矩形光栅法测量CCD调制传递函数的研究

　　0　引言

　　调制传递函数(MTF)一直是评价CCD成像系统质量的重要指标,因为它能够更全面、客观地反映CCD成像系统的空间频率响应特性。本文比较了CCD调制传递函数的多种测试方法,选择在现有测试设备条件下较容易实现的矩形光栅法,通过CCD与计算机相结合来实现CCD MTF的简单方便的测试。

　　1　CCD MTF的不同测试方法

　　调制传递函数定义为系统的输人调制度与输出调制度之比。由于输入图像函数可以选择多种,所以测量传递函数的方法也有多种,常用的方法主要有正弦测量法、点光源测量法、狭缝测量法、刀口测量法、矩形测量法等[1-2]。

　　1.1　正弦测量法

　　正弦测量法[3]需要能产生正弦波信号的测试卡,测试卡上各种空间频率的黑白条纹的灰度分布必须准确地按正弦规律变化,因此正弦波测试卡要求高,不易制作,而且测试时需用机械方法移动测试卡,每一次只能测某一空间频率上的MTF值。但是采用正弦函数靶标可以简化数据处理,是测量MTF最理想的靶标函数。

　　1.2　点光源测量法

　　当CCD对理想的点光源成像时就得到成像系统的点扩散函数(PSF),点扩散函数的二维傅里叶变换即为系统的光学传递函数,光学传递函数的幅值即为MTF。点光源的输入相当于将二维δ函数的靶标引入到光学成像系统上。点光源可以用光源照射到针孔上而得到,所以这种测量方法也被称为针孔法。点光源测量法的缺点是点光源难以做到,即使做到,能量也己很弱,不易进行测定。

　　1.3　狭缝测量法

　　CCD对理想的线光源成像时就得到成像系统的线扩散函数,对线扩散函数进行一维傅里叶变换作为系统的光学传递函数,光学传递函数的幅值就为MTF。狭缝测量法由于能量小,采样间隔如果不足够小,获得有用信号的信息较少而且受狭缝宽度的影响,所以采样的效果不理想,测量达不到足够的精度,计算也比较复杂。

　　1.4　刀口测量法[4]

　　CCD对刀口靶标成像,对其输出进行微分即可获得线扩散函数,对线扩散函数进行一维傅里叶变换就可以得到光学传递函数。这种方法的优点是可以利用刀口一次进行双方位扫描,靶标制作简单,既可测出线扩散函数,又可给出调制传递函数。其缺点是如果测量的光源不均匀和系统的噪声较大,在对系统的输出进行微分时,系统的线扩散函数偏差就会很大,得到的结果就会失真。

　　1.5　矩形测量法

　　矩形测量法与正弦测量法相似,只是用一定宽度的矩形波光栅靶标代替正弦靶标。这种方法计算简单而且可直接观测,缺点是高频矩形波光栅制作很困难。