成像系统5-相干照明与非相干照明的比较

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1、§3-8相干与非相干成像系统的比较Review相干成像非相干成像像强度复振幅频谱空域频域像强度频谱★★(归一化)像的复振幅§3-8相干与非相干成像系统的比较Review(续)相干成像非相干成像传递函数理想带通滤波器有衰减的低通滤波器,MTF=

2、OTF

3、<1截止频率:CTF由光瞳函数决定扩展到CTF的二倍边长l的方瞳:直径l的圆瞳:频域成像质量要做具体分析,主要从频域考虑#§3-8相干与非相干成像系统的比较1.截止频率CutoffFrequencyOTF的截止频率是CTF截止频率的两倍。但这并不意味着非相干照明一定比

4、相干照明好。对于二者的最后可观察量都是强度，因此直接对像强度进行比较是恰当的。但即使比较的物理量一致，也难判断绝对好坏。#不同系统的截止频率是对不同物理量传递而言的,无法从数值上做简单比较对于相干系统,截止频率指能够传递的复振幅呈周期变化的最高频率。对于非相干系统，指能够传递的强度呈余弦变化的最高频率。§3-8相干与非相干成像系统的比较2.像强度的频谱FrequencySpectrumofImageIntensity在两种情况下像强度的频谱可能很不相同.成像结果不仅依赖于系统的结构与照明光的相干性，而且也与物的空间结

5、构有关。#相干照明非相干照明像强度:像的频谱:☆相干☆☆非相干§3-8相干与非相干成像系统的比较对空间频率分量的传递作用相干成像系统是一个理想的带通滤波器，在与光瞳函数对应的通带内传递函数值为1。在此通带外传递函数值为0。只有相应于光瞳开孔的空频带分量才能通过系统，像方复振幅才有相应的分量。例：光瞳函数为则相干传递函数为非相干成像系统是一个有衰减的低通滤波器，其传递函数值在零频时恒为1，在其它频率处的值均小于1。无论光瞳的形状如何。#对空间频率分量的传递作用（滤波器）必须注意CTF是对物复振幅频谱的传递能力OTF是对

6、物强度谱的传递能力。如何理解？非相干系统考虑的是像强度的频谱，不是复振幅的频谱。只要光瞳不是≡0，有光通过光瞳到达像面，就会有像强度的平均值，即像频谱的零频分量。同一物函数若振幅谱的最高空频为f0，则强度谱的最高空频通常为2f0，扩展到二倍（注意有特例）。而对于同一形状的对称光瞳（方孔或圆孔）OTF的截止频率均为CTF的二倍。故截止频率也是相当的（注意有特例）。但在通频带内，CTF无衰减，OTF有衰减，降低了对比度。实际成像清晰度还与物的空间结构有关。以下例证明。#§3-8相干与非相干成像系统的比较对空间频率分量的传

7、递作用例：P80-81例3.5/3.6题有两个物体分别通过衍射受限系统成像(1:1)系统的出瞳是半径为a的圆孔,并且:di:出瞳到像面的距离,λ:波长讨论它们在相干照明和非相干照明下成像，哪一种光照为好？讨论：从像强度的频谱分析入手-b/4b/4t1(x)10基频:物A:§3-8相干与非相干成像系统的比较对空间频率分量的传递作用:例相干照明:几何像的频谱即为T1相干截止频率（注意:a是半径）所以只有零频分量能够通过，像面上将没有条纹结构。t1的频谱间隔为2/b的梳中心在+1/b,半宽为2/b的sinc§3-8相干与

8、非相干成像系统的比较对空间频率分量的传递作用:例非相干光照明：采用单位强度的平面波垂直照明，像强度就是物的强度透过率:像的归一化强度频谱:(fx)的截止频率为物A的强度透过率：所以正负1级强度谱可以通过，像面上有条纹结构，但对比度较原物为低。§3-8相干与非相干成像系统的比较对空间频率分量的传递作用:例对物A而言，非相干光照明优于相干照明。原因:此特殊物体的振幅谱与强度谱有相同的空频，该空频高于CTF的截止频率，而低于OTF的截止频率。物B:比较简单:试用作图法定性分析对于相干照明，这个呈余弦分布的复振幅能不受影响地

9、通过系统成像。对于非相干照明，此物也能通过系统成像，但幅度要受到衰减。故相干照明优于非相干照明.§3-8相干与非相干成像系统的比较3.两点分辨Resolution瑞利分辨判据:用来表示理想非相干成像光学系统的分辨极限。评判系统成像质量的一个重要指标对于衍射受限的圆形光瞳，点光源在像面上产生艾里斑分布：对两个强度相等的非相干点源，若一个点源产生的艾里斑中心恰与第二个点源产生的艾里斑的第一个零点（x=3.83)重合，则认为这两个点源刚好能够分辨。中心凹陷大小为峰值的19%像面上得到的最小分辨极限σ等于艾里斑图样的中心亮斑

10、半径，即：此时总的强度分布：§3-8相干与非相干成像系统的比较3.两点分辨Resolution相干照明情形若仍取两个像点的距离为瑞利间隔，因为是相干成像，两点源的像强度分布应为其复振幅相加模的平方，即相干照明时，两点源产生的艾里斑按复振幅叠加，叠加的结果强烈依赖于两点源之间的相位关系。两个点源的相对相位差φ=0：完全不能分辨φ=π/2：刚好能够