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基于非特定图像的红外成像系统调制传递函数自动测量方法

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仪器仪表学报 2022年第7期43卷 267-278页

作者：唐荻音崔润昊邸军伟于劲松北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所洛阳471000

机载红外成像系统的性能评估对于战机任务执行效能具有重要意义。调制传递函数(MTF)是衡量红外成像系统性能的典型指标。现阶段MTF的测量依赖于特定的图像特征与人工操作,难以实现实时与批量评估。为此,提出了一种基于非特定图像的MTF... 详细信息

机载红外成像系统的性能评估对于战机任务执行效能具有重要意义。调制传递函数(MTF)是衡量红外成像系统性能的典型指标。现阶段MTF的测量依赖于特定的图像特征与人工操作,难以实现实时与批量评估。为此,提出了一种基于非特定图像的MTF自动测量方法,以倾斜刃边法为基础,通过图像刃边检测、目标区域提取以及改进的刃边计算方法,从不含有特定景物特征的实拍图像中自动获得MTF点值,并构造红外成像系统等效物理模型以实现MTF曲线的拟合,进一步滤除随机误差。最后,以某型号无人机红外成像系统作为验证对象,将实验室测得的MTF与基于非特定实拍图像计算的MTF进行对比,两者的绝对误差在0.06以内,证明了方法的可行性与有效性。该自动测量方法能够较为准确且实时地得到系统的MTF,为不便进行地面实验的红外成像系统提供了一种新的性能测试思路。

关键词：红外成像系统调制传递函数非特定图像自动测量

Bayer滤波型彩色空间相机的调制传递函数检测方法研究

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光学学报 2024年

作者：王煜皓樊元朋魏磊山东大学前沿交叉科学青岛研究院

为解决Bayer滤波型彩色空间相机调制传递函数检测困难的问题，本文对计算算法和检测方式进行了改进。提出了对三基色颜色分量单独进行MTF检测，再根据光源的定标结果加权得到彩色图像测试结果的方法，解决了由于插值造成的像质进一步退... 详细信息

为解决Bayer滤波型彩色空间相机调制传递函数检测困难的问题，本文对计算算法和检测方式进行了改进。提出了对三基色颜色分量单独进行MTF检测，再根据光源的定标结果加权得到彩色图像测试结果的方法，解决了由于插值造成的像质进一步退化，且可能会空间频率提前截止的问题。通过对边缘检测和边缘扩展函数数据处理两个关键步骤的改进，对刃边法进行了优化。首先，利用抵抗噪声能力强的Canny算子进行图像边缘拟合，并利用自适应滤波函数和最大类间方差法对Canny算子进行了改进，解决了噪声影响刃边拟合精度的问题。然后，提出了基于非均匀傅里叶快速傅里叶变换的边缘扩展函数处理方法，降低了平滑数据带来的新误差，解决了均匀化处理精度不够的问题。最后，完成了某型号Bayer滤波型彩色空间相机的MTF测量试验。仿真和试验结果表明，本文提出的解决方案能够实现Bayer滤波型彩色空间相机MTF的高精度检测。

关键词：光学工程调制传递函数刃边法 Bayer滤波型彩色相机

调制传递函数对全飞秒激光近视屈光手术后早期视觉质量的评价

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中华实验眼科杂志 2014年第5期32卷 420-424页

作者：孟虎陆燕候培莉黄振平南京大学医学院临床学院南京军区南京总医院眼科 210002

背景全飞秒激光辅助的屈光手术已广泛用于临床,其术后术眼视觉质量的改善情况是临床医师关注的主要问题.调制传递函数（MTF）是评价视觉质量的主要指标. 目的研究近视患者行全飞秒激光屈光手术后在明暗条件下（3 mm或6 mm瞳孔直径）MT... 详细信息

