本发明专利技术涉及一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置，属于光学系统像质评价技术领域，该装置包括照明光源、窄带滤光片、平场显微物镜、针孔分划板、第一光学准直系统、偏振分束镜、可调光密度板、第一标准平面反射镜、第二标准平面反射镜、分束镜、标定相机、耦合物镜、第二光学准直系统、高精度位移调整台和控制器。本发明专利技术所提出的用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置可以准确模拟空间频率和调制度均与待测光学系统匹配的灰度余弦分布目标，以该灰度余弦分布目标作为输入实现待测光学系统的MTF检测，不仅符合MTF的原始定义，而且可直接测量出待测光学系统的MTF，无需后续的数据处理，从而提高MTF检测的精度和效率。
【技术实现步骤摘要】
用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置
本专利技术涉及光学系统像质评价
，特别是涉及一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置。
技术介绍
目前，空间光学相机大多采用时间延迟积分电荷耦合器件(TimeDelayedIntegrationCCD，TDICC)配合前端的光学望远镜来获取地面景物信息，其中TDICCD线阵方向对应于空间光学相机视场方向，与之垂直的是穿轨方向，景物图像由TDICCD随时间积分获得。空间光学相机在地面测试过程中采用调制传递函数(ModulationTransferFunction，MTF)作为标准，定量评价空间光学相机的成像质量。目前MTF的测试方法较多，对于采用TDICCD作为传感器的空间光学相机，由于其受制于地面测试过程中不易获得垂直于TDICCD线阵方向维度的图像，因此常采用灰度按方波分布的光学目标作为输入，依据空间光学相机输出图像的灰度信息及其分布，测得空间光学相机全部成像链路的系统级对比度传递函数(ContrastTransferFunction，CTF)，再依据CTF与MTF之间的泰勒级数展开关系，并忽略高阶分量后，近似计算得到空间光学相机的系统级调制传递函数，也称为系统静态调制传递函数。但是这种以灰度按方波分布的光学目标作为输入而获得系统级调制传递函数的方法存在以下缺陷：(1)使用灰度方波分布的黑白条纹光学目标或者黑白条纹光学靶标作为输入，方波的空间频率需要根据待测空间光学相机中望远镜的焦距、检测用光学准直系统(即平行光管)的焦距、TDICCD像元尺寸，并依据Nyquist定律计算对应的系统截止频率和各阶分频，而上述各焦距值的测量误差对灰度方波分布的光学目标空间频率的计算精度有较大影响；此外灰度方波分布的光学目标采用的是光学刻蚀工艺制造，其制造精度一般在微米量级，难以做到与理论计算得到的待测系统截止空间频率(一般为非整数)完全匹配。因此综合上述各项误差，将会对空间光学相机的系统级调制传递函数的检测结果引入较大的不确定度。(2)受采样定理所限，输入的灰度方波分布的光学目标与TDICCD线列的初始对准精度对CTF测量结果有较大影响，当初位置偏差较大时甚至会引起CTF测量结果出现振荡。为避免CTF出现振荡，目前的解决方法通常是在所有的输出条纹线对图像中依据灰度值进行全域搜索，根据相邻条纹灰度对比度最大的搜索结果作为输出图像的对比度检测结果，但这种解决方法将导致CTF检测结果存在较大的偶然性，进而影响MTF计算精度。(3)由于传递函数的定义是线性系统对于余弦分布函数的输出响应，因此需要对测得的CTF结果进行进一步的数学处理，在进行CTF与MTF之间的数学转换时，理论上应该通过多次测量获得对应高阶分频的CTF值，再分别将其带入泰勒级数展开式，计算得到MTF。当系统空间截止频率较低时，现有技术中忽略高阶分频项的数学处理方法不会对MTF测量精度产生较大影响，然而随着TDICCD分辨率的不断提高，这种忽略高阶分频项的数学处理方法将会对MTF的最终计算结果产生显著的影响。此外，将光纤传像束引入传统光电成像系统，可以使光路具备“柔性”，并显著提高光电仪器的综合性能，但利用现有像质评价技术对全部成像链路的成像质量进行测评，则存在较大困难。对于含有光纤传像束的光电成像系统，由于存在面阵光纤传像束像元与面阵CCD像元之间的耦合采样效应，使得成像系统具有耦合离散采样特性。目前用于面阵CCD作为探测器的光电成像系统的MTF检测的技术，主要包括倾斜狭缝或刃口像分析技术、点源目标图像分析技术等，但这些技术均难以满足上述引入光纤传像束的光电成像系统的像质评价需求，主要原因在于：(1)根据倾斜狭缝、倾斜刃口、点源目标的图像分析技术均是基于快速傅里叶变换和级联相乘理论而实现的，但对于两级耦合离散采样成像系统而言，其存在像元耦合误差，这将导致基于快速傅里叶变换理论的MTF计算结果随系统中所含耦合像元的数量振荡收敛，即只有当系统中所含耦合像元达到一定数量后，系统的MTF才会收敛为固定值。(2)倾斜刃口、倾斜狭缝图像分析法虽可兼顾面阵CCD的离散采样特性，提高采样的空间频率和MTF检测精度，但受像元耦合误差所限，其在刃口函数进行逆傅里叶变换以解算线扩散函数的过程中会引入大量随机噪声，对MTF的测量结果产生较大影响。
技术实现思路
现有技术中的灰度方波分布光学目标是通过光学刻蚀工艺制备在玻璃基板上的，导致灰度方波分布光学目标的空间频率和对比度不能任意连续调节，只能通过制造多组条纹划分板再进行人工更换而实现对具有不同光电参数的空间光学相机和具备耦合离散采样特性的光电成像系统的MTF检测，使得MTF的检测效率较低，并且使得以灰度方波分布光学目标作为输入检测空间光学相机和具备耦合离散采样特性的光电成像系统的MTF的精度不高。基于此，有必要针对现有技术中对空间光学相机和具备耦合离散采样特性的光电成像系统的MTF检测效率较低、检测精度不高的问题，提供一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置，所述装置包括照明光源、窄带滤光片、平场显微物镜、针孔分划板、第一光学准直系统、偏振分束镜、可调光密度板、第一标准平面反射镜、第二标准平面反射镜、分束镜、标定相机、耦合物镜、第二光学准直系统、高精度位移调整台和控制器，所述照明光源发出的准直平行光束经所述窄带滤光片滤波后生成准直单色光，所述准直单色光依次照射进入所述平场显微物镜、所述针孔分划板和所述第一光学准直系统，且所述平场显微物镜与所述第一光学准直系统的相对孔径相同，所述针孔分划板位于所述平场显微物镜的物方焦平面；所述第一光学准直系统出射的准直平行光束照射至所述偏振分束镜，所述偏振分束镜对所述准直平行光束进行偏振反射和偏振折射后，得到偏振方向正交的第一偏振单色光束和第二偏振单色光束；所述第一偏振单色光束经过所述可调光密度板后被所述第一标准平面反射镜反射至所述偏振分束镜，且反射后的所述第一偏振单色光束的偏振角度旋转90°，所述可调光密度板的轴向和所述第一标准平面反射镜的光轴均与所述准直平行光束的光轴垂直；所述第二偏振单色光束被所述第二标准平面反射镜反射至所述偏振分束镜，且反射后的所述第二偏振单色光束的偏振角度旋转90°，所述第二标准平面反射镜的光轴与所述准直平行光束的光轴平行；所述偏振分束镜对所述第一标准平面反射镜反射的光束和所述第二标准平面反射镜反射的光束分别进行折射和反射后，得到与所述准直平行光束的光轴垂直的干涉光束；所述干涉光束照射至所述分束镜，所述分束镜对所述干涉光束进行反射和折射后，得到标定干涉光束和目标干涉光束；所述标定干涉光束照射至所述标定相机的成像物镜；所述耦合物镜的物面为无穷远，且所述耦合物镜的焦距和相对孔径分别与所述标定相机的成像物镜的焦距和相对孔径成正比，所述目标干涉光束照射至所述耦合物镜，所述耦合物镜将所述目标干涉光束成像至所述耦合物镜的像方焦平面上，所述耦合物镜与所述第二光学准直系统齐焦且所述耦合物镜的线视场与所述第二光学准直系统的线视场相同，所述第二光学准直系统输出用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标；所述控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置，其特征在于，包括照明光源(1)、窄带滤光片(2)、平场显微物镜(3)、针孔分划板(4)、第一光学准直系统(5)、偏振分束镜(6)、可调光密度板(7)、第一标准平面反射镜(8)、第二标准平面反射镜(9)、分束镜(10)、标定相机(11)、耦合物镜(12)、第二光学准直系统(13)、高精度位移调整台(14)和控制器，所述照明光源(1)发出的准直平行光束经所述窄带滤光片(2)滤波后生成准直单色光，所述准直单色光依次照射进入所述平场显微物镜(3)、所述针孔分划板(4)和所述第一光学准直系统(5)，且所述平场显微物镜(3)与所述第一光学准直系统(5)的相对孔径相同，所述针孔分划板(4)位于所述平场显微物镜(3)的物方焦平面；所述第一光学准直系统(5)出射的准直平行光束照射至所述偏振分束镜(6)，所述偏振分束镜(6)对所述准直平行光束进行偏振反射和偏振折射后，得到偏振方向正交的第一偏振单色光束和第二偏振单色光束；所述第一偏振单色光束经过所述可调光密度板(7)后被所述第一标准平面反射镜(8)反射至所述偏振分束镜(6)，且反射后的所述第一偏振单色光束的偏振角度旋转90°，所述可调光密度板(7)的轴向和所述第一标准平面反射镜(8)的光轴均与所述准直平行光束的光轴垂直；所述第二偏振单色光束被所述第二标准平面反射镜(9)反射至所述偏振分束镜(6)，且反射后的所述第二偏振单色光束的偏振角度旋转90°，所述第二标准平面反射镜(9)的光轴与所述准直平行光束的光轴平行；所述偏振分束镜(6)对所述第一标准平面反射镜(8)反射的光束和所述第二标准平面反射镜(9)反射的光束分别进行折射和反射后，得到与所述准直平行光束的光轴垂直的干涉光束；所述干涉光束照射至所述分束镜(10)，所述分束镜(10)对所述干涉光束进行反射和折射后，得到标定干涉光束和目标干涉光束；所述标定干涉光束照射至所述标定相机(11)的成像物镜；所述耦合物镜(12)的物面为无穷远，且所述耦合物镜(12)的焦距和相对孔径分别与所述标定相机(11)的成像物镜的焦距和相对孔径成正比，所述目标干涉光束照射至所述耦合物镜(12)，所述耦合物镜(12)将所述目标干涉光束成像至所述耦合物镜(12)的像方焦平面上，所述耦合物镜(12)与所述第二光学准直系统(13)齐焦且所述耦合物镜(12)的线视场与所述第二光学准直系统(13)的线视场相同，所述第二光学准直系统(13)输出用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标；所述控制器根据预设空间频率和所述标定相机(11)获得的所述标定光束的空间频率驱动所述高精度位移调整台(14)微调，所述高精度位移调整台(14)带动所述第二标准平面反射镜(9)沿所述第二标准平面反射镜(9)的光轴方向微量运动，直至所述标定相机获得的所述标定光束的空间频率与所述预设空间频率相同；所述控制器根据预设调制度和所述标定相机(11)获得的所述标定光束的调制度驱动所述可调光密度板(7)的旋转轴系回转运动，直至所述标定相机(11)获得的所述标定光束的调制度与所述预设调制度相同。...
【技术特征摘要】
1.一种用于调制传递函数检测的灰度余弦分布光学目标模拟装置，其特征在于，包括照明光源(1)、窄带滤光片(2)、平场显微物镜(3)、针孔分划板(4)、第一光学准直系统(5)、偏振分束镜(6)、可调光密度板(7)、第一标准平面反射镜(8)、第二标准平面反射镜(9)、分束镜(10)、标定相机(11)、耦合物镜(12)、第二光学准直系统(13)、高精度位移调整台(14)和控制器，所述照明光源(1)发出的准直平行光束经所述窄带滤光片(2)滤波后生成准直单色光，所述准直单色光依次照射进入所述平场显微物镜(3)、所述针孔分划板(4)和所述第一光学准直系统(5)，且所述平场显微物镜(3)与所述第一光学准直系统(5)的相对孔径相同，所述针孔分划板(4)位于所述平场显微物镜(3)的物方焦平面；所述第一光学准直系统(5)出射的准直平行光束照射至所述偏振分束镜(6)，所述偏振分束镜(6)对所述准直平行光束进行偏振反射和偏振折射后，得到偏振方向正交的第一偏振单色光束和第二偏振单色光束；所述第一偏振单色光束经过所述可调光密度板(7)后被所述第一标准平面反射镜(8)反射至所述偏振分束镜(6)，且反射后的所述第一偏振单色光束的偏振角度旋转90°，所述可调光密度板(7)的轴向和所述第一标准平面反射镜(8)的光轴均与所述准直平行光束的光轴垂直；所述第二偏振单色光束被所述第二标准平面反射镜(9)反射至所述偏振分束镜(6)，且反射后的所述第二偏振单色光束的偏振角度旋转90°，所述第二标准平面反射镜(9)的光轴与所述准直平行光束的光轴平行；所述偏振分束镜(6)对所述第一标准平面反射镜(8)反射的光束和所述第二标准平面反射镜(9)反射的光束分别进行折射和反射后，得到与所述准直平行光束的光轴垂直的干涉光束；所述干涉光束照射至所述分束镜(10)，所述分束镜(10)对所述干涉光束进行反射和折射后，得到标定干涉光束和目标干涉光束；所述标定干涉光束照射至所述标定相...
【专利技术属性】
技术研发人员：何煦，袁理，姬琪，李成浩，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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