2、产品鉴定阶段：样品加工装配后、大批量生产之前，通过严格的实验来 检测其实际成像效果。 考察方法有分辨率检验、星点检验和光学传递函数测量等。
各种方法都有其优点、缺点和适用范围，要综合使用多种评价方法才
能客观、全面地反映成像质量。
光学系统成像性能的两种要求
1、光学特性：焦距、物距、像距、放大率、人瞳位置、人பைடு நூலகம்距离等。
面面积中所占的比重。例如透镜中的小汽泡或表面划痕等，可能在某一局
部会引起很大的波像差，按照瑞利判断，这是不允许的。但实际成像中， 局部极小区域的缺陷对光学系统的成像影响并不明显。
瑞利判断是一种较严格的像质评价方法，主要适用于如望远物镜、
显微物镜、微缩物镜和制版物镜等对成像质量要求较高的小像差系统。
第三节 1、分辨率
分辨率与点扩散函数
分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力，是一个很重要的性能， 也可以用作光学系统的成像质量评价方法。 瑞利指出“能分辨的二个等亮度点间的 距离对应艾里斑的半径”，即一个亮点的衍 射图案中心与另一个亮点的衍射图案的第一 暗环重合时，这二个亮点则能被分辨。此时 在二个衍射图案光强分布的迭加曲线中有二 个极大值和一个极小值，极大值与极小值之 比为1:0.735，与光能接收器（如眼睛或照相 底板）能分辨的亮度差别相当。若二亮点更 靠近时，光能接收器就不能再分辨出它们是 分离开的二点了。
⑷因对比度反转有时会造成“伪分辨现像”。
用分辨率来评价光学系统的成像质量不是一种严格而可靠的像质评价 方法，但由于其指标单一，且便于测量，在光学系统的像质检测中得到了
广泛应用。
ISO12233 Test Chart (ISO12233标准分辨率测试卡)
最新版解像力测试图 Digital CINE Camera Resolution Chart ( 数码电影模式分辨率测试卡)
通常把二者结合起来。
第一节 1、瑞利判断
瑞利(Reyleigh)判断和波前图
瑞利判断是根据成像波面相对理想球面波的变形程度来判断光学系统
的成像质量。瑞利认为“实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过
λ /4时,光学系统的成像质量是良好的”。 优点：便于实际应用，因波像差与几何像差间的计算关系比较简单。 不足：它只考虑波像差的最大允许公差，没有考虑缺陷部分在整个波
总第15讲
上篇
几何光学与光学设计
第九章 光学系统的像质评价
石家庄铁道大学.机械工程学院
测控系.刘希太
光学系统成像质量的主要评价方法： 瑞利（Reyleigh）判断和波前图 中心点亮度和能量包容图
分辨率与点扩散函数
显点检测法和点列图 光学传递函数
像差评价的两个阶段
1、设计阶段：通过大量计算对系统的成像情况进行仿真模拟。 不考虑衍射时，成像质量主要与系统像差大小有关，可利用几何光学方 法，通过大量的光路追迹计算来评价成像质量。 考察对象有几何像差、波像差等。 存在衍射时，提出了多种基于衍射理论的评价方法，如瑞利判断、点列 图及绘制实际成像波面或光学传递函数曲线等。
2、能量包容图
以高斯像点或能量弥散斑的中心为圆心画圆，随着半径的增大圆形区 域内包含的像点能量也增多，称之为能量包容图。其中横坐标表示以高斯 像点为中心的包容圆的半径，纵坐标表示该包容圆所包容的能量。虚线代
表只考虑衍射影响时的像点能量分布情况，实线则代表存在像差时像点的
实际能量分布情况。两条曲线越接近表明光学系统的像差越小，中心点亮 度也越高。 中心点亮度指标表明中央亮斑损失了多少能量，而能量包容图完整 地显示这些能量弥散到了什么位置，从而能获取更多信息，同时适用于 大像差系统（如照相物镜）和小像差系统。
2、点扩散函数(point spread function)
是依据光学系统存在像差时，其成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射
斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量的，比值用 S.D 来表示。当 S.D≥0.8时，认为光学系统的成像质量是完善的，称斯托列尔准则。
瑞利判断和中心点亮度是从不同角度提出来的像质评价方法，但研究
表明，对一些常用的像差形式，当最大波像差为λ/4时，其中心点亮度约等 于0.8，这说明上述二种评价成像质量的方法是一致的。 斯托列尔准则同样是一种高质量的像质评价标准，它也只适用于小像差 光学系统。但由于其计算相当复杂，在实际中不便应用。
解初始结构，而后再重复上述的过程，直到取得满意的结果。
另一种观点是从现存的光学系统的结构中找寻适合于使用要求的结 构，然后计算光线，分析像差，采用弯曲半径，增加或减少透镜个数等 校正像差的手段，消除和平衡像差，直到获得满意的结果。这种方法需 要计算大量的光线，同时需要光学设计者有较丰富的设计经历和经验。
2、波前图
用现代计算机软件绘制而得的实际波面的变形程度图。
图9-1 望远物镜波像差计算实例 不同视场物点在出瞳位置的波像差。上为灰度图，下为等高线表示。 设计者既能了解波面变形程度，也能了解变形的面积大小。
第二节、中心点亮度和能量包容图 1、中心点亮度
瑞利判断是根据成像波面的变形程度来判断成像质量的，而中心点亮度
2、成像质量：成像应该足够清晰，物像相似，变形要小。
像质评价的相对性
像差总是存在的，没有必要也不可能校正所有像差。对像质的评价
要讨论光学系统所允许存在的剩余像差及像差公差的范围。
光学系统的像差分析与计算
光学设计时，有两种观点：一种主张以像差理论为基础，根据对光学 系统的质量要求，用像差表达式，特别是用三级像差表达式来求解光学系 统的初始结构，然后计算光线并求出像差，对其结果进行分析。若不符合 要光，可利用弯曲半径，更换玻璃、改变光焦度分配等校正像差的手段， 进行像差平衡，直到获得满意的结果。若得不到满意的结果，则需重新求
用分辨率评价光学系统成像质量的特点：
该方法的不完善性： ⑴像差可降低光学系统的分辨率，故只适用于大像差光学系统。 ⑵检测结果与实际情况常存在差异。 ①用于分辨率检测的鉴别率板为黑白相间的条纹，这与实际物体的亮
度背景有着很大的差别；
②照明条件和接收器不同时，同一光学系统检测结果也不相同。 ⑶分辨率不能完全体现分辨范围内分辨质量的好坏。