基于C8051F340的MTF测试系统的研究

摘要

光学调制传递函数(MTF)已被公认为是当前评价光学成像系统质量最客观，最有效的方法之一。因为它能够真实地反映一个光学成像系统的空间频率响应特性。随着计算机技术、光电检测器件、图象处理技术的不断发展，光学调制传递函数测试技术也在不断的发展，已经广泛应用工业检测，光学设计和图像处理等领域。因此，本课题在通过对光学调制传递函数测试理论研究的基础上，提出了一种基于特征像分析的MTF测试技术，并广泛应用于光学镜头生产中对镜头成像质量的检测。
　　 本论文以特征像分析为依据，采用倾斜刀口作为目标物，在像面上用CMOS成像器件来获取图像的边缘扩散函数，同时利用自适应平均行数算法来抑制噪声，通过对边缘扩散函数(ESF)进行微分获得线扩散函数(LSF)，最后对线扩散函数(LSF)平滑处理后进行傅里叶变换，从而得到调制传递函数(MTF)。该方法具有光学结构简单、数据处理容易等优点。同时克服了采样混叠、获取能量不足和噪声干扰等缺点。系统硬件采用OV7670图像传感器和C8051F340微控制器进行图像采集和传输，并实现了基于C8051F340的USB通讯接口设计。然后在该硬件电路的基础上，编写了系统的固件程序，以及利用C#（Csharp）编写了上位机软件的图形用户界面，同时在MATLAB的平台上实现了MTF算法，并能够判断出镜头成像质量的检测结果。
　　 经实验验证与测试后，整个系统运行稳定，达到设计要求。所得结果与IMATEST软件模拟仿真的结果比较，在空间频率较低时其误差能达到3％以内。整个测试系统计算容易、结构简单，能够很好地满足光学成像系统检测的要求，可以应用到实际的生产实践当中。

目录

声明

英文摘要　

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 国内现状

1.3 本课题研究的主要工作

第二章 MTF测试技术的理论基础

2.1 调制传递函数

2.1.1 光学系统成像和点扩散函数

2.1.2 PSF, LSF, ESF和MTF的关系

2.2 光学传递函数的测试方法

2.2.1 扫描法

2.2.2 频谱对比法

2.2.3 自相关法

2.2.4 互相关法

2.3 基于特征像分析的MTF测试方法

2.3.1 针孔像分析

2.3.2 狭缝像分析

2.4.3 刀口像分析

2.4 本文采用的测量方法

2.4.1 自适应平均行数

2.4.2 边缘扩散函数的计算

2.4.3 线扩散函数的计算

2.4.4 调制传递函数的计算

2.5 总结

第三章 系统硬件设计

3.1 MTF测试系统组成框架

3.2 标准测试图谱的构成

3.3 CMOS图像传感器

3.4 FIFO芯片

3.5 C8051F340微控制器

第四章 MTF测试系统的软件设计

4.1 图像采集的软件设计

4.2 USB通信的软件设计

4.2.1 固件程序设计

4.2.2 应用程序设计

第五章 实验结果分析

5.1 图像采集界面

5.2 IMATEST

5.3 实验数据分析

5.4 误差分析

第六章 结论与展望

6.1 总结

6.2 进一步改进的措施

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

附录1 MTF测试现场图

附录2 OV7670电路原理图

附录3 图像采集与传输电路图

附录4 图像采集与传输电路的PCB

附录5 图像采集实物图

致谢