ ｏ ｍａ ｅ ｅ ａ ｕ ｔ ｒ ｅ ｏ ｙ ｔｍ ｆ ｔ ｌ ｓ ｉ ｉ ｏ ｉ ｉ ｏ ｃ ｓ ｅ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ— ｕ ｏ ｒ
第２ 卷 第１ ９ 期
２ １ 年 ２月 ０１
江
西
科
学
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ． １２ １
ＪＡＮＧ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｉ ＸＩ Ｃ Ｅ Ｅ
Ｆｅ ２ １ ｂ． ０１
文 章 编 号 ：０ １ ６ ９ ２ １ ） １— ０ ７—０ １０ —３７ （ ０ １ ０ ０ ８ ３
光学设计
现代光学设计作业一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。
常用指标评价光学系统成像质量的方法：1.1 用于在光学系统实际制造完成后对其进行实际测量：分辨力检测和星点检测星点检测：实际上每一个发光点物基元通过光学系统后，由于衍射和像差以及其他工艺瑕疵的影响，绝对地点对应点的成像是不存在的，因此卷记的结果是对原物强度分布起了平滑的作用，从而造成点物基元经系统成像后的失真，因此，采用点物基元描述成像的过程，其实是一个卷积成像过程，通过考察光学系统对一个点物基元的成像质量就可以了解和评价光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验的思想。
分辨力检测：所谓分辨力就是光学系统成像时所能分辨的最小间隔，它是衡量图像细节表现力的技术参数。
测量分辨力所获得的有关被测系统像质的信息量虽然不及星点检验多，发现像差和误差的灵敏度也不如星点检验高；但分辨力能确定的数值作为评价被测系统的像质综合性指标，并且不需要多少经验就能获得正确的分辨力值。
1.2 用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波象差、光学传递函数、点阵图、点扩散函数、包围圆能量等。
任何一个实际光学系统的实际成像总与理想成像存在差异，实际成像不可能绝对地清晰和没有变形，这种成像差异就是所谓的像差。
下面对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。
1.2.1 几何像差主要分为两种：轴上点像差和轴外点像差。
（1）轴上点的像差又分为：轴上点的球差和轴上点的色差。
轴上点的球差：由物点A 发出与光轴夹角相等为在同一锥面上的光线对经系统以后，其出射光线同样位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚焦点，而且必然位在光轴上。
光线与光轴的夹角不同聚焦点的位置发生改变。
也就是物点A 发出的光不再聚焦于同一点，我们称其为球差。
用不同孔径光线对理想像点'0A 的距离''''''0 1.000.8500.7A A A A A A ........表示。
光学系统的像质评价和像差公差
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O .12SC I ENCE &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O N学术论坛1瑞利判断和中心点亮度1.1瑞利判断定义：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过4/λ时，此波面可看作是无缺陷的。
优点：便于实际应用缺点：不够严密。
适用范围：是一种较为严格的像质评价方法，适用于小像差光学系统。
1.2中心点亮度1)中心点亮度：光学系统存在像差时，其成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D 来表示光学系统的成像质量。
2)斯托列尔准则：当S.D ≥0.8，认为光学系统的成像质量是完善的。
3)适用范围：是一种高质量的像质评价标准，适用于小像差光学系统。
4)缺点：计算相当复杂，很少作为计算评价方法使用。
2分辨率分辨率反映光学系统分辨物体细节的能力，是一个很重要的指标参数，故也可用分辨率作为光学系统的成像质量评价方法。
2.1分辨率基本公式根据衍射理论，光学系统的最小分辨角为Δθ：Δθ=1.22λ/D对不同类型的光学系统，可由上式得到不同的表示形式。
2.2缺点1)只适用于大像差光学系统；2)与实际情况存在差异；3)存在伪分辨现象.故用分辨率来评价光学系统的成像质量也不是一种严格而可靠的评价方法。
2.3优点其指标单一，便于测量，在光学系统像质检测中得到广泛应用。
3点列图3.1点列图定义在几何光学的成像过程中，由一点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面的交点不再集中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥散图形，称为点列图。
3.2适用范围适用于大像差光学系统。
照相物镜的像质评价：利用集中30％以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效的弥散斑，弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。
3.3优缺点优点：简便易行，形象直观。
缺点：工作量非常大，只有利用计算机才能实现。