背景全飞秒激光辅助的屈光手术已广泛用于临床,其术后术眼视觉质量的改善情况是临床医师关注的主要问题.调制传递函数（MTF）是评价视觉质量的主要指标. 目的研究近视患者行全飞秒激光屈光手术后在明暗条件下（3 mm或6 mm瞳孔直径）MTF的变化,以评价术后的早期视觉质量. 方法采用回顾性系列病例观察的研究方法,选取2012年7-10月在南京军区南京总医院行全飞秒激光屈光手术的中低度近视[等效球镜度（SE）为-2.25 ～-5.75 D]患者23例40眼作为研究对象,分析并比较术眼术前及术后1d、1周、1个月的视力变化;用i-Trace视功能分析仪测量术眼3 mm和6 mm瞳孔直径下术前及术后1d、1周、1个月总像差、低阶像差和高阶像差的MTF值,比较3 mm和6 mm瞳孔直径间不同像差MTF的差异.分别对瞳孔直径3 mm或6 mm时在最佳矫正视力（BCVA）状态下测量的术前及术后1d、1周、1个月间在5、10、15、20、25 c/d空间频率下的MTF值进行比较. 结果与术前裸眼视力和BCVA比较,术眼术后1d、1周、1个月的视力逐渐提高,各时间点间视力的比较差异有统计学意义（F=10.341,P=0.000）;术眼术后屈光度平均矫正量为3.795 D.术后1d、1周、1个月,3 mm瞳孔直径下总像差、高阶像差和低阶像差下MTF值随时间的延长均有升高的趋势,但差异均无统计学意义（P＞0.05）.6 mm艟孔直径下术后各时间点总像差、低阶像差下MTF值明显高于术前,差异均有统计学意义（P＜0.05）,而术前及术后各时间点高阶像差MTF值的变化差异无统计学意义（F=0.260,P=0.854）.与3 mm瞳孔直径下比较,术眼术前及术后1个月6 mm瞳孔直径下低阶像差和高阶像差的MTF值明显下降,差异均有统计学意义（术前：P=0.050、0.001;术后：P=0.012、0.001）.3 mm瞳孔直径下各空间频率的MTF值差异均无统计学意义（均P＞0.05）,而6 mm瞳孔直径下各时间点10、15、20、25 c/d空间频率下MTF值随着术后时间的延长均逐渐升高,差异均有统计学意义（P=0.044、0.043、0.024、0.014）. 结论全飞秒激光近视屈光手术能够消除低阶像差,术后MTF值明显提高,患者裸眼视力提高,从而改善患者的视觉质量.应用MTF值能够客观地分析全飞秒激光近视屈光手术后视觉质量的变化.

关键词：调制传递函数全飞秒激光视觉质量屈光不正

光源光谱特性对空间相机调制传递函数检测的影响

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物理学报 2021年第13期70卷 137-145页

作者：刘尚阔王涛李坤曹昆张玺斌周艳赵建科姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

调制传递函数(modulation transfer function,MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问... 详细信息

调制传递函数(modulation transfer function,MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问题,提出了一种分析光源光谱特性对空间相机MTF检测结果影响的方法,设计了空间相机光谱响应率和单色PSF标定装置及方法.利用所提方法及标定结果,计算了五种光源检测空间相机MTF时的理论值,发现氙灯和其他四种光源的MTF值偏差较大.对比卤钨灯和氙灯检测MTF时的理论值,发现卤钨灯所得MTF在全频段内均大于氙灯所获取的MTF,二者之间的偏差在中高频处最大,最大偏差为0.075.搭建了实验装置,分别采用卤钨灯和氙灯作为光源,利用倾斜刃边法检测MTF,发现二者所得MTF在各个频率点处的分布特征及偏差与理论计算结果相同,且最大偏差为0.057.理论及实验结果表明,本文方法能够准确评估光源光谱特性对空间相机MTF检测的影响.

