视频光学传递函数测试中的系统参数设置

　　0　引言

　　目前,光学传递函数已在像质评价方面占有主导地位,并已广泛地应用于光学设计过程及光学系统的检验,因为它能克服过去一些评价标准的明显不足,从而使光学系统的设计和检验建立在更加可靠的基础上[1, 2].基于图像分析的光学传递函数测试技术,由计算机完成对特征目标物成像的预处理及分析,获得被测系统的光学传递函数[3],测试采用正光路,不需要扫描机构,结构简单,测试结果可实时显示,整个测试过程不存在原理性误差,因而近年来发展很快.以针孔作为特征目标物,可以同时获得子午和弧矢两个方向的光学传递函数[4, 5],值得注意得是,针孔必须足够的小,对于被测透镜,在物平面即有足够丰富的频谱,又要在像平面有足够的能量分布.光学传递函数是基于针孔物、像平面频谱的比值得到的,在计算过程中应该进行正确的频率转换.因此测试的重点集中在以下两方面:一、针孔在物平面的频谱必须正确获得,对于一定直径的针孔来说,换算到像平面的针孔直径是获得正确物频谱的关键.二、通过对针孔像正确的采样,处理和分析,获得针孔像的频谱.因而采样间隔的正确标定直接影响测试结果·由于测试过程中数据的处理和修正都由计算机完成,物频谱的计算和采样频率的换算及对应都是按输入的测试系统设置自动完成的,因此要求准确标定和输入[4].本文从理论上分析了系统设置对测试结果的作用及误差来源,给出了物、像平面空间尺度变化的标定方法,通过对50 mm平凸标准物镜的测试实验,研究了系统标定误差对测试精度的影响,以及正确的数据处理方法.

　　1　系统参数对测试精度的影响

　　图1表示了基于针孔像分析的光学传递函数测试的基本原理.具有特征频谱F(u,v)的针孔由被测透镜成像,输出图像的谱为G(u,v),根据线性不变系统理论,很容易得到被测透镜的传递函数H(u,v)

　　H(u,v)=G(u,v) /F(u,v)      (1)

　　目标物的频谱可事先由其光能分布f(x,y)经过傅里叶变换得到,像分析器接收目标像的光能量分布,由计算机进行预处理,再经由傅里叶变换获得其频谱G(u,v),这样,由式(1)即可得到被测透镜的光学传递函数.由于得到的目标像经过了被测系统和测试系统的共同作用,在空间分布上有了尺度变化.

　　根据傅里叶变换性质,空域的伸展相当于频域的压缩.因此上,在计算被测透镜传递函数时,应注意频率的转换,否则就会带来测试误差[5].

　　具体测量装置如图2,非相干光源照射目标物,目标物放置在平行光管焦平面上,经由准直物镜构成来自无穷远的目标,经过被测透镜成像,中继物镜放大,由CCD接受能量分布,计算机完成数据的分析、处理和结果的显示.实验中,测试光源波长546. 1 nm,被测透镜为50 mm平凸标准透镜,实际焦距50.732mm,测试相对孔径F8,针孔直径80μm,CCD像元尺寸8. 7μm* 8. 7μm,平行光管焦距1196. 59 mm.