Реферат: Дифракционная структура изображения. Критерии качества оптического изображения

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 s_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 Rопределяется для заданного контраста (обычно для контраста k¢=0.2).

Рисунок 6 - Разрешающая способность по Фуко

Предельная разрешающая способность R₀ 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 h₀ (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 l/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: