Реферат: Дифракционная структура изображения. Критерии качества оптического изображения - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Дифракционная структура изображения. Критерии качества оптического изображения

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 4517 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

«Дифракционная структура изображения. Критерии качества оптического изображения» Функция рассеяния точки в случае отсутствия аберраций Предположим, что в оптической системе аберрации отсутствуют . Тогда зрачковая функция оптической системы будет выглядеть следующим образом: , (1) где – область зрачка в канонических координатах. Будем считать, что пропускание равномерно по зрачку, то есть . Тогда, поскольку в канонических координатах зрачок всегда круглый, выражение (1) можно записать следующим образом: . (2) То есть зрачковая функция равна единице в пределах круга, и нулю на всей остальной области, и следовательно, математически описывается при помощи функции : . (3) Чтобы получить функцию рассеяния точки при отсутствии аберраций, нужно взять обратное преобразование Фурье от безаберрационной зрачковой функции, то есть от функции : , (4) где – функция Бесселя первого рода, первого порядка. Картина ФРТ для безаберрационной оптической системы (рис.1) состоит из центрального максимума диаметром 1.22 канонических единиц и побочных максимумов – колец с шагом, постепенно приближающимся к 0.5 канонических единиц. Безаберационная ФРТ симметрично относительно оптической оси. Центральный максимум содержит 83.8% всей энергии (его высота равна единице), первое кольцо – 7.2% (высота 0.0175), второе 2.8% (высота 0.0045), третье 1.4% (высота 0.0026), четвертое 0.9%. Рисунок 1 - Функция рассеяния точки в отсутствие аберраций Центральный максимум ФРТ называется диском Эри (Airy). Диаметр диска Эри в реальных координатах на изображении: , (5) где – апертура осевого пучка. Диск Эри в общем случае может быть не круглым, если меридиональная и сагиттальная апертуры различны. Из выражения (9.39) следует, что поскольку апертура для изображения ближнего типа не может быть больше показателя преломления, изображение точки для ближнего типа не может быть меньше длины волны. Влияние неравномерности пропускания по зрачку на ФРТ На рис.2 показан вид ФРТ для различных функций пропускания. Если пропускание уменьшается к краям зрачка (2), то центральный максимум ФРТ расширяется, а кольца исчезают. Если пропускание увеличивается к краям зрачка (3), то центральный максимум сужается, а интенсивность колец увеличивается. Эти изменения по-разному влияют на структуру изображения сложного объекта, и, в зависимости от требований, используются различные функции пропускания, “накладываемые” на область зрачка. Это явление называется аподизацией. Рисунок 2 - Влияние неравномерности пропускания по зрачку на ФРТ Безаберационная ОПФ. Предельная пространственная частота Оптическая передаточная функция вычисляется при помощи выражения для автокорреляции зрачковой функции. Для безаберрационной оптической системы волновая аберрация W=0, тогда интеграл автокорреляции будет выглядеть следующим образом: , (6) где – область интегрирования, показанная на рис.3. Рисунок 3 - Области зрачков, смещенные относительно друг друга на Таким образом, безаберрационная ОПФ пропорциональна площади перекрытия двух зрачков , которая является функцией пространственных частот. Из рис. 3 следует, что максимальная каноническая пространственная частота . Для более высоких частот площадь становится нулевой (рис.4). Максимальной канонической пространственной частоте соответствует предельные реальные пространственные частоты: . (7) Рисунок 4 - Безаберрационная ОПФ. Таким образом, для реальной оптической системы при отсутствии аберраций ОПФ не соответствует ОПФ идеальной системы, и всегда ограничена предельными частотами, обусловленными дифракцией света. Критерии качества оптического изображения Предельная разрешающая способность по Релею Разрешающая способность определяет способность оптической системы изображать раздельно два близко расположенных точечных предмета. Предельная разрешающая способность – это минимальное расстояние R между двумя точками, при котором их изображение отличимо от изображения одной точки. Критерий Релея гласит, что при провале в распределении интенсивности в изображении двух близких точек в 20% точки будут восприниматься как раздельные. Для этого необходимо, чтобы центральный максимум в изображении одной точки приходился бы на первый минимум в изображении другой (рис. 5). Для оптических систем при отсутствии аберраций канонических единиц. Рисунок 5 - Разрешение по Релею. Разрешение по Релею удовлетворительно характеризует качество изображения астрономических телескопов, спектральных приборов, для которых предметами являются близко расположенные точки или линии, а также визуальных приборов (предназначенных для работы с глазом). Разрешающая способность по Фуко Критерий Фуко применяется для оценки качества изображения оптических систем, передающих объекты сложной структуры. Разрешающая способность R определяется как максимальная пространственная частота периодического тест-объекта, состоящего из черно-белых штрихов (миры Фуко), в изображении которого еще различимы штрихи. Разрешающую способность обычно определяют для миры единичного (абсолютного) контраста по графику ЧКХ оптической системы (рис. 6). Разрешающая способность R определяется для заданного контраста (обычно для контраста k =0.2). Рисунок 6 - Разрешающая способность по Фуко Предельная разрешающая способность R 0 для оптических систем определяется размерами зрачка, длиной волны и аберрациями. Влияние аберраций на ФРТ и ОПФ Влияние малых аберраций (волновая аберрация составляет доли длин волн) на ФРТ проявляется в том, что часть энергии из центрального максимума переходит в кольца. В результате в центральном максимуме остается около 60-70% вместо 84%, при этом размеры центрального максимума сохраняются, а интенсивность в центре уменьшается (рис. 7). Рисунок 7 - Влияние аберраций на ФРТ. Аберрации разных типов по-разному влияют на вид пятна рассеяния (картину Эри). В случае симметричных аберраций (расфокусировка, сферическая) сохраняется радиальная симметрия пятна (рис. 8а). В случае несимметричных аберраций (кома, астигматизм) симметрия пятна нарушается (рис. 8б, рис. 8в). Рисунок 8 - Картины Эри для аберраций различных типов При дальнейшем увеличении аберраций сходство ФРТ с безаберрационной полностью теряется, и ее форма определяется картиной поперечных аберраций (точечной диаграммой). Практически вся энергия из центрального максимума перекачивается в кольца (в центральном максимуме остается меньше 40% энергии). Однако при этом сохраняется дифракционный узор с шагом 0.5 в канонических координатах. Число Штреля Поскольку при малых аберрациях часть энергии из центрального максимума перекачивается в кольца, уменьшается интенсивность в центральном максимуме. Обозначим значение ФРТ в ее максимуме при отсутствии аберраций h 0 (0), а при наличии аберраций h (0) (рис. 9). Рисунок 9 - Число Штреля. Число Штреля (критерий Штреля, Strehl ratio) показывает влияние аберраций на ФРТ: . (8) Значение числа Штреля находится в пределах , энергия в кольца перекачивается в таком же соотношении. Если – оптическая система безаберрационная, если – система практически безаберрационная, поскольку уменьшение центрального максимума на 20% почти незаметно. Критерий Релея для малых аберраций Критерий или допуск Релея заключается в том, что если величина волновой аберрации (при условии что в системе присутствует только сферическая аберрация) не превосходит /4 (рис. 10), то число Штреля . Отсюда Релей распространил свой критерий и на другие типы аберраций. Рисунок 10 - Величина волновой аберрации. Релеевский допуск на остаточные аберрации: . (9) Однако расчеты показывают, что не для всех типов аберраций это справедливо. Кроме того, для более строгого анализа нужно проверить на сколько изменится число Штреля при или . Релеевский допуск точного ответа на этот вопрос не дает. Формула Марешаля. Допуск Марешаля для малых аберраций Французский оптик Марешаль получил свое аналитическое выражение и свой допуск в виде среднеквадратичного по зрачку значения волновой аберрации. Критерий Марешаля более универсальный, чем допуск Релея, он подходит для любых типов аберраций. Рассмотрим вывод формулы Марешаля. Функция рассеяния точки: . (10) Значение ФРТ в ее центральном максимуме: . (11) Воспользовавшись выражением для зрачковой функции, получим: . (12) В случае малых аберраций , следовательно . Тогда при разложении функции в ряд, можно оставить только три члена, а остальные отбросить , отсюда: . (13) Тогда можно записать приближенное выражение для ФРТ: . (14) Введем обозначение для среднего значения волновой аберрации по зрачку: (15) и среднего квадрата волновой аберрации: . (16) Тогда выражение (9.48) запишется в виде: . (17) Модуль комплексного числа вычисляется как сумма квадратов вещественной и мнимой частей , следовательно: . (18) Значение ФРТ в максимуме при отсутствии аберраций определяется выражением: . (19) Тогда формула Марешаля: . (20) Величина называется дисперсией волновой аберрации по зрачку (дисперсия – это разность среднего квадрата и квадрата среднего значения): . (21) Формула Марешаля показывает, что важна не сама волновая аберрация, а ее изменение (деформация волнового фронта) по зрачку. Средний квадрат деформации волнового фронта – это квадратный корень из дисперсии: . (22) Формула Марешаля дает возможность приблизительно оценить число Штреля, если известен средний квадрат деформации волнового фронта: . (23) Если , то, следовательно, , а допуск Марешаля на средний квадрат деформации волнового фронта: . (24) Марешалевский допуск на остаточные аберрации справедлив для любых типов аберраций малой величины. Влияние аберраций на ОПФ. Геометрически-ограниченные и дифракционно-ограниченные оптические системы При наличии аберраций ОПФ оптической системы становится меньше, чем ОПФ безаберрационной системы. На графике ЧКХ можно показать, как аберрации влияют на форму кривой контраста (рис.11). Кривые ЧКХ в присутствии аберраций могут иметь сложную форму, но они никогда не превышают кривую безаберрационной ЧКХ. Рисунок 11 - Влияние аберраций на ЧКХ. Дифракционно-ограниченные оптические системы имеют рабочий интервал частот, превышающий половину от предельной, то есть >1 (рис.11). Качество изображения в таких системах определяется в основном явлениями дифракции и непосредственно зависит от отношения апертуры к длине волны A / . Остаточные аберрации должны оцениваться по критерию Марешаля. К дифракционно-ограниченным системам относятся, в частности, измерительные системы, проекционные оптические системы для микроэлектроники и системы, работающие с глазом. К геометрически-ограниченным относятся оптические системы, рабочий интервал частот для которых не превосходит =0.5 в канонических частотах (рис. 11). Качество изображения таких систем определяется картиной поперечных аберраций и непосредственно не зависит от длины волны и апертуры. Степень коррекции геометрически-ограниченных систем оценивается поперечными аберрациями. К таким системам относятся, в частности, кино-, фото- и телевизионные объективы. ЛИТЕРАТУРА 1. Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. и др. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 2004. 2. Заказнов Н.П. и др. Прикладная оптика. М.: Машиностроение, 2000. 3. Дубовик А.С. и др. Прикладная оптика. М.: Недра, 2002. 4. Русинов М.М. и др. Вычислительная оптика. Справочник. Спб.: Машиностроение, 2004. 5. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 2000. 6. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 2001. 7. Бутиков Е.И. Оптика. М.: Высшая школа, 2002.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- По статистике, более половины браков заканчиваются разводами.
- А остальные чем?
- Ну, смертью.
- Мама, я не хочу жениться!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Дифракционная структура изображения. Критерии качества оптического изображения", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru