光學(xué)傳遞函數(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1 引言

在應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域中，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)一直是眾所矚目的問(wèn)題。 眾所周知，評(píng)價(jià)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量?jī)?yōu)劣的根據(jù)是物空間一點(diǎn)發(fā)出的能量在像空間的分布狀況。采取什么樣的辦法來(lái)描述像空間像點(diǎn)處光能量分布問(wèn)題就是像質(zhì)評(píng)價(jià)的方法。

從60年代初開始，國(guó)外一些先進(jìn)的國(guó)家就開始運(yùn)用一種較新的、全面而客觀的像質(zhì)評(píng)價(jià)方法，即現(xiàn)為我們所知的光學(xué)傳遞函數(shù)。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)踐，用光學(xué)傳遞函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)光學(xué)成像系統(tǒng)的像質(zhì)已逐步得到了承認(rèn)，并在較廣泛的領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用，如各國(guó)已制訂了相應(yīng)的光學(xué)傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及系列應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，在透鏡自動(dòng)設(shè)計(jì)中采用光學(xué)傳遞函數(shù)作為控制成像質(zhì)量的價(jià)值函數(shù)。

此外，在光學(xué)信息處理的圖像復(fù)元和增強(qiáng)中也運(yùn)用到了光學(xué)傳遞函數(shù)，而且光學(xué)傳遞函數(shù)在對(duì)于成像理論的研究及光學(xué)像的改善等方面也有很大的推動(dòng)作用。本文基于光學(xué)傳遞函數(shù)的特點(diǎn)，著重闡述了光學(xué)傳遞函數(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2 光學(xué)傳遞函數(shù)的特點(diǎn)

光學(xué)傳遞函數(shù)反映了光學(xué)成像系統(tǒng)傳遞信息的頻率特性，用它來(lái)評(píng)價(jià)成像質(zhì)量比用星點(diǎn)法和分辨力更全面、更客觀。 由于衍射、像差以及其它因素的影響，點(diǎn)光源（亦稱星點(diǎn)）經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)在像面及像面前后不同的截面上形成衍射像，通常稱為星點(diǎn)像。星點(diǎn)像的光強(qiáng)分布用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF（x,y）來(lái)表示。而通常所說(shuō)的光學(xué)傳遞函數(shù)（簡(jiǎn)稱OTF）是相應(yīng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF（x,y）的傅里葉變換。用公式可以表示為：



(1) 它是在零頻到截止頻率的頻率域內(nèi)對(duì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF（x,y）進(jìn)行考察，定量地分析、計(jì)算，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)比傳遞特性，其中包含各個(gè)空間頻率的調(diào)制傳遞和相位傳遞。那么，換言之，光學(xué)傳遞函數(shù)的傅里葉逆變換即為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，用公式可以表示為：

(2)

......

由此可見，在光學(xué)傳遞函數(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，光學(xué)系統(tǒng)的成像狀態(tài)的確定和特征頻率的選定使得光學(xué)傳遞函數(shù)在成像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中成為切實(shí)可行，而且又便于操作以及相互間的比較。

我國(guó)自70年代起在應(yīng)用光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量與評(píng)價(jià)照相機(jī)、目視望遠(yuǎn)鏡和辦公用復(fù)印機(jī)等成像質(zhì)量方面作了大量的研究和探討工作，并于1984年自行研制成功了檢驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)品用的。

XCH一2型光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量?jī)x，在1992年又完成研制了紅外內(nèi)焦面光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量?jī)x。

1982年起我國(guó)開始起草制訂光學(xué)傳遞函數(shù)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前已同相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一一匹配。另外，在國(guó)內(nèi)的照相機(jī)行業(yè)中已采用光學(xué)傳遞函數(shù)來(lái)解決照相物鏡設(shè)計(jì)中的計(jì)算以及像質(zhì)評(píng)價(jià)中的測(cè)試，并取得了良好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

光學(xué)傳遞函數(shù)已被廣泛地應(yīng)用在像質(zhì)評(píng)價(jià)、光學(xué)設(shè)計(jì)和光學(xué)信息處理等方面。最近，國(guó)際上正在對(duì)抽樣器件的調(diào)制傳遞函數(shù)的測(cè)量進(jìn)行研究和探索?？梢灶A(yù)見，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光學(xué)傳遞函數(shù)這一技術(shù)必將在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用和推廣。




審核編輯：劉清