CCD调制传递函数测量的处理技术
调制传递函数
调制传递函数
调制传递函数（Modulation Transfer Function）MTF
一般通过光学系统的输出像的对比度总比输入像的对比度要差，这个对比度的变化量与空间频率特性有密切的关系。
把输出像与输入像的对比度之比称为调制传递函数，及MTF的定义是MFT=输出图像的对比度/输入图像的对比度，因为输出图像的对比度总小于输入图像的对比度，所以MFT值介于0~1之间。
调制传递函数可用于表示光学系统的特征，MTF越大，表示系统的成像质量越好。
调制传递函数（MTF）表示调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，是所有光学系统性能判断中最全面的判据，特别是对于成像系统。
一个图案强度按正弦规律变化的周期性目标由待测镜头成像后，像面处的图案强度是由相差、衍射、装配和校准误差以及其他因素，像质有点退化，亮暗成度不如初始。
调制度就是最大强度与最小强度之差与最大强度与最小强度之和的比。
MTF是像的调制度与物的调制度之比。
它是空间频率的函数，空间频率通常以1p/mm的形式表示。
MTF说明物的调制度被镜头传递到像的情况。
MTF的计算通常使用径向靶条和切向靶条，且切向靶条彼此垂直。
然而，对于具有像素特性的阵列探测器，分辨力靶条应与像素行和列相一致，使用垂直靶条和水平靶条要比使用径向和切向靶条更为合适。
光学传递函数的测量实验报告
光学传递函数的测量实验报告光学传递函数（Optical Transfer Function，OTF）是描述光学系统传递图像的能力的一个重要参数。
在本实验中，我们测量了一个光学系统的OTF，并通过实验结果来分析系统的分辨率、模糊度和对比度等性能指标。
一、实验目的1.掌握光学传递函数的测量方法和原理；2.通过实验测量分析光学系统的性能指标。
二、实验器材1.光学系统：包括光源、透镜、物体和图像传感器等；2.光学传递函数测量装置：包括光栅、透镜、准直器和图像传感器等；3.计算机。
三、实验步骤1.搭建光学系统并调整聚焦，使图像清晰可见；2.将物体放置在光路上，并调整光源亮度，使图像适度明亮；3.将光栅装置放置在物体和准直器之间，调整光栅与物体、光栅与准直器之间的距离，使光栅图像清晰可见；4.将图像传感器连接到计算机上，并打开相应的测量软件；5.在测量软件中选择测量光栅图像的位置和大小；6.开始测量并记录测量结果。
四、实验数据处理1.根据测量结果计算光学传递函数的值；2.绘制光学传递函数曲线图；3.分析光学系统的分辨率、模糊度和对比度等性能指标。
五、实验结果及分析通过分析光学传递函数曲线，我们可以计算光学系统的最大分辨率和模糊度。
最大分辨率可以通过光学传递函数的零点频率来计算，即当光学传递函数为0的频率对应的空间频率。
而模糊度则可以通过传递函数值等于0.5时对应的空间频率来计算。
根据实验数据，我们计算得到系统的最大分辨率为50线/mm，模糊度为0.3线/mm。
除了分辨率和模糊度外，光学传递函数还可以反映系统的对比度。
对比度可以通过传递函数的低频增益来估算，即传递函数在低频段的最大值。
根据实验数据，我们计算得到系统的对比度为0.8六、结论通过本实验，我们成功测量了光学系统的光学传递函数，并分析了系统的分辨率、模糊度和对比度等性能指标。
实验结果表明，该光学系统在高频段的传递能力较差，分辨率相对较低；在低频段的传递能力较好，对低频细节的传递能力较强。
CCD工作原理详解PPT课件
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6 λ7
x： 吸收 y ：复合
X ee-
e-
电极
收集区
y
硅基底
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图中光线的颜色只是示意，不代表光谱！
电荷的生成
CCD硅表面下几个m范围内晶格没有缺欠，也没有氧化物
沉积，这个区域内有很高的复合寿命；但是在硅衬底的其他部分 (以及表面处)存在着大量的晶体缺欠，因此复合寿命非常低。波长
收集区：势阱。
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电荷的收集 MOS 电容器
MOS 电容器是所有MOS(金属-氧化物-半 导体) 结构中最简单的，它是CCD的构成基础； 弄清楚这种结构的原理对理解CCD的工作原 理是非常有用的。
MOS电容器有二种类型：表面沟道和埋 沟。 这二种类型MOS电容器的制造只有些微 地不同；然而，由于埋沟电容结构具有很多显 著的优点，因此这种结构成了CCD制造工艺 的首选。事实上今天制造的所有CCD几乎都 利用埋沟结构。
电子势能最小的地方位 于n-型区内并与硅 - 二 氧化硅 (Si - SiO 2) 的 交界面有一定距离
沿此线的电势示于上图.
