CSFTF-BL - учебная система для измерения оптической передаточной функции

Учебная система CSFTF-BL предназначена для практического освоения методов оценки качества изображения оптических систем на основе теории оптической передаточной функции (OTF). В современной оптике OTF является наиболее объективным и информативным критерием качества, позволяющим количественно описать способность оптической системы передавать различные пространственные частоты от объекта к изображению.

Принцип работы системы

Метод основан на измерении отклика оптической системы на тест-объект в виде узкой щели, которая математически может быть описана как одномерная функция. Изображение щели формируется исследуемым объективом на матрице CMOS-камеры. Полученное распределение интенсивности в направлении, перпендикулярном щели, представляет собой линейную функцию рассеяния (Line Spreading Function, LSF). Поскольку щель имеет конечную ширину, измеренное распределение является сверткой истинной LSF и геометрического изображения щели.

Экспериментальная установка для измерения передаточной функции с непрерывной пространственной частотой

С помощью быстрого преобразования Фурье (FFT) компьютер вычисляет спектр измеренного распределения. При условии, что ширина щели достаточно мала (на порядок меньше характерной ширины LSF), её вкладом в спектр можно пренебречь. В этом случае Фурье-образ L'(x) напрямую даёт оптическую передаточную функцию (OTF) системы. Модуль OTF представляет собой модуляционную передаточную функцию (Modulation Transfer Function, MTF), которая показывает, как убывает контраст изображения с ростом пространственной частоты.

Ключевые теоретические основы

1. Фурье-описание изображения. Любое двумерное распределение интенсивности может быть разложено в спектр пространственных частот. Низкие частоты отвечают за крупные детали и фон, высокие – за мелкие детали и резкость.
2. Дифракционно-ограниченные системы. Даже в идеальной оптической системе из-за дифракции на апертуре существует предельная пространственная частота среза, выше которой передача информации невозможна. Реальная система из-за аберраций имеет MTF ниже дифракционного предела.
3. Непрерывный метод измерения. Использование щели (непериодического объекта) позволяет получить непрерывный спектр пространственных частот и измерить MTF во всём диапазоне вплоть до частоты среза, в отличие от методов, использующих периодические миры.

Система включает CMOS-камеру с разрешением 2592×1944 пикселей, исследуемый объектив, источник света и щелевой тест-объект. Программное обеспечение выполняет захват изображения, быстрое преобразование Фурье и отображение кривой MTF.