本发明专利技术涉及一种离散成像器件统计调制传递函数激光散斑测量方法和装置，属于光电成像器件成像质量测试技术领域。本发明专利技术的测量装置由激光器、激光扩束镜、随机散射体、孔径光阑、偏振片、待测量离散成像器件和带有图像采集卡的计算机组成。测量方法是将散斑投射到离散成像器件靶面上做为输入，离散成像器件采取散斑图即为输出，通过输入和输出的功率谱对比，得到离散成像器件的统计调制传递函数；输入的功率谱密度由散射体出射平面的孔径光阑的大小和离散探测器阵列的位置决定，探测到的功率谱密度经过数据处理可以得到。本发明专利技术不需要成像镜头可以直接测量离散成像器件的统计调制传递函数，具有其他方法不具备的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电成像器件成像质量测试
，是一种可实现 非空间平移不变性离散成像器件统计调制传递函数测量的方法，可以快速测量离散成像器件的调制传递函数(MTF)，其可用于光电离散成 像器件产品成像质量评定。
技术介绍
调制传递函数(MTF)是一种描述光学系统成像质量的物理量， 被普遍认为是评价光学系统成像质量较为完善的指标，其概念是建立 在空间不变线性系统之上。对于离散成像器件来讲，由于其包含离散 采样像元阵列，驱动电路以及A/D转换和图像采集卡等非线性组成部 分，离散成像器件不具备严格的空间不变性。因此，对于离散光电成像器件调制传递函数的测量，需要采取一 些特殊的方法。目前可见报道的有微米级机械扫描法，光栅调制度法， 随机图像(条纹)法等。这些方法都需要使用成像镜头，这就对调制 传递函数测量装置的物象关系有严格要求，MTF的测量结果中，包含 了成像镜头的MTF，不能直接用于评价离散成像器件。而只能首先测 量出光电成像系统的调制传递函数，然后间接计算出离散成像器件的 调制传递函数。散斑是一种典型的统计光学现象，相干光通过粗糙表面散射就形 成散斑。七十年代以来，关于散斑特性研究，大大的丰富了散斑的理 论体系和应用范围。散斑理论表明，当相干光通过随机散射体后，其 功率普密度由散射体出射平面通光孔径决定。将激光散斑应用于离散 成像器件统计调制传递函数测量能够实现直接测量，此方法未见报 道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足而提供一种离散成 像器件统计调制传递函数激光散斑测量方法和装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的。本专利技术提供的一种离散成像器件统计调制传递函数激光散斑测 量方法，是将散斑投射到离散成像器件靶面上做为输入，离散成像器 件采取散斑图即为输出，通过输入和输出的功率谱对比，得到离散成 像器件的统计调制传递函数，具体测量过程为首先将离散成像器件统计调制传递函数测量装置置于避光处，将 激光器，激光扩束镜，随机散射体、孔径光阑、偏振片，待测量离散 成像器件依次置于同一条直线上，保证其共光轴。孔径光阑紧贴随机 散射体出射表面，偏振片置于孔径光阑之后，紧贴孔径光阑。其次调整随机散射体出射平面孔径光阑的直径大小和待测离散 成像器件的位置，使投射到离散成像器件耙面上的散斑的功率谱密度 截止频率足够高，在器件奈奎斯特频率的两倍处降为零。再次将计算机和图像采集卡采集离散成像器件探测到的激光散 斑图，经过数据处理得到散斑图的功率谱密度，与输入激光散斑功率 谱密度对比即得到离散成像器件的调制传递函数。本专利技术提供的一种激光散斑法测量离散成像器件的统计调制传 递函数测量装置，包括激光器、激光扩束镜、随机散射体、孔径光阑、 偏振片、待测量离散成像器件、带有图像采集卡的计算机和显示器； 其连接关系是上述器件依次放置在平面上，其中所述孔径光阑紧贴 随机散射体出射表面，偏振片置于孔径光阑之后，紧贴孔径光阑；激 光扩束镜、随机散射体、偏振片、待测量离散成像器件共光轴；待测 量离散成像器件通过图像采集卡连接到计算机上；所述计算机包含相 应图像采集和数据处理软件。所述随机散射体可以是毛玻璃，也可以是随机微透镜阵列或者积 分球。该测量装置结构简单，操作简便， 一次采图即可得到离散成像器 件的MTF;通过改变散射体出射平面孔径的大小或者离散成像器件的 位置即可测量不同的离散成像器件的MTF。