光学成像系统的频率特性-信息光学理论与应用

光学成像系统是用来传递物的结构、灰度和色彩等信息的，其传递能力的大小，可以用来评价成像质量的好坏，通常把这称为像质评价（Image Quality Evaluation）。光学成像系统也是光学中一种最基本的信息处理系统，采用频谱分析方法和线性系统理论，全面研究光学系统成像的过程，已成为现代光学中的一种重要手段，并且是光学信息处理技术的重要理论基础。

检验光学系统的成像质量，传统的方法通常是采用鉴别率板法和星点检验法。用鉴别率板法评价像质，简便易行，并能评价一个系统分辨景物细微结构的能力，但不能对在可分辨范围内的像质好坏作出全面评价，例如，往往有这样的情况，鉴别率相同的物镜，粗细线条像的明晰程度可能大不一样。此外，鉴别率的等级完全由检验者主观判定，人为因素较大。对于较高的像质评价要求，可以采用星点检验法。所谓星点检验，就是观察点光源通过成像系统时所得像斑的形状。这个像斑就是成像系统的脉冲响应。当成像系统没有像差（或像差很小）时，像斑呈艾里圆；当离焦或像差较大时，光强就往外分散或像斑不规则。星点检验法可以保证较高的成像质量，缺点是仍属于主观检验，并且没有数值说明，只能作抽象的比较。

以上两种方法都是在空域中检验像质。随着空间频谱分析方法和线性系统理论用于光学系统成像分析中获得成功，相应地产生了光学传递函数理论，从而使像质评价方法有了很大的改进。最初的推动力主要来自法国科学家P.M.Duffieux（1891—1979年），他将傅里叶分析方法引入光学领域中，并成功地分析了成像过程。英国科学家H.H.Hopkins在使用传递函数方法来评价成像系统质量方面作出了榜样，他首先计算了有通常的各种像差出现时的多种传递函数。特别是随着微型计算机和高精度光电探测技术的发展，光学传递函数的计算和测量方法日趋完善，并已实用化，成为像质评价的依据。这是现代光学最重要的成就之一。(www.xing528.com)

透镜是光学成像系统和光学信息处理系统中最基本的元件。透镜的傅里叶变换特性是光学信息处理的基础。正是由于透镜具有傅里叶变换特性，傅里叶分析方法才在信息光学中取得了有效的应用。而透镜之所以具有傅里叶变换性质，根本的原因是它能改变入射光波的位相。

本章就从讨论透镜的位相调制作用、傅里叶变换性质及成像性质开始，进一步研究傅里叶分析方法在相干成像和非相干成像系统中的应用，并导出与光学传递函数有关的概念和理论。