18-成像系統(tǒng)5-相干照明與非相干照明的比較

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1、§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較Review相干成像非相干成像像強(qiáng)度復(fù)振幅頻譜空域頻域像強(qiáng)度頻譜★★(歸一化)像的復(fù)振幅§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較Review(續(xù))相干成像非相干成像傳遞函數(shù)理想帶通濾波器有衰減的低通濾波器,MTF=

2、OTF

3、<1截止頻率:CTF由光瞳函數(shù)決定擴(kuò)展到CTF的二倍邊長(zhǎng)l的方瞳:直徑l的圓瞳:頻域成像質(zhì)量要做具體分析,主要從頻域考慮#§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較1.截止頻率CutoffFrequencyOTF的截止頻率是CTF截止頻率的兩倍。但這并不意味著非相干照明一定比相干照明好。對(duì)于二者的最

4、后可觀察量都是強(qiáng)度，因此直接對(duì)像強(qiáng)度進(jìn)行比較是恰當(dāng)?shù)?。但即使比較的物理量一致，也難判斷絕對(duì)好壞。#不同系統(tǒng)的截止頻率是對(duì)不同物理量傳遞而言的,無(wú)法從數(shù)值上做簡(jiǎn)單比較對(duì)于相干系統(tǒng),截止頻率指能夠傳遞的復(fù)振幅呈周期變化的最高頻率。對(duì)于非相干系統(tǒng)，指能夠傳遞的強(qiáng)度呈余弦變化的最高頻率。§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較2.像強(qiáng)度的頻譜FrequencySpectrumofImageIntensity在兩種情況下像強(qiáng)度的頻譜可能很不相同.成像結(jié)果不僅依賴于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與照明光的相干性，而且也與物的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。#相干照明非相干照明像強(qiáng)度:像的頻譜:☆

5、相干☆☆非相干§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較對(duì)空間頻率分量的傳遞作用相干成像系統(tǒng)是一個(gè)理想的帶通濾波器，在與光瞳函數(shù)對(duì)應(yīng)的通帶內(nèi)傳遞函數(shù)值為1。在此通帶外傳遞函數(shù)值為0。只有相應(yīng)于光瞳開(kāi)孔的空頻帶分量才能通過(guò)系統(tǒng)，像方復(fù)振幅才有相應(yīng)的分量。例：光瞳函數(shù)為則相干傳遞函數(shù)為非相干成像系統(tǒng)是一個(gè)有衰減的低通濾波器，其傳遞函數(shù)值在零頻時(shí)恒為1，在其它頻率處的值均小于1。無(wú)論光瞳的形狀如何。#對(duì)空間頻率分量的傳遞作用（濾波器）必須注意CTF是對(duì)物復(fù)振幅頻譜的傳遞能力OTF是對(duì)物強(qiáng)度譜的傳遞能力。如何理解？非相干系統(tǒng)考慮的是像強(qiáng)度的頻譜，不是復(fù)振幅

6、的頻譜。只要光瞳不是≡0，有光通過(guò)光瞳到達(dá)像面，就會(huì)有像強(qiáng)度的平均值，即像頻譜的零頻分量。同一物函數(shù)若振幅譜的最高空頻為f0，則強(qiáng)度譜的最高空頻通常為2f0，擴(kuò)展到二倍（注意有特例）。而對(duì)于同一形狀的對(duì)稱光瞳（方孔或圓孔）OTF的截止頻率均為CTF的二倍。故截止頻率也是相當(dāng)?shù)模ㄗ⒁庥刑乩?。但在通頻帶內(nèi)，CTF無(wú)衰減，OTF有衰減，降低了對(duì)比度。實(shí)際成像清晰度還與物的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。以下例證明。#§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較對(duì)空間頻率分量的傳遞作用例：P80-81例3.5/3.6題有兩個(gè)物體分別通過(guò)衍射受限系統(tǒng)成像(1:1)系統(tǒng)的出瞳

7、是半徑為a的圓孔,并且:di:出瞳到像面的距離,λ:波長(zhǎng)討論它們?cè)谙喔烧彰骱头窍喔烧彰飨鲁上?，哪一種光照為好？討論：從像強(qiáng)度的頻譜分析入手-b/4b/4t1(x)10基頻:物A:§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較對(duì)空間頻率分量的傳遞作用:例相干照明:幾何像的頻譜即為T1相干截止頻率（注意:a是半徑）所以只有零頻分量能夠通過(guò)，像面上將沒(méi)有條紋結(jié)構(gòu)。t1的頻譜間隔為2/b的梳中心在+1/b,半寬為2/b的sinc§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較對(duì)空間頻率分量的傳遞作用:例非相干光照明：采用單位強(qiáng)度的平面波垂直照明，像強(qiáng)度就是物的強(qiáng)度透過(guò)率:像

8、的歸一化強(qiáng)度頻譜:(fx)的截止頻率為物A的強(qiáng)度透過(guò)率：所以正負(fù)1級(jí)強(qiáng)度譜可以通過(guò)，像面上有條紋結(jié)構(gòu)，但對(duì)比度較原物為低?！?-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較對(duì)空間頻率分量的傳遞作用:例對(duì)物A而言，非相干光照明優(yōu)于相干照明。原因:此特殊物體的振幅譜與強(qiáng)度譜有相同的空頻，該空頻高于CTF的截止頻率，而低于OTF的截止頻率。物B:比較簡(jiǎn)單:試用作圖法定性分析對(duì)于相干照明，這個(gè)呈余弦分布的復(fù)振幅能不受影響地通過(guò)系統(tǒng)成像。對(duì)于非相干照明，此物也能通過(guò)系統(tǒng)成像，但幅度要受到衰減。故相干照明優(yōu)于非相干照明.§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較3.兩點(diǎn)分辨R

9、esolution瑞利分辨判據(jù):用來(lái)表示理想非相干成像光學(xué)系統(tǒng)的分辨極限。評(píng)判系統(tǒng)成像質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)對(duì)于衍射受限的圓形光瞳，點(diǎn)光源在像面上產(chǎn)生艾里斑分布：對(duì)兩個(gè)強(qiáng)度相等的非相干點(diǎn)源，若一個(gè)點(diǎn)源產(chǎn)生的艾里斑中心恰與第二個(gè)點(diǎn)源產(chǎn)生的艾里斑的第一個(gè)零點(diǎn)（x=3.83)重合，則認(rèn)為這兩個(gè)點(diǎn)源剛好能夠分辨。中心凹陷大小為峰值的19%像面上得到的最小分辨極限σ等于艾里斑圖樣的中心亮斑半徑，即：此時(shí)總的強(qiáng)度分布：§3-8相干與非相干成像系統(tǒng)的比較3.兩點(diǎn)分辨Resolution相干照明情形若仍取兩個(gè)像點(diǎn)的距離為瑞利間隔，因?yàn)槭窍喔沙上?，兩點(diǎn)源的像強(qiáng)度

10、分布應(yīng)為其復(fù)振幅相加模的平方，即相干照明時(shí)，兩點(diǎn)源產(chǎn)生的艾里斑按復(fù)振幅疊加，疊加的結(jié)果強(qiáng)烈依賴于兩點(diǎn)源之間的相位關(guān)系。兩個(gè)點(diǎn)源的相對(duì)相位差φ=0：完全不能分辨φ=π/2：剛好能夠