一种成像系统的成像质量检测方法及系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种成像系统的成像质量检测方法及系统，所述方法包括如下步骤：成像系统的成像质量检测方法，其特征是，包括如下步骤：（1）生成多幅m×n大小的随机图像并显示在液晶屏上；其中m和n为大于2的自然数；（2）通过待测光学系统将屏幕上的随机图像成像在CCD图像传感器上；（3）根据原始图像和CCD采集到的图像的功率谱密度，得到待测光学系统的二维调制传递函数；（4）用高阶泽尼克多项式来描述波前差，构建波前差方程组后，对调制传递函数与波前差之间的函数关系进行解算，求出待测系统波前差。所述系统包括：随机图像生成装置、二维调制传递函数计算装置、波前差计算装置。
【专利说明】一种成像系统的成像质量检测方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种成像系统的成像质量检测方法及系统。
【背景技术】
[0002]目前，对光学成像系统成像质量的检测方法有许多种，比如:波前差(也称波象差，表示实际波前和理想无偏差状态的波前之间的偏差)方法和调制传递函数方法等。
[0003]调制传递函数可以直观地测量成像系统的成像质量，因而，在像质检测领域具有广泛的应用。在实际测量中，调制传递函数较之光学传递函数和相位传递函数更易于测量。但目前在成像检测领域常用的调制传递函数是一维调制传递函数，即只分析物面上某个方向不同空间频率的光波经过系统后强度变化情况。一维调制传递函数不但表达的信息有限，对成像质量的表达不全面，而且不利于快速计算波前差。
[0004]求取待测系统的波前差，可以对系统所存在的误差类型进行综合判断，实现快速测量；这对于实际系统的元件加工和系统装配具有重要的指导意义，有利于提升系统成像质量。但目前现有技术中并没有很好的测量波前差的手段。
[0005]因此，现有技术中检测成像系统的成像质量的方法需要改进。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是提出一种成像系统的成像质量检测方法及系统，能更加全面地反映成像质量，并且可以对系统所存在的误差类型进行综合判断。
[0007]为此，本发明提出的成像系统的成像质量检测方法包括如下步骤:成像系统的成像质量检测方法，其特征是，包括如下步骤:(I)生成多幅mX η大小的随机图像并显示在液晶屏上；其中m和η为大于2的自然数；(2)通过待测光学系统将屏幕上的随机图像成像在CCD图像传感器上；(3)根据原始图像和CCD采集到的图像的功率谱密度，得到待测光学系统的二维调制传递函数；(4)用高阶泽尼克多项式来描述波前差，构建波前差方程组后，对调制传递函数与波前差之间的函数关系进行解算，求出待测系统波前差。
[0008]本发明的成像系统的成像质量检测系统包括:随机图像生成装置，用于生成多幅mXn大小的随机图像并显示在液晶屏上；其中m和η为大于2的自然数；(XD图像传感器，用于通过待测光学系统将屏幕上的随机图像成像；二维调制传递函数计算装置，用于根据原始图像和CCD采集到的图像的功率谱密度，得到待测光学系统的二维调制传递函数；波前差计算装置，所述波前差计算装置用高阶泽尼克多项式来描述波前差，构建波前差方程组后，对调制传递函数与波前差之间的函数关系进行解算，求出待测系统波前差。
[0009]本发明利用随机图像测量二维传递函数，并进而求取待测系统波前差，二维调制传递函数可以同时分析物面上任意方向的不同空间频率的光波经过系统后强度变化情况。该方法可以对系统所存在的误差类型进行综合判断，实现快速测量；这对于实际系统的元件加工和系统装配具有重要的指导意义，有利于提升系统成像质量。【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例测量过程示意图；
[0011]图2、图3分别是本发明实施例原始随机图像和CCD采集到的随机图像；
[0012]图4是本发明实施例中待测实验光学系统的波前差示意图。
【具体实施方式】
[0013]在本发明下述实施例中，先测量光学成像系统的二维调制传递函数，然后对光学传递函数计算公式做进一步推导，得到调制传递函数与波前差之间的关系，进而利用调制传递函数来反算系统波前差，找到一条获得实际系统波前差的新途径。
[0014]二维调制传递函数是相对一维调制传递函数而言的，它们之间的区别在于:二维调制传递函数可以同时分析物面上任意方向的不同空间频率的光波经过系统后强度变化情况。在频域上，一维调制传递函数是一条曲线，二维调制传递函数是一个曲面。
[0015]为了测量实际系统的二维调制传递函数，本系统利用MATLAB (美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境)生成1500幅256 X 256大小的随机图像并显示在液晶屏上，利用待测光学系统将屏幕上的随机图像成像在CCD图像传感器上；然后，分析原始图像和CCD采集到的图像的功率谱密度，以求得待测光学系统的二维调制传递函数。随后，用高阶泽尼克多项式来描述波前差，构建波前差方程组后，对调制传递函数与波前差之间的函数关系进行解算，求出待测系统波前差。详细说明如下:
[0016]一、二维调制传递函数测量方法:
[0017]利用电荷耦合器件(CCD)对成像系统进行调制传递函数检测已经成为该领域的一个重要手段。由于CCD本身的离散特性，测试过程不再满足平移不变性，即物面与CCD存在不同相位偏移的时候测量结果也不同。利用随机图像进行调制传递函数检测，无需机械扫描就可以满足平移不变性。随机图像是指功率谱密度分布近似为白噪声的图像信号，各频率分量的功率谱密度围绕某个值上下小幅波动。随机图像的形式有随机条纹、随机数图像、激光散斑等，目前国内外研究领域利用随机图像进行MTF测试的都是一维调制传递函数，即只利用图像水平或者垂直方向的功率谱密度来计算调制传递函数。虽然有研究人员采用类似棋盘格形式的二维目标物对成像光学系统的MTF进行分析，但是测量结果仍然以一维调制传递函数的形式给出。二维调制传递函数测试与一维调制传递函数测试中，只用某个方向的功率谱密度有所不同，二维调制传递函数测试是将随机图像视为一个整体来分析图像的二维功率谱密度。在图像分析阶段，一维调制传递函数分析采用一维快速傅立叶变换，二维调制传递函数采用二维快速傅立叶变换。
[0018]本实施例利用MATLAB自带的随机数发生器产生1500个(也可以是其他个数，数量越多所得结果越精确，这里选择1500个所得结果已经满足要求，数量再多虽然结果更精确，但测量时间也会更长，综合取舍选1500个)256X256大小(也可以是其他大小；要根据显示屏像素大小、待测光学系统的放大倍率和CCD像面的大小来确定矩阵大小,对本实施例来说256X256是最合适的)的随机数矩阵，然后逐一将这些随机数矩阵显示在液晶屏上得到随机图像。每张随机图像经过待测光学系统后在CCD上成像，对CCD采集到的图像进行二维功率谱密度分析，可以推算待测光学系统的二维调制传递函数。[0019]实验系统:假设液晶屏的像素间距为1，待测光学系统的放大倍率为M，CXD的像
兀大小为dXd。则液晶屏在待测光学系统像面处的最闻空间频率为
【权利要求】
1.一种成像系统的成像质量检测方法，其特征是，包括如下步骤: (1)生成多幅HiXn大小的随机图像并显示在液晶屏上；其中m和η为大于2的自然数； (2)通过待测光学系统将屏幕上的随机图像成像在CXD图像传感器上； (3)根据原始图像和CCD采集到的图像的功率谱密度，得到待测光学系统的二维调制传递函数； (4)用高阶泽尼克多项式来描述波前差，构建波前差方程组后，对调制传递函数与波前差之间的函数关系进行解算，求出待测系统波前差。
2.如权利要求1所述的成像系统的成像质量检测方法，其特征是:所述步骤(4)中求出待测系统波前差是利用公式:
3.如权利要求2所述的成像系统的成像质量检测方法，其特征是:所述步骤(4)中求出待测系统波前差包括如下步骤: 选择一组二维调制传递函数数据代入下式中，得到一组只含有泽尼克多项式拟合系数的方程:
4.一种成像系统的成像质量检测系统，其特征是，包括: 随机图像生成装置，用于生成多幅mXn大小的随机图像并显示在液晶屏上；其中m和η为大于2的自然数； CCD图像传感器，用于通过待测光学系统将屏幕上的随机图像成像； 二维调制传递函数计算装置，用于根据原始图像和CCD采集到的图像的功率谱密度，得到待测光学系统的二维调制传递函数； 波前差计算装置，所述波前差计算装置用高阶泽尼克多项式来描述波前差，构建波前差方程组后，对调制传递函数与波前差之间的函数关系进行解算，求出待测系统波前差。
5.如权利要求4所述的成像系统的成像质量检测系统，其特征是:所述调制传递函数的计算公式为:
【文档编号】G01M11/02GK103499432SQ201310440198
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】程雪岷, 郝群, 康吉强 申请人:清华大学深圳研究生院, 北京理工大学