CCD厚度方向的截面图
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这个势能最小(或电位 最高) 的地方就是多余 电子聚集的地方。29
电荷的收集 MOS 电容器
CCD曝光时，每个
电势
像元有一个电极处于高
电位 。硅片中这个电极
在没有外电场的情况下，这样的一对电子 和空穴会在一定时间(复合寿命)内将复合并 湮灭。在CCD中，利用一个电场把这些载流 子收集起来，防止他们的复合。
如何收集电荷？ 2021
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电荷的生成 有关参数
与CCD电荷生成过程有关的参数是量 子效率(QE)和暗电流。
CCD MTF
MTF = 模量传递函数MTF测试是目前最精确和科学的镜头测试方法.瑞典权威的《摄影》杂志对它的解释是：“MTF测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板，通过镜头进行投影.被测量的结果是反差的还原情况。
如果所得影像的反差和测试标板完全一样，其MTF值为100%。
这是理想中的最佳镜头，实际上是不存在的。
如果反差为一半，则MTF值为50%。
0值代表反差完全丧失，黑白线条被还原为单一的灰色。
当数值超过80%(20lp/mm下)则已极佳。
而数值低于30%则即使在4X6英寸扩印片下影像质量仍较差。
测试分径向和切向两种方向。
如果两者相差较大，说明镜头遭受较严重的像散。
较高的空间频率值(即lp/mm值，可理解为分辨率)如30lp/mm与20lp/mm相比，其MTF值通常较低。
”（注：这里的反差表现在画面中的表现相当于我们所说的“明锐度”。
）如何解译MTF值:反差/明锐度: 5(或10)lp/mm的读数反映镜头的反差表现.即使微小的差别(2.5% ！)也能在画面中体现出来！你可以把它看作一种最基本的“锐度”。
一枚好的镜头在光圈收小后应该在5lp/mm下径向和切向同时高于95%。
低于90%即表明镜头表现不佳。
一枚明锐度好而锐度差的镜头通常比明锐度差而锐度高的镜头看上去更锐利！不过，锐度和明锐度两项指标通常相辅相成。
锐度: 10至40(或更高)lp/mm表明一枚镜头的锐度——即再现细节的能力。
40lp/mm表明镜头再现物体非常细微细节（如人像摄影中的头发丝）的能力。
此时即使MTF值的差距较大(如10%)也无法直接在画面中辨认出来。
按照人眼的辨别力和35mm胶卷的片幅，如果要得到质量非常理想的7英寸的照片，镜头20lp/mm下的MTF值必须大于50%。
而要想在16英寸下仍有非常理想的画面质量，其70lp/mm下的MTF值竟须超过63%！几乎没有镜头可以达到这样好的表现！辨别好镜头的简易法则(收小两档光圈)：4边中2边中15以上的MTF曲线评价方法参考自德国的《彩色摄影》杂志。
推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析
推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析杨永明;李昕阳;赵嘉鑫【摘要】根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数.该调制传递函数的数值分析表明:对于像元为10μm的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4,3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255；行频误差为1％及3％时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低.成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论.%Scanning modulation transfer function (MTF) for linear time-delay integration (TDD charge coupled device (CCD) using push-broom imaging mode was established. The MTF which took the discrete sampling characteristics of linear TDI CCD into account, was based on the imaging modulation mean within sampling interval. The numerical analysis of the proposed MTF indicated that the value of MTF at Nyquist frequency for linear TDI CCD with 10 fim pixel size was 0. 363, 0. 333 and 0. 255 respectively, when the number of row transfer phase clocks was 4, 3 and 2. When the row frequency error was 1% or 3%, the changes of MTF curves with different integration numbers implied that increasing the row frequency error and the integration number could decrease the value of MTF and reduce the image resolution. The results of imaging experiment agree with the quantity analysis of the proposed MTF.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)005【总页数】6页(P872-877)【关键词】调制传递函数;推扫成像;时间延迟积分;电荷耦合器件;行频误差【作者】杨永明;李昕阳;赵嘉鑫【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN911.73;TP75引言电荷耦合器件（CCD）能够实时获取数字化影像信息，广泛应用于航天遥感相机。
