基于数字图像处理的MTF测试及算法的研究

摘要

近代光学理论中，光学传递函数已经成为了评价成像质量的一个重要指标。这一指标客观，准确，并且能够定量进行分析，比之于早期的鉴别率测试和星点检验都更为先进。如今，随着计算机编程技术的快速发展和高精度光电检测器件的日益改进，光学传递函数的计算和测量工作日趋完善，已经广泛应用于光学设计，加工，检测和信息处理等方面。本文所研究的光学传递函数测试仪，是以实际的工程项目为基础，结合数字图像处理方面的理论技术，通过对调制传递函数数理理论和检测理论的深入研究，从而实现对光学成像镜头像质进行精确检测的一种设备。
　　 本论文的主要内容如下：
　　 首先，论文简述了近代傅立叶光学理论的发展，包括光学传递函数理论的提出背景和发展历史。简要说明了当今国内外光学传递函数的发展水平，指出了测试技术的发展方向。阐述了本文的研究背景和意义，提出了本论文的主要工作。
　　 其次，论文阐述了一般像质评价的方法，并简要说明了光学传递函数作为评价指标的特点。在此基础上，详细分析了光学传递函数的表示方法和评价方法。同时基于数字傅立叶分析测量法的原理，分析了使用快速傅立叶变换对图像进行处理的的优点，简要的推导了快速傅立叶变换的过程，提出了使用蝶形算法的办法。
　　 以上面的内容为基础，论文给出了搭建了测试系统所需的硬件架构，编写了应用程序。对所采用的算法给出了实现的代码。通过对镜头样品进行的一系列测试，对测试系统的稳定性，产生误差的原因和解决措施做了分析与探讨。
　　 最后，对全文所做的工作进行了总结，提出有待改进的问题，以及目前工作中存在的不足，并且对将来的工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1近代傅立叶光学理论的提出

1.2光学传递函数技术的发展

1.3国内外光学传递函数测量技术的现状

1.3.1国外的测试技术现状

1.3.2国内的测试技术现状

1.4本论文的研究背景和实际意义

1.5本论文的主要工作

2光学系统的像质评价与光学传递函数

2.1一般像质评价的方法

2.2光学传递函数的特点

2.3光学传递函数的表示

2.3.1 OTF的常规表示

2.3.2以MTF曲线族表示

2.4 MTF的评价方法

3 MTF测量的理论依据

3.1基于扫描法的数字傅立叶分析法

3.2基于数字图像处理的快速傅立叶变换

3.3快速傅立叶变换算法

3.3.1离散傅立叶变换

3.3.2快速傅立叶变换

4 MTF测试系统的硬件构成

4.1系统功能图

4.2测试系统装置的构成

4.3点光源成像系统

4.3.1白光光源模块

4.3.2离轴抛物面反射镜模块

4.4图像采集模块

4.4.1测试系统所采用的CCD

4.4.2图像采集卡

4.5步进电机控制模块

4.5.1场聚焦模块

4.5.2步进电机

4.5.3步进电机驱动系统

5 MTF测试系统的软件与算法实现

5.1图像采集模块

5.1.1图像采集卡概述

5.1.2用VC++实现对图像的采集

5.2图像预处理模块

5.2.1设备无关位图(DIB)

5.2.2图像噪声处理

5.3 MTF值计算模块

5.3.1线扩散函数曲线

5.3.2快速傅里叶变换的实现

5.3.3绘制MTF曲线

5.4步进电机控制模块

5.4.1步进电机的驱动

5.4.2步进电机的自动调焦

5.4.3自动调焦的程序实现

6测试结果及误差分析

6.1测试步骤

6.2测试结果

6.3对比实验

6.4测试系统的误差分析与校正

6.4.1光学成像系统的影响

6.4.2 CCD的误差影响

6.4.3步进电机的影响

7结束语

7.1本文的创新点

7.2 工作中的不足

致 谢

参考文献