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透镜测量仪的光学系统设计及MTF算法的研究与实现

作　者: 陈圆圆
导　师: 胡泓
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 调制传递函数MTF 边缘扩散函数ESF 线扩散函数LSF 图像处理 FFT
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 260次
引　用: 4次
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内容摘要

目前国内透镜参数的测量仪器大多是靠目测,其精度低,工作量大,费时,而且大多只能实现一个或者两个参数的测量,无法满足现代化生产的要求。随着图像处理的发展,给现代的检测仪器提供了一个高效准确的途径,使检测仪器向着高效精确地方向发展,这成为高精密检测的一个发展趋势。本课题研究的目的在于通过对自动对焦方法和数字图像处理技术的研究来实现透镜主要的四个参数,有效焦距(EFL, Effective Focal Length),后焦距(BFL, Back Focal Length) ,曲率半径R和调制传递函数(MTF, Modulation Transfer Function)的快速测量。MTF是一个客观,准确,定量的像质评价指标,并且能够直接测量,已经广泛应用于光学设计,加工,检测和信息处理中。本文是基于图像分析的方法,对不同的目标像进行分析来测量透镜参数。调制传递函数计算以刀口为物目标,对刀口像进行分析处理获得边缘扩散函数(ESF, Edge Spread Function),通过对边缘扩散函数的微分来得到线扩散函数(LSF, Line Spread Function ),再对LSF作快速傅立叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)得到被测系统的MTF,从而实现了对透镜的成像品质的评价;通过分析双缝像的距离来计算透镜的EFL;结合双缝像和十字像,利用透射和反射原理来获得透镜的BFL和R。调制传递函数的测量中,采用倾斜刀口作为分析对象,与传统的竖直刀口采样相比,省掉了角度调整装置,并且提高了采样频率。通过本课题的研究,实现了透镜测量仪的快速高效准确地测量,为以后透镜参数通用途测量仪器的发展打下了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
    1.1.1 课题背景  9
    1.1.2 课题的研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外相关技术的发展现状  10-13
    1.2.1 国内的发展现状  10-11
    1.2.2 国外的发展现状  11-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-14
第2章系统光路的设计及其硬件组成  14-29
  2.1 测量光路的设计  14-15
    2.1.1 顺光路设计  14-15
    2.1.2 逆光路设计  15
  2.2 被测参数的测量光路设计  15-21
    2.2.1 有效焦距的光路设计  16-17
    2.2.2 后焦距的光路设计  17-18
    2.2.3 曲率半径的光路设计  18
    2.2.4 MTF光路设计  18-21
  2.3 系统的硬件组成  21-28
    2.3.1 目标发生器  22-23
    2.3.2 样品调整器  23-24
    2.3.3 像接收器  24-25
    2.3.4 数据采集和处理  25
    2.3.5 控制系统部分  25-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 MTF算法设计  29-38
  3.1 引言  29-30
  3.2 测量原理  30-32
  3.3 边缘扩散函数  32-35
    3.3.1 边缘扩散函数ESF的获得  32-35
    3.3.2 ESF的数据平滑处理  35
  3.4 线扩散函数  35-36
    3.4.1 线扩散函数LSF获得  35-36
    3.4.2 LSF的处理方法  36
    3.4.3 LSF的平滑方法  36
  3.5 调制传递函数MTF的获得  36-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章系统软件的整体设计  38-52
  4.1 视频图像处理程序设计  38
  4.2 图像预处理  38-40
    4.2.1 图像的去噪处理  38-39
    4.2.2 图像倾斜角度的计算  39-40
  4.3 MTF软件设计  40-42
    4.3.1 MTF软件算法流程图  40-41
    4.3.2 MTF测量软件界面  41-42
  4.4 MTF测量过程演示  42-46
  4.5 EFL，BFL，R软件设计  46-50
    4.5.1 有效焦距EFL的测量软件设计  46-47
    4.5.2 后焦距BFL的测量软件设计  47-49
    4.5.3 曲率半径R的测量软件设计  49-50
  4.6 本章小结  50-52
第5章测量结果与误差分析  52-59
  5.1 测量实例分析  52-56
    5.1.1 有效焦距的测量结果和分析  52-53
    5.1.2 后焦距的测量结果和分析  53
    5.1.3 曲率半径的测量和分析  53-54
    5.1.4 MTF的测量和分析  54-56
  5.2 主要误差来源分析  56-57
    5.2.1 光源近似无限远对测量结果的影响  56
    5.2.2 中继透镜组在实际系统中放大倍数的影响  56
    5.2.3 CCD传感器的影响  56
    5.2.4 图像采集卡的转换误差的影响  56
    5.2.5 环境杂光的影响  56-57
    5.2.6 共轴和聚焦影响  57
    5.2.7 光源的照明强弱影响  57
    5.2.8 分化板的制造精度的影响  57
  5.3 提高测量精度的方法  57-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间所发表的学术论文  63-65
致谢  65

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