红外热像仪调制传递函数(MTF)测试技术研究
红外热像仪调制传递函数（MTF）测试技术研究吴铮（昆明物理研究所，云南昆明 650223）摘要：调制传递函数MTF（Modulation Transfer Function）能客观地反映热成像系统的频率响应特性，是评价红外热成像系统性能的重要指标之一。
本文对MTF的测试技术进行研究，通过大量的试验，对MTF的测试过程中的影响因素进行分析，确定影响MTF测试结果的重要因素，改进红外热像仪MTF测试的关键程序，提高测试结果的准确性和一致性。
关键词：红外热像仪；调制传递函数（MTF）；MTF测试0 引言红外成像技术已在军事和民用领域得到了广泛的应用，调制传递函数MTF（Modulation Transfer Function）是分析、评价红外成像系统成像性能的重要参数之一，是光学成像系统成像质量的重要指标。
作为红外成像系统重要的评价指标，MTF用于衡量系统如实重现景物图像性能的能力，反映红外成像系统的性能，受到更多的关注。
如何准确地测试系统的MTF，确保测试结果的准确性和一致性，合理评价系统性能，对MTF的测试技术提出了更高的要求。
1MTF测试系统MTF测试系统是一个涉及红外光学、精密机械、数据采集与数字信号处理、计算机等多个领域的复杂系统。
MTF基本测试系统原理如图1所示。
图1 热像仪MTF测试系统示意图2 红外热像仪MTF的测试方法调制传递函数MTF的主要的测试方法有直接测量法和间接测量法。
在整机性能测试设备上进行LSF/MTF测试，通常采用如下测试程序：1）将待测热像仪调整到最佳（如：调节电平、对比度、极性、焦距、监视器的性能）；2）选择目标靶，对焦距为2000mm的测试系统来看，宽视场用SL2目标靶（靶宽0.35mm），窄视场用SL1目标靶（靶宽0.1mm），调整示波器，设置温差；3）进行等效阵列长度的校准；4）进行LSF的测试；5）背景扣除；6）去除抖动；7）MTF的计算；8）MTF的校正；9）显示保存结果；10）MTF的计算及修正：对LSF傅里叶变换，归一化（0～1.0）得出曲线图。
CCD影像测量原理及应用
CCD影像测量原理及应用CCD（Charge-coupled Device）影像测量是一种利用CCD技术进行测量的方法。
CCD是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它由一系列的电荷耦合元件组成，可以对光信号进行高效、高精度的采集和处理。
在CCD影像测量中，光信号经过光学系统的聚焦和成像后，被CCD传感器采集，并转换为电信号。
通过对这些电信号的处理和分析，可以获得被测物体的形状、尺寸、位置等信息。
1.光学系统：CCD影像测量首先需要通过光学系统将被测物体的图像聚焦到CCD传感器上。
光学系统通常包括透镜、滤光片、光源等组件，可以对光线进行调节和控制，以获得清晰、准确的图像。
D传感器：CCD传感器是CCD影像测量的核心部件，它由一系列的光敏元件组成，可以将光信号转换为电信号。
CCD传感器可以将被测物体的图像分成一系列的像素，每个像素对应一个电荷耦合元件。
当光信号照射到CCD传感器上时，光子会激发光敏元件中的电子，形成电荷。
这些电荷会在电荷耦合元件之间传输，最终被转换为电信号。
3.信号处理：CCD传感器采集到的电信号需要经过信号处理的步骤，以获得被测物体的相关信息。
信号处理通常包括增益调节、噪声滤波、图像增强等操作，可以提高测量的精度和准确性。
4.数据分析：经过信号处理后，CCD影像测量系统可以得到一幅清晰、准确的图像。
这些图像可以通过计算机进行进一步的处理和分析，以获得被测物体的形状、尺寸、位置等信息。
数据分析通常包括边缘检测、轮廓提取、面积测量、坐标测量等操作，可以实现对被测物体的精确测量。
CCD影像测量具有许多应用领域，包括工业制造、医学影像、机器视觉等。
在工业制造中，CCD影像测量可以用于产品尺寸的测量、缺陷检测、位置校准等。
例如，在汽车制造中，可以使用CCD影像测量来检测车身表面的缺陷和变形，以保证产品质量。
在医学影像中，CCD影像测量可以用于X射线、CT、MRI等设备的图像采集和分析，以帮助医生进行疾病诊断和治疗。
光信息技术8 连续空间频率传递函数测量
对 L( x ) 直接进行快速傅里叶变换处理就得到一维光学传递函数。 评价光学系统成像质量（像质评价）时通常要对一对正交方向的传递函数进行测量。 4. 仪器用具 （参见附表） 5. 实验内容(如图 2)
图2
（1）按实物图将 LED 安装到导轨上，同时将显微物镜、显微物镜连接筒、CCD 相连接， 并固定在导轨上，调整它们与光源的高度一致。 （2）将标定过的 25m 狭缝固定在导轨上，调整狭缝的位置，使其位于光纤准直镜的正 前方，狭缝作为目标物应与成像系统（胶合透镜）相距 460mm，这样我们能获得一个放 大倍数小于 0.25（一般小于 0.25 才能满足线扩散函数要求）的像，对 f=50mm，放大倍 数约 0.12，对 f=60mm，放大倍数为 0.15. （3）系统的标定。将标定用双胶合镜（f=60mm）放置在成像透镜的位置，确定物距为 460mm，使狭缝按照标示的比例清晰成像，并经过 25 倍显微物镜成像到 CCD 中心位置 上。运行传函 II 的应用软件，在文件中点击“打开 CCD”，当图像在采集区域中间位置时 点击“图像冻结”，并存储。 （4）标定时狭缝竖直（子午方向） 。将已经存到计算机中的图像在软件中进行标定运算。 在标定过程中，选择“标准镜头标定”，按照软件的引导输入 CCD 灰阶响应值和标定传递 函数值。 （5）标定完成后，将测量用双胶合镜放在光路中，调整其高度与光源和 CCD 同轴，并 保证同样的物距条件下，时狭缝清晰成像，并通过 CCD 上保存图像并利用软件进行传 递函数测量，分别测量子午方向，弧矢方向。 （6）实验完成之后即可点击“生成实验报告”，按照提示，输入姓名学号等信息，软件自 动生成“实验报告” 。 （7）更换其他波长的 LED 重复实验。
实验八 连续空间频率传递函数测量实验