光学检查镜头的MTF测试方法研究

论文摘要

随着光电检测器件性能的不断提高和计算机技术的高速发展,光学检查镜头在工业自动化检测系统中得到了广泛应用,对镜头成像质量的要求也越来越高,如何选择一种行之有效的方法对镜头的成像质量进行准确评价也显得尤为重要。MTF(调制传递函数)是一个准确、客观并且定量的像质评价指标,被公认为当前光学系统像质评价方法中最有效、最全面的方法。本文针对现阶段实验室开发的工业用光学检查镜头的检测系统中存在的缺陷,在对光学传递函数理论和常用的MTF测试方法进行深入研究的基础上,对现有的图像采集和对比度分析方法进行改进,并采用狭缝法和刃边法测试镜头的MTF曲线,与目前测试方法的结果进行对比分析,实现对现有对比度法有效性的标定。本文第一部分介绍比较了几种常用的像质评价方法,以及MTF测试技术在国内外的发展状况。阐述了光学检查镜头在工业上的发展应用及目前实验室所采用的镜头检测方法,最后提出了本文的研究目标。本文第二部分主要介绍了MTF测试技术的理论基础,包括光学传递函数的定义,PSF、LSF、ESF和MTF的关系,并介绍了常用的三种MTF测试方法:狭缝法、刃边法和对比度法。本文第三部分详细阐述了整个MTF测试系统平台的硬件组成。本文第四部分重点阐述了MTF测试系统的软件实现。介绍了图像采集模块的改进设计,以及本文所采用的图像数据处理算法,阐述了CCD的MTF实验标定方法,并分析了三种MTF测试方法的软件实现流程。本文第五部分对三种方法的轴上视场和轴外视场实验测试结果分别进行了对比,并分析了系统误差来源。最后对本文完成的研究工作进行了总结,并对下一阶段的工作方向进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 光学系统的像质评价方法概述
• 1.2 MTF测试方法的研究意义
• 1.2.1 MTF作为像质评价指标的优点
• 1.2.2 MTF测试的国内外研究现状
• 1.3 本课题的研究背景
• 1.3.1 光学检查镜在工业上的应用
• 1.3.2 课题的提出
• 1.4 论文的主要特色和结构安排
• 2 MTF测试技术的理论基础
• 2.1 光学传递函数的基本理论
• 2.1.1 光学传递函数的定义
• 2.1.2 PSF,LSF,ESF和MTF的关系
• 2.1.3 级联系统的MTF
• 2.2 常用MTF测试方法分析
• 2.2.1 狭缝法测试MTF
• 2.2.2 刃边法测试MTF
• 2.2.3 对比度法测试MTF
• 3 MTF测试系统装置组成
• 3.1 光源和目标物
• 3.2 机械装置
• 3.3 CCD成像器件
• 3.3.1 CCO的分类及噪声源
• 3.3.2 CCD的调制传递函数
• 3.3.3 测试系统CCD的选择
• 3.4 图像采集卡
• 4 MTF测试系统的软件实现
• 4.1 图像采集模块的改进设计
• 4.1.1 图像采集过程的改进
• 4.1.2 图像采集模块的软件实现
• 4.2 图像数据处理算法
• 4.3 图像处理部分的软件实现
• 4.3.1 CCD的MTF测试流程
• 4.3.2 狭缝法MTF测试流程
• 4.3.3 刃边法MTF测试流程
• 4.3.4 对比度法MTF测试流程
• 5 实验测试结果对比及误差分析
• 5.1 三种方法测试结果对比
• 5.1.1 轴上视场
• 5.1.2 轴外视场
• 5.1.3 对比结果分析
• 5.2 系统误差来源分析
• 6 总结和展望
• 6.1 本论文研究工作总结
• 6.2 进一步的工作方向
• 参考文献
• 作者简介