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[交流学习] 对MTF的理解,有一些问题求助大家

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  • TA的每日心情
    开心
    2024-11-6 11:42
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    小白

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    发表于 2023-8-16 17:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

    如何理解光学传递函数?
    从原理上来理解光学传递函数是如何评价成像质量的,评价成像质量的两种角度的区别在哪里。
    利用OTF来评价光学系统的成像质量,则是将物体看作是各种频率的谱组成,物体的光场分布函数展开成傅里叶级数或者傅里叶积分的形式,光学系统看作线性不变的空间频率滤波器,物体经过光学系统成像时,频率不变,但是对比度下降,相位发生推移。
    (这个地方有一些疑问,光学系统是一个空间频率滤波器,为什么物体经过光学系统之后,频率不发生改变呢 频率滤波 但是频率不变 我实在是没能理解)
    光学传递函数既与光学系统的像差有关系,又与光学系统的衍射效果有关系。
    光学传递函数反映的内容:反映光学系统对物体不同频率成分的传递能力。高频部分反映物体的细节,中频部分反映物体的层次,低频部分反映物体的亮度以及轮廓。
    光学系统在通常的情况下为低通滤波器(课本上是这样说的,为什么它表现为低通滤波器?)
    我理解的MTF曲线的看法是这样的:纵坐标是Modulation,体现的其实是图像的对比度,对比度越高,成像质量越好,曾经我一直没有理解MTF曲线横纵坐标之间的关系是怎么理解的,现在有一些自己的体会了,可以帮助像我一样的小白来理解,横坐标是频率,频率是周期的倒数,那么周期反映在图像上就是两点之间的距离,频率越低,所考察的图像上的区域便越大(对比度反映的就是对应区域上最高亮度和最低亮度之间的那个差,大家应该都会),那么当频率增加时,也就是咱么上面所说的高频部分,高频部分反映物体的细节,大概也就是分辨率那么个效果,高频部分的对比度仍然很大说明该光学系统的成像质量非常好。
    然后是利用MTF曲线来评价成像质量是,我们一般从两个角度来分析成像质量。
    首先就是咱们上述对MTF曲线横纵坐标之间的理解,也就是对比度和频率之间的关系。但是对不同的光学系统,对MTF的要求是不一样的。
    (假设红线的纵坐标为0.03,蓝线的纵坐标为1)
    对于目视系统来说,人眼的对比度阈值大约是0.03,当对比度下降到0.03时,曲线二对应的频率要高于曲线一,所以光学系统二要相比于光学系统一有更高的分辨率。
    但是当评价的光学系统为摄影系统(也就是蓝线所在部分),虚线一对应的频率更高,光学系统二作为摄影系统来说可能拍摄出的图像质量可能更好,所体现出来的层次更高。
    总结来说就是对于不同的光学系统,对MTF曲线的要求不一样。
    (我自己的理解就是和光学系统的分辨极限有关系)
    其次就是通过MTF曲线的积分值来判断,理论上可以证明:像点的中心点亮度值等于MTF曲线所围面积(具体理论如何证明我也没有深挖),MTF所围的面积越大,表明光学系统所传递的信息量越多,光学系统的成像质量越清晰。


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  • TA的每日心情
    擦汗
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    小白

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    发表于 2023-8-17 08:48 | 显示全部楼层
    1. (这个地方有一些疑问,光学系统是一个空间频率滤波器,为什么物体经过光学系统之后,频率不发生改变呢 频率滤波 但是频率不变 我实在是没能理解)
    针对这个问题,光学系统在传递高频信息的时候的对比度会下降,当对比度下降到一定程度的时候,高频信息就无法得到,因此算是一种低通滤波器,通过你发的图也能看出来,你的第二个问题其实可以这样解释。你可以理解为频率没变,但是幅值降低了,幅值低到无法识别到,就相当于过滤掉了。
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  • TA的每日心情

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    发表于 2023-8-17 09:49 | 显示全部楼层
    “物体经过光学系统成像时,频率不变,但是对比度下降,相位发生推移。
    (这个地方有一些疑问,光学系统是一个空间频率滤波器,为什么物体经过光学系统之后,频率不发生改变呢 频率滤波 但是频率不变 我实在是没能理解)”

    你这个说法就是错误的,“频率不变”这个说法有问题,因为图像经过傅里叶变换后,图像的表达形式就从空间域转换到频率域了,即转换成一系列不同频率的光的线性组合了。各个频率的光波都有。经过光学系统后各个频率的光波仍然都是存在的,只不过复振幅发生了变化而已,经过系统后的复振幅的模和原来的复振幅的模的比就是MTF在这个频率处的值


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  • TA的每日心情
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     楼主| 发表于 2023-8-17 10:27 | 显示全部楼层
    design新手 发表于 2023-8-17 09:49
    “物体经过光学系统成像时,频率不变,但是对比度下降,相位发生推移。(这个地方有一些疑问, ...

    “频率不变”这些话是教材上的原话(工程光学第四版 220页下部分), 虽然但是我也觉得这个话说的不太严谨
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     楼主| 发表于 2023-8-17 10:29 | 显示全部楼层
    Ailliam 发表于 2023-8-17 08:48
    1. (这个地方有一些疑问,光学系统是一个空间频率滤波器,为什么物体经过光学系统之后,频率不发生改变呢  ...

    通过无法识别来理解过滤,你这个思考角度很好。
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  • TA的每日心情
    开心
    2023-8-7 00:25
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    发表于 2023-8-17 11:21 | 显示全部楼层
    Zemax里照相系统理论分辨率N0=1/λF,通常光圈很有限,不能得到物体360范围的信息,因此细节清晰度受限,好像被滤掉一样,这是极限分辨率。极限分辨率使用的是1:1000对比度黑白靶标,真实的黑白片摄影不是非黑即白,大部分是灰色调部分的。对应靶标的对比度是0.6、0.3、0.0625的,也就是MTF曲线中部不能凹陷。凹陷了说明灰色部分细节不清楚。MTF传递函数值是调制度,他很像对比度,调制度=(最大亮度-最小亮度)/(最大亮度+最小亮度)。
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    发表于 2023-8-17 11:23 | 显示全部楼层
    本帖最后由 Ds12345679 于 2023-8-17 11:25 编辑

    Zemax里照相系统理论分辨率N0=1/λF,通常镜头光圈很有限,不能得到物体360度范围的信息,因此细节清晰度受限,好像被滤掉一样,这是极限分辨率。极限分辨率使用的是1:1000对比度黑白靶标,真实的黑白片摄影不是非黑即白,大部分是灰色调部分的。对应靶标的对比度是0.6、0.3、0.0625的,也就是MTF曲线中部不能凹陷。凹陷了说明灰色部分细节不清楚。MTF传递函数值是调制度,他很像对比度,调制度=(最大亮度-最小亮度)/(最大亮度+最小亮度)。
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