空间相机的像质评价体系

1、几何像差

几何像差是用于设计阶段评价光学系统成像质量的最简单的方法。当光学系统结构参数确定后,就可以用光路计算的方法,求出它的各种几何像差值。两个不同结构的系统,通过比较它们像差的大小,就可以确定它们的优劣。因此,几
何像差是最早用于评价光学系统设计质量的指标。目前,仍然是用得最多的方法。自从电子计算机出现后,像差计算已全部由计算机完成,利用电子计算机的高速度、大容量,计算的像差数目越来越多,并能快速绘制像差曲线和点列图,为更
仔细深入地分析光学系统成像质量提供了极大方便。但是采用几何像差来评判像质是从各种不同的像差成因来考虑,在像质综合评价方面不够直观。
2、波像差
波像差是另一种用于设计阶段评价光学系统成像质量的指标。如果光学系统成像符合理想情况,即各种几何像差都等于零,那么由同一物点发出的全部光线均聚交于理想像点。根据光线和波面的对应关系,光线是波面的法线,波面为与
所有光线垂直的曲面,则在理想成像的情况下,对应的波面应该是一个以理想像点为中心的球面—理想波面。如果光学系统成像不符合理想,存在几何像差,则对应的波面就不再是一个以理想像点为中心的球面,而是一个任意曲面。实际
波面与理想波面之间的偏离称为波像差。由于波面是某时刻光程相同点的轨迹,所以不同波面间的偏差也就是光程差,通常以波长为单位。因为波面和光线存在着相互垂直的关系,因此,几何像差与波像差之间也存在着一定的对应关系。
但是该分析方法只知道其最后结果,无法了解形成不良像质的原因,对于设计阶段的问题分析非常不利。
3、分辨率法
把光看作光线,则由同一物点发出的光线,通过理想光学系统后,应全部聚交于一点。光线是传输能量的几何线,这些几何线的交点应该是一个既没有体积也没有面积的几何点。但是,实际上,由于光并不是几何线,而是电磁波,因此在像面上实际得到的却是一个具有一定面积的光斑。虽然大部分光学现象可以利用光线的假设进行说明,但是在某些特殊情况下,比如光束聚焦点附近的光能分布问题,就不能用几何光学来准确地说明。由于衍射像有一定的大小,如果两个像点之间距离太短,就无法分辨出这是两个像点。我们把两个衍射像点之间所能分辨的最小间隔称为理想光学系统的衍射分辨率。

分辨率法可以用一个数值定量表示光学系统质量的好坏,测定分辨率也较简单方便,因此在实际工作中得到普遍应用。但是,分辨率的测定值随着测试条件不同,接收器不同而有所不同,所以分辨率是一个不很确定的量。而且分辨率并
不是随像差增加而简单地下降,在实际系统中,像差主要导致能量分散及变形,直接影响线条的清晰度,而对分辨率的影响则并不显著。因为分辨率和成像清晰度之间并无必然的联系,有时会出分辨率高而成像反而不清晰的情况。因此,尽管分辨率至今仍被广泛用来评价像质,但它还并不是一种十分完美的评价方法。特别对于设计阶段,更显得力不从心。

4、点列图

由一点发出的许多光线经过光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围内的弥散图形,此图即为点列图.点列图忽略了衍射效应，对于大像差系统,点列图中点的分布能够近似的表示点像的能量分布，点的密集程度可以衡量系统成像质量的优劣。一般认为，集中30%以上的点或光线的圆形区域是实际有效的弥散斑,其直径的倒数即为系统能够分辨的线对数。

5、调制传递函数
点列图检验是把物点看作是发光点的集合，以一点的能量集中程度来表征光学系统的成像质量。光学传递函数是把物体结构分解成为各种频率的谱，即把物的亮度分布函数展开为傅立叶级数或傅立仆卜积分，光学系统的特性就表现为对于各种频率的正旋光栅的传递和反应能力。这是目前认为比较好的一种像质评价方法。

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