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数码望远镜关键性能指标检验方法及技术研究

作　者: 鲁进
导　师: 陈伟民
学　校: 重庆大学
专　业: 光学工程
关键词: 数码望远镜分辨率光轴视场调制传递函数(MTF ) 间距
分类号: TH743
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

数码望远镜是望远镜与数码相机的有机组合,它既能进行望远观察,又能将远距离观察到的相同景物拍摄下来,可广泛应用于军事、公安、司法、航运、体育、旅游等领域。数码望远镜自2002年出现以来,其设计理念受到了高度评价,产品供不应求,具有极为广阔的市场前景。但是,由于数码望远镜面世的时间短,在世界上还属于初创产品,因此人们对它的研究还主要停留在新产品的设计和开发阶段,尚未见到与其整机性能检验相关的资料,也无规范的检验性能指标。这使得数码望远镜的质量难以得到有效控制和保证。因此,找出评价数码望远镜产品性能的关键指标,研制出相应的检验方法,对于控制数码望远镜的成像质量、统一市场定价、确保消费者利益具有重要意义。为此,首先对数码望远镜的原理和特点进行了深入分析,并对望远镜和数码相机检验的各项指标进行了详细比较,在此基础上提出了适合于数码望远镜性能检验的三个关键指标:分辨率、视场匹配度和图像传感器的调制传递函数。为了检验数码望远镜的分辨率,提出了采用平行光管和鉴别率板的组合来测量的方式,并对鉴别率板的离焦量、平行光管焦距与鉴别率板的匹配进行了理论推导。制作出检验装置,对数码望远镜的分辨率进行了检验。最后自行编制了分辨率自动判读软件,实现了分辨率的自动判读。为了检验数码望远镜的视场匹配度,提出了采用平行光管和双管前置镜的组合测量光轴平行度以及采用视场仪测量数码望远镜的望远镜和数码相机的视场大小的方式,并对数码望远镜的视场匹配度与望远镜和数码相机的视场大小关系进行了理论推导,导出了数码望远镜的视场匹配度测量的实际计算公式。为了测量数码望远镜关键部件——图像传感器数的调制传递函数,提出了更为简易的模板测量思路。并利用衍射理论,从模板的形式(正弦形、矩形)、模板与传感器间距等几个关键因素出发,进行了深入的理论探讨,从理论上导出了矩形模板和正弦模板的差异、模板与图像传感器光敏面存在间距的情况下的光场分布;并最终导出了间距存在下图像传感器调制传递函数值测得值与标准值之间的调整系数,利用此调整系数对实验数据进行修正后可得到更为准确的调制传递函数。最后搭建了相关的实验装置,验证了所得的理论模型。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-14
  1.1 概述  10-11
    1.1.1 望远镜和数码相机概述  10
    1.1.2 数码望远镜概述  10-11
  1.2 数码望远镜关键性能指标及其检验方法研究的重要性  11-12
  1.3 数码望远镜关键性能指标及其检验方法研究的主要内容  12-13
  1.4 本章小结  13-14
2 数码望远镜关键性能指标研究  14-19
  2.1 数码望远镜的原理和特点分析  14-15
  2.2 望远镜和数码相机的检验指标分析  15-16
    2.2.1 望远镜的检验指标分析  15
    2.2.2 数码相机的检验指标分析  15-16
  2.3 数码望远镜关键性能指标的研究  16-17
    2.3.1 数码望远镜的关键性能指标  16-17
    2.3.2 数码望远镜关键性能指标的检验分析  17
  2.4 本章小结  17-19
3 数码望远镜分辨率检验方法及技术研究  19-34
  3.1 理想光学系统的分辨率  19-20
  3.2 分辨率检验的现有方法探讨  20-21
    3.2.1 望远镜分辨率检验方法现状  20
    3.2.2 数码相机分辨率检验方法现状  20-21
  3.3 数码望远镜分辨率检验方法研究与设计  21-27
    3.3.1 分辨率检验方法设计  21-23
    3.3.2 参数计算  23-27
  3.4 数码望远镜分辨率自动检测技术与软件研究  27-30
  3.5 数码望远镜分辨率检验实验  30-31
  3.6 数码望远镜分辨率检验结果与讨论  31-33
    3.6.1 一致性实验  31-32
    3.6.2 重复性实验  32-33
  3.7 本章小结  33-34
4 数码望远镜视场匹配度检验方法及技术研究  34-46
  4.1 数码望远镜光轴平行度检验方法及技术研究  34-38
    4.1.1 光轴平行度原理  34-35
    4.1.2 光轴平行度检验的现有方法探讨  35-36
    4.1.3 数码望远镜光轴平行度检验方法研究与设计  36-37
    4.1.4 数码望远镜光轴平行度检验实验  37
    4.1.5 数码望远镜光轴平行度检验结果与讨论  37-38
  4.2 数码望远镜视场大小匹配度检验方法及技术研究  38-45
    4.2.1 视场检验的现有方法探讨  38-39
    4.2.2 数码望远镜的望远镜和数码相机视场大小检验方法研究与设计  39
    4.2.3 数码望远镜的望远镜和数码相机视场大小匹配度理论分析  39-43
    4.2.4 数码望远镜的望远镜和数码相机视场大小检验实验  43-44
    4.2.5 数码望远镜的望远镜和数码相机视场大小检验结果与讨论  44-45
  4.3 本章小结  45-46
5 数码望远镜的图像传感器 MTF 测量方法研究  46-70
  5.1 调制传递函数定义  46-49
    5.1.1 以点扩散函数为基础的定义  46-48
    5.1.2 以正弦光栅成像为基础的定义  48-49
  5.2 图像传感器MTF 的现有测量方法探讨  49-50
    5.2.1 激光散斑法  49-50
    5.2.2 干涉条纹投射法  50
  5.3 测量图像传感器MTF 的新方法——正弦模板法研究  50-54
    5.3.1 正弦模板法测量图像传感器MTF 的原理  50-51
    5.3.2 正弦模板法测量图像传感器MTF 的理论计算  51-54
  5.4 矩形模板代替正弦模板测量图像传感器MTF  54-56
    5.4.1 矩形模板代替正弦模板测量图像传感器MTF 的理论计算  54-55
    5.4.2 矩形模板和正弦模板测得MTF 值的关系  55-56
  5.5 间距对矩形模板测量图像传感器MTF 的影响  56-61
    5.5.1 间距对光敏面上光场分布的影响  56-60
    5.5.2 间距对图像传感器MTF 值的影响  60-61
  5.6 对图像传感器MTF 的修正  61-63
  5.7 图像传感器MTF 矩形模板测量实验  63-64
  5.8 图像传感器MTF 矩形模板测量结果及讨论  64-67
  5.9 图像传感器MTF 矩形模板法测量影响因素分析  67-68
  5.10 本章小结  68-70
6 总结与展望  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
附录  75-76
独创性声明  76
学位论文版权使用授权书  76

数码望远镜关键性能指标检验方法及技术研究

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