《相干系统理论》PPT课件.ppt

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1、第三章第三章 光学成像系统的频谱分析光学成像系统的频谱分析1课程内容二维线性系统分析二维线性系统分析3.2 光学系统的频域描述光学系统的频域描述：传递函数：传递函数3.3 光学成像系统的相干传递函数光学成像系统的相干传递函数 3.4 光学传递函数光学传递函数3.5 相干与非相干成像系统的比较相干与非相干成像系统的比较 3.6 光学传递函数的计算光学传递函数的计算3.7 光学传递函数的测量光学传递函数的测量本章将光学成像系统作为线性不变系统，运用傅本章将光学成像系统作为线性不变系统，运用傅立叶变换理论研究系统的立叶变换理论研究系统的I/O关系，介绍光学传递关系，介绍光学传递函数的基本概念，基本理

2、论，计算方法和测量方法。函数的基本概念，基本理论，计算方法和测量方法。2光学传递函数研究的历史背景光学传递函数研究的历史背景 1873 1873年阿贝二次衍射成像理论和年阿贝二次衍射成像理论和19061906年的阿贝波特实验年的阿贝波特实验;1938 1938年，德国人菲利塞（年，德国人菲利塞（FrieserFrieser）提出用正弦掩模板检验）提出用正弦掩模板检验光学系统像质光学系统像质;20 20世纪世纪4040年代，傅立叶光学兴起；年代，傅立叶光学兴起；19461946年，法国人杜菲克年，法国人杜菲克斯（斯（DuffieuxDuffieux）发表）发表“傅立叶变换及其在光学中的应用傅立叶

3、变换及其在光学中的应用”;”;1948 1948年，美国人赛德（）提出用传递函数评价电视摄像系年，美国人赛德（）提出用传递函数评价电视摄像系统像质统像质;20 20世纪世纪5050年代，英国霍普金斯将光学传递函数引入光学设年代，英国霍普金斯将光学传递函数引入光学设计和检验；计和检验；我国研究始于我国研究始于2020世纪世纪7070年代，最高水平为长春光机所和北年代，最高水平为长春光机所和北理工。理工。3阿贝阿贝-波特实验波特实验4学习的目的和意义学习的目的和意义 用频谱分析方法来描述和分析光学系统物像关系和成像用频谱分析方法来描述和分析光学系统物像关系和成像 机理，用光学传递函数来进行光学系统

4、设计和像质鉴定，机理，用光学传递函数来进行光学系统设计和像质鉴定，丰富和发展了光学仪器理论，推动了光学技术进步。丰富和发展了光学仪器理论，推动了光学技术进步。光学传递函数客观地描述系统对光信息的传递特性，是光学传递函数客观地描述系统对光信息的传递特性，是客观评价成像质量的综合指标，通过计算传递函数，可以客观评价成像质量的综合指标，通过计算传递函数，可以在设计阶段就明确知道系统的成像质量；应用在设计阶段就明确知道系统的成像质量；应用MTFMTF作为优作为优化设计的评价函数，更容易得出最佳的设计结果。化设计的评价函数，更容易得出最佳的设计结果。光学检验中采用光学检验中采用OTFOTF测量，消除了传

5、统方法中人为的主观测量，消除了传统方法中人为的主观因素，解决了测量指标与实际像质之间的定量评价问题。因素，解决了测量指标与实际像质之间的定量评价问题。光学传递函数的基本理论和相关技术，是工程光学专业光学传递函数的基本理论和相关技术，是工程光学专业学生必须掌握的最基本的专业知识。学生必须掌握的最基本的专业知识。5 二维线性系统分析二维线性系统分析3.1.1.系统系统 63.1.2 线性系统与叠加积分线性系统与叠加积分1.线性系统的定义线性系统的定义 72.光学系统的脉冲响应函数光学系统的脉冲响应函数(点扩散函数点扩散函数)【“点基元点基元”分析方法】分析方法】83.1.3 线性空间不变系统与卷积

6、线性空间不变系统与卷积9103.2.1 线性不变系统的频域描述线性不变系统的频域描述 11空域与频域描述的比较空域与频域描述的比较1.从输入函数计算输出函数的运算流程不同从输入函数计算输出函数的运算流程不同:空域空域:卷积关系卷积关系 频域频域:傅里叶变换傅里叶变换相乘相乘傅里叶逆变换傅里叶逆变换2.基元函数不同基元函数不同:点基元点基元点扩散函数点扩散函数,空域和频域的基元函数不同空域和频域的基元函数不同 平面波基元平面波基元平面波基元平面波基元,空域和频域的基元函数相同空域和频域的基元函数相同 123.2.2.3.2.2.线性空间不变系统的本征函数线性空间不变系统的本征函数由于输入由于输入

7、/输出基元输出基元函数相同函数相同,才可以才可以定义一个传递函数定义一个传递函数.133.2.3 传递函数传递函数 14重要结论重要结论153.3 3.3 光学成像系统的相干传递函数光学成像系统的相干传递函数16物理模型的说明物理模型的说明173.3.2 3.3.2 衍射受限系统的相干传递函数衍射受限系统的相干传递函数1.1.系统脉冲响应函数系统脉冲响应函数 1819系统相干传递函数系统相干传递函数 203.3.3 3.3.3 相干传递函数与光瞳函数的关系相干传递函数与光瞳函数的关系 21 的意义的意义 22正方形光瞳和圆形光瞳的成像系统正方形光瞳和圆形光瞳的成像系统相干传递函数示意图相干传递函数示意图 23243.3.4.像差的影响像差的影响25谢 谢 ！26