本专利技术的工作过程为激光器发出的激光，经过激光扩束镜扩束后，照射到随机散射体上产生散斑，通过调整散斑出射面孔径的大小 和离散成像器件的位置，可以调整照射到离散成像器件上激光散斑的 功率谱密度(PSD)，通过对接收到的图像进行频谱分析，对比输入的PSD，即可得到离散成像器件的统计调制传递函数(MTF)。 本专利技术具有以下优点1. 测量过程不需要成像镜头，可直接测量出离散成像器件的 MTF;2. 与刀口等方法对比该测量装置简单，接收端不需要进行微米级 扫描；3. 由于激光散斑里包含丰富的频率信息，具有各态遍历性， 一次 采图测量即可得到离散成像器件的统计调制传递函数；4. 通过改变数据处理方式，可以获得整个离散探测器阵列的调制 传递函数或者某一区域的调制传递函数。附图说明图1为本专利技术装置实施例的方案图，其中，l-激光器、2-激光扩 束镜、3-随机散射体、4-孔径光阑、5-偏振片、6-待测量离散成像器 件、7-计算机。图2为散射体出射面孔径光阑为圆形时投射到离散成像器件靶面 上的功率谱密度曲线；图3为计算得到的MTF。图4为多项式最小二乘拟合后的MTF曲线。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的测量方法和装置做进一步详细描述。 参阅图l，图l是本专利技术实施例的一个结构图。由图可见，本发 明离散成像器件统计调制传递函数测量装置包括偏振光源发生装置 激光器l、激光扩束镜子2、随机散射体3、孔径光阑4、偏振片5、 待测量离散成像器件6，调整所述装置位于同一条直线上，满足共光轴条件，孔径光阑紧贴随机散射体出射表面，偏振片置于孔径光阑之 后，紧贴孔径光阑，所述计算机包含图像采集卡(配套有图像采集软 件)和相应的散斑图数据处理软件。利用本专利技术离散成像器件统计调制传递函数测量装置测量统计调 制传递函数的测量方法包含以下主要步骤(1 )将所述的离散成像器件统计调制传递函数测量装置置于避光 处，调整激光器l，激光扩束镜2，随机散射体3，偏振片5，待测量 离散成像器件6置于同一条直线上，使其保证共光轴。(2)调整随机散射体出射平面孔径光阑4的直径大小和待测离散成像器件的位置，使投射到离散成像器件靶面上的散斑的功率谱密度 截止频率足够高，在器件奈奎斯特频率的两倍处降为零。假设待测量离散成像器件的像元尺寸为^,则其奈奎斯特频率为八,—1(1)激光通过随机散射体产生的散斑通过孔径光阑后投射到离散成 像器件靶面时的功率谱密度由散斑光强的自相关函数经傅立叶变换 后可以得到。当散射体出射平面孔径光阑为圆形时，其功率谱密度在 一维上(以^方向为例)的表达式为=《) -^f^ ] (2) 曲线如图2所示。其截止频率《为乂=告 (3) 令截止频率等于两倍的奈奎斯特频率可得多4 (4)在上述诸式中，"为散射体出色面孔径光阑的直径，2为光波的波长，z为散射体出射面到离散成像器件靶面的距离。在实际的测量 过程中，光波波长和象元尺寸都是已知的，适当选取D(要大于带测量离散成像器件的靶面尺寸)，根据公式(4)就可以计算出散射体出 射表面到离散成像器件靶面的距离。G)通过计算机和图像采集卡采集离散成像器件探测到的激光散 斑图，通过对散斑图的数据处理得到散斑图的功率谱密度，与输入激 光散斑功率谱密度对比就可得到离散成像器件的调制传递函数。采集到散斑图后，首先计算其功率谱密度，具体的计算方法如下: 一个长度为TV的数列的功率谱密度计算方法为对其做傅立叶变换，取模的平方再除以数组长度；设数列为耐"]("=1，2，3……N)，则其功率谱密度为l尸KT(A:)l2 ,r、在计算机中， 一幅图像的存储方式为一个二维数组，设为/^，")， 若离散成像器件象元数位M x ^,则图像数组维数也为M x^ ;取其第z'行，成为一个一维离散数列^，")，即为/G'，i)，/(z'，2)，/(u)，"本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光散斑法测量离散成像器件的统计调制传递函数测量的方法，其特征在于：将散斑投射到离散成像器件靶面上做为输入，离散成像器件采取散斑图即为输出，对散斑图做数据处理得到输出的功率谱密度，通过输入和输出的功率谱密度对比，得到离散成像器件的统计调制传递函数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林家明，张旭升，沙定国，张海涛，周桃庚，孙若端，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。