تقييم جودة الصورة - منحنيات الانحراف

الانحراف الكروي هو نوع من الانحراف الأحادي اللون للنقط المحورية، حيث تتقاطع الأشعة بزوايا مختلفة مع المحور البصري في نقاط مختلفة بعد المرور عبر العدسة، وتنحرف عن نقطة الصورة المثالية.

في منحنى الانحراف الكروي، يمثل المحور الرأسي الفتحة، بينما يشير المحور الأفقي إلى الانحراف الكروي (أو الانحراف الكروي اللوني).

عند تحليل هذا المنحنى، هناك جانبان رئيسيان يتطلبان الاهتمام:

1) الانتباه إلى حجم الانحراف الكروي.

2) انتبه إلى شكل المنحنيات ، وخاصة درجة الفصل بين المنحنيات المتعددة التي تمثل عدة ألوان من الضوء.

إذا كان المنحنى المفرد صحيحًا، ولكن المسافة بين المنحنيات كبيرة، فهذا يشير إلى وجود اختلاف شديد في اللون في الموضع داخل النظام.

يتكون هذا عادةً من رسمين بيانيين منفصلين:

1) الرسم البياني الأيسر: يعرض انحناء المجال الزوالي المحوري X _T ' وانحناء المجال السهمي المحوري X _S '. إذا كانت هناك أطوال موجية عاملة متعددة، فسيتم عرض انحناءات المجال الزوالي والسهمي لكل طول موجي على حدة.

2) الرسم البياني الأيمن: يمثل التشويه.

تشير الألوان المختلفة إلى ضوء ملون مختلف، حيث يمثل T و S الضوء المماسي والسهمي على التوالي. تشير المسافة بين T وS من نفس اللون إلى الاستجماتيزم X' _ts . يحتوي كلا الرسمين البيانيين على مجال الرؤية كمحور رأسي. في الرسم البياني الأيسر، يمثل المحور الأفقي انحناء المجال بالملليمتر، بينما في الرسم البياني الأيمن يمثل التشويه كنسبة مئوية. تشير المسافة بين المنحنيات ذات الألوان المختلفة في الرسم البياني الأيسر إلى الانحراف اللوني في التكبير.

التشويه هو شكل من أشكال الانحراف الأولي للأشعة ويعكس درجة تشابه صورة الجسم، إذا كان أقل من 1% ، تعتبر صورة الجسم متشابهة تمامًا تقريبًا.

المستويات الزوالية: أي مقطع عرضي للشعاع يمر عبر المحور y للفتحة؛

المستويات السهمية: أي مقطع عرضي للشعاع يمر عبر المحور السيني للفتحة.

الرسم التخطيطي للبقع هو الرسم التخطيطي لتوزيع الضوء على مستوى الصورة. عندما تمر أشعة عديدة من مصدر نقطة واحدة عبر نظام بصري. وبسبب الانحرافات، لم يعد التقاطع على مستوى الصورة مركّزًا في نفس النقطة، مما يؤدي إلى نمط متشتت يُعرف باسم الرسم التخطيطي للبقع.

يتوافق هذا مع تصوير مصدر نقطة في موضع حقل محدد. أي تصوير مصدر ضوء نقطة في موضع حقل الصورة. نظرًا لانحرافات العدسة، لا يمكن إعادة إنتاج مصدر نقطة مثالي كنقطة مثالية. يمكن النظر إلى تصوير كائن فعلي على أنه تراكب لعدد لا يحصى من مصادر النقاط، مما يعني أن مخطط البقعة يعكس مباشرة جودة التصوير الفعلية (على المستوى البؤري). تعد مخططات البقعة من بين أكثر طرق التقييم استخدامًا في التصميم البصري الحديث.

1) انتبه إلى القيم الموجودة في الجدول أسفل الرسم البياني؛ تشير القيم الأصغر إلى جودة صورة أفضل .

2) تحليل شكل التوزيع في الرسم البياني لتقييم تأثير الانحرافات الهندسية في النظام، مثل خصائص الاستجماتيزم أو الغيبوبة الملحوظة، وكذلك درجة فصل العديد من البقع اللونية.

في الرسم التخطيطي للبقعة لحقل 0 درجة (أشعة على المحور):

(1) إذا لم تتداخل البقع الحمراء والخضراء والزرقاء بشكل جيد، فهذا يشير إلى وجود انحراف لوني محوري (على المحور).

(2) وجود دوائر متعددة من الارتباك يشير إلى انحراف كروي.

(3) تعتبر المخططات النقطية في المقام الأول أداة لتقييم الانحرافات الأكثر خطورة في المسار البصري الحالي، بدلاً من قياس الانحرافات كميًا.

في الرسم التخطيطي للبقعة لحقل 35 درجة (أشعة على المحور):

①الانحراف اللوني صغير نسبيًا، مع بعض الزيادة في الانحراف الموجي القصير، وهو أمر طبيعي.

②يشير وجود "ذيول" بالألوان الأحمر والأخضر والأزرق (الموضحة في الشكل) إلى أنها قريبة من حافة الفتحة لهذا المجال.

③هذا "الذيل" يسمى غيبوبة.

④هناك بالفعل غيبوبة في الشكل. لتحديد شدتها، قارنها بمعايير الجودة المعمول بها.

إحدى الطرق هي فحص مخططات النقاط غير المركزة. المخطط المركزي هو مخطط النقاط على مستوى الصورة، والمخطط الأيسر يوضح المخطط عندما يتم تحريك مستوى الصورة إلى اليسار، والمخطط الأيمن يوضح المخطط عندما يتم تحريