光学传递函数的发展及其应用

1 引言

在应用光学领域中，对光学系统成像质量的评价一直是众所瞩目的问题。 众所周知，评价一个光学系统的成像质量优劣的根据是物空间一点发出的能量在像空间的分布状况。采取什么样的办法来描述像空间像点处光能量分布问题就是像质评价的方法。

从60年代初开始，国外一些先进的国家就开始运用一种较新的、全面而客观的像质评价方法，即现为我们所知的光学传递函数。经过多年来的实践，用光学传递函数来评价光学成像系统的像质已逐步得到了承认，并在较广泛的领域中获得了应用，如各国已制订了相应的光学传递函数的基础标准以及系列应用标准，在透镜自动设计中采用光学传递函数作为控制成像质量的价值函数。

此外，在光学信息处理的图像复元和增强中也运用到了光学传递函数，而且光学传递函数在对于成像理论的研究及光学像的改善等方面也有很大的推动作用。本文基于光学传递函数的特点，着重阐述了光学传递函数在各领域中的应用。

2 光学传递函数的特点

光学传递函数反映了光学成像系统传递信息的频率特性，用它来评价成像质量比用星点法和分辨力更全面、更客观。 由于衍射、像差以及其它因素的影响，点光源（亦称星点）经光学系统在像面及像面前后不同的截面上形成衍射像，通常称为星点像。星点像的光强分布用点扩散函数PSF（x,y）来表示。而通常所说的光学传递函数（简称OTF）是相应的点扩散函数PSF（x,y）的傅里叶变换。用公式可以表示为：



(1) 它是在零频到截止频率的频率域内对点扩散函数PSF（x,y）进行考察，定量地分析、计算，测量光学系统的对比传递特性，其中包含各个空间频率的调制传递和相位传递。那么，换言之，光学传递函数的傅里叶逆变换即为点扩散函数，用公式可以表示为：

(2)

......

由此可见，在光学传递函数的实际应用中，光学系统的成像状态的确定和特征频率的选定使得光学传递函数在成像质量的标准测试中成为切实可行，而且又便于操作以及相互间的比较。

我国自70年代起在应用光学传递函数测量与评价照相机、目视望远镜和办公用复印机等成像质量方面作了大量的研究和探讨工作，并于1984年自行研制成功了检验望远镜产品用的。

XCH一2型光学传递函数测量仪，在1992年又完成研制了红外内焦面光学传递函数测量仪。

1982年起我国开始起草制订光学传递函数的国家和行业标准，目前已同相应的国际标准一一匹配。另外，在国内的照相机行业中已采用光学传递函数来解决照相物镜设计中的计算以及像质评价中的测试，并取得了良好的效果。

4 结束语

光学传递函数已被广泛地应用在像质评价、光学设计和光学信息处理等方面。最近，国际上正在对抽样器件的调制传递函数的测量进行研究和探索。可以预见，随着科学技术的进一步发展，光学传递函数这一技术必将在更多的领域中得到应用和推广。




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