关键词：光学检测调制传递函数空间相机光源光谱特性

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紫外像增强器的调制传递函数测试系统设计

红外技术 2022年第5期44卷 469-474页

作者：苏天宁刘峰阁王强朱荣胜杨慧卿成帅姬明北方夜视技术股份有限公司云南昆明650217

紫外像增强器是紫外成像系统的核心器件,其成像质量决定了对紫外光学信号的探测和成像能力。调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)反映了系统对图像不同频率信息的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝成像和傅... 详细信息

紫外像增强器是紫外成像系统的核心器件,其成像质量决定了对紫外光学信号的探测和成像能力。调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)反映了系统对图像不同频率信息的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝成像和傅里叶分析的调制传递函数测试原理,设计了一套紫外像增强器的调制传递函数测试系统。然后对3支紫外像增强器进行了调制传递函数测试实验,得到3支紫外像增强器的MTF曲线截止频率均在32~34lp/mm之间,并根据MTF曲线对3支紫外像增强器成像质量进行对比分析。最后经过重复测试得到几个重要频率点MTF测试值的标准差均低于0.02。

关键词：紫外像增强器调制传递函数成像质量截止频率测试标准差

Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量方法

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物理学报 2017年第7期66卷 315-325页

作者：段亚轩刘尚阔陈永权薛勋赵建科高立民中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是... 详细信息

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是相机成像性能综合评价的关键指标,传统调制传递函数测量方法无法实现对Bayer滤波型彩色相机MTF全频段高精度测量.为了解决这个问题,本文提出了一种采用旋转刀口靶测量彩色相机调制传递函数的方法.理论方面,推导了Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量理论模型,仿真分析了刃函数采样率和刀口刃边倾斜角度误差对调制传递函数测量精度的影响,并给出了计算算法.实验方面,对彩色相机R,G,B三基色调制传递函数权重因子进行了实验定标,并搭建了基于条纹板和旋转刀口靶的彩色相机调制传递函数测量试验装置.采用旋转刀口靶法和条纹靶板法测量彩色相机MTF结果在耐奎斯特频率f_c处极差为0.061,在空间频率f_c/2处极差为0.043,试验结果验证了所提方法的有效性.

关键词：调制传递函数彩色相机刀口靶精度

调制传递函数和对比敏感度函数评价LASIK术后早期视觉质量的研究

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国际眼科杂志 2013年第6期13卷 1116-1122页

作者：曹哲瑶夏丽坤弥少文柴广睿中国医科大学附属盛京医院眼科中国辽宁省沈阳市110004

目的:应用调制传递函数(modulation transfer function,MTF)检查和对比敏感度函数(contrast sensitivity function,CSF)检查评价近视患者准分子激光原位角膜磨镶术(Laser in situ keratomileusis,LASIK)术后视觉质量的变化。方法:前瞻性研究。47例92眼行LASIK手术的患者按照术前验光度数分为低度近视组(A组)、中度近视组(B组)、高度近视组(C组)。术前等效球镜值分别为-2.28±0.48D,-4.54±0.97D,-6.86±1.17D。分别于术前,术后1wk;1,3mo检查裸眼视力(the uncorrected visual acuity,UCVA)、最佳矫正视力(best-corrected visual acuity,BCVA)、屈光度、波前像差、3mm和5mm瞳孔下的MTF和昼视及夜视视远状态下的CSF。利用德国Zeiss公司WASCAAnalyer波阵面像差仪检查三组患者在3mm和5mm瞳孔下去掉高阶像差后的MTF曲线,将图像扫描并载入至Engauge Digitizer4.1数字化软件,得出一定空间频率下的MTF值;利用Optical6500对比敏感度测试灯箱(美国STEREO OPTICAL公司)测量患者在昼视及夜视视远状态下的CSF值。对数据进行配对t检验。结果:(1)术后1wk,CSF值与术前相比有明显下降。术后3mo,只有明环境下低空间频率和暗环境下低中度近视组的低空间频率的CSF值可以恢复至术前。近视度数越高,中高空间频率的CSF值越不容易恢复至术前。(2)3mm瞳孔条件下低度近视组100L/mm,150L/mm,300L/mm空间频率的子午曲线和中度近视组50L/mm空间频率的子午曲线的MTF值,在术后7d与术前相比已经无统计学差异。3mm瞳孔条件下中度近视组150L/mm,200L/mm,300L/mm空间频率的弧矢曲线、高度近视组250L/mm空间频率下的子午曲线的MTF值和5mm瞳孔条件下低度近视组100L/mm,300L/mm,400L/mm空间频率下的子午曲线、中度近视组400L/mm,500L/mm空间频率下的弧矢曲线,200L/mm,400L/mm空间频率下的子午曲线,高度近视组全部空间频率下的弧矢曲线,100L/mm,200L/mm,300L/mm空间频率下的子午曲线的MTF值术后3mo可恢复到术前水平。其余所有空间频率下的MTF值均能在术后1mo恢复至术前水平。结论:(1)MTF值比CSF值恢复更早,只有部分低空间频率的CSF值可以恢复至术前,而所有的MTF值均能恢复至术前水平。(2)MTF值在术后早期可以更早更全面和客观的反映出视觉质量的提高。(3)利用Carl Zeiss公司WASCA Analyer波阵面像差仪检测患者MTF可以更立体全面客观的反映术后人眼光学系统的改变。

关键词：调制传递函数对比敏感度函数视觉质量 LASIK

SMILE与FS-LASIK术后调制传递函数在不同空间频率的变化

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中华实验眼科杂志 2021年第6期39卷 515-521页

作者：崔彤王雁张琳程文博赵伟天津医科大学眼科临床学院天津市眼科医院天津市眼科学与视觉科学重点实验室300020

目的探讨飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)与飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术(FS-LASIK)术后眼调制传递函数(MTF)的变化。方法采用队列研究设计。收集2015年12月至2016年6月于天津市眼科医院屈光手术中心行SMILE和FS-LASI... 详细信息

目的探讨飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)与飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术(FS-LASIK)术后眼调制传递函数(MTF)的变化。方法采用队列研究设计。收集2015年12月至2016年6月于天津市眼科医院屈光手术中心行SMILE和FS-LASIK的近视患者102例102眼,根据手术方式不同将其分为SMILE组53例53眼和FS-LASIK组49例49眼。采用Pentacam角膜地形图仪和WaveScan像差仪分别在术前和术后1、3、6个月检测角膜形态特征和像差,应用MTF进行计算和分析。比较2个组不同空间频率下不同时间点MTF值变化和术后6个月2个组去除低阶像差后MTF值变化,以及术后6个月SMILE组去除垂直彗差、水平彗差、球差后MTF值的变化。结果SMILE组和FS-LASIK组术后1、3、6个月各空间频率的MTF值较术前均明显升高,差异均有统计学意义(均P0.05)。结论SMILE和FS-LASIK术后眼MTF均较术前升高,且SMILE术后MTF值较FS-LASIK术后MTF值略高。

关键词：调制传递函数飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术光学质量

基于调制传递函数的激光反射层析成像质量评价方法

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中国激光 2023年第6期50卷 140-146页

作者：刘一凡胡以华张鑫源王一程韩飞徐世龙董骁国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 国防科技大学电子对抗学院电子制约技术安徽省重点实验室安徽合肥230037

激光反射层析成像技术作为实现空间目标远距离、高精度探测的有效途径之一,其成像质量的优劣对目标的探测精度有着很大的影响。将调制传递函数引入到激光反射层析成像质量评价中,通过求解激光反射层析成像系统的调制传递函数,得到变量... 详细信息

激光反射层析成像技术作为实现空间目标远距离、高精度探测的有效途径之一,其成像质量的优劣对目标的探测精度有着很大的影响。将调制传递函数引入到激光反射层析成像质量评价中,通过求解激光反射层析成像系统的调制传递函数,得到变量为距离分辨率的调制传递函数曲线,在无需先验图像的情况下实现了对激光反射层析成像质量的定量评价,并搭建实验系统进行了验证。实验结果表明,基于调制传递函数曲线得到的距离分辨率与实验系统距离分辨率的理论计算值基本一致,该评价方法能够准确直观地描述激光反射层析成像质量。

关键词：遥感反射层析成像调制传递函数成像质量激光雷达