基于CCD的MTF系统自动调焦系统开发及误差分析

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调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)是评价光学系统成像质量的重要指标。自从MTF继传统像质评价方法之后成为新的评价标准以来,调制传递函数在各个领域得到了广大地推广和运用。随着计算机技术的高速发展和光电检测器件性能的不断提高,国内外对光学传递函数测量的研究得到了不断的深入,并研制出许多用于测量MTF的检测仪器。但这些测量仪器大都属于多功能、高精度的实验室仪器,价格昂贵、系统结构复杂、测量时间长、测量调节复杂,不适合用于批量镜头的MTF检测。而且通常只能在物距无穷远的条件下测量光学系统的光学传递函数。因此有必要研发一种成本较低、结构简单,测量精度高、稳定性好的光学系统成像质量评定装置,用于批量镜头的光学传递函数检测。本课题在充分研究光学传递函数的理论基础上,给出了狭缝、刀口作为目标物时,MTF测量的理论推导。并编译了测量系统需要的软件平台,搭建了成本低、结构简单、精度高的测量光路。在上述MTF测量系统的基础上,根据自动调焦的基本原理,并在兼顾效率和精度的前提下,进行自聚焦系统的开发,包括自动调焦的搜索算法以及聚焦评价函数的研究。对于自动调焦搜索算法,分别采用爬山法和传统方法作为粗调焦和细调焦的调焦搜索算法,给出了粗调焦和细调焦的主要步骤流程;经过相关实验得出,在长步长调焦时,可以采用Laplacian函数作为聚焦评价函数;在小步长调焦时,1×物镜更适合采用Tenengrad函数作为聚焦评价函数,4×物镜更适合采用灰度梯度函数作为聚焦评价函数。通过实验显示,该MTF测量系统具有良好的稳定性。最后,根据测量系统的构成进行了相关误差分析,分析了照明光源不均匀性、噪声、CCD以及光学元件对MTF测量产生的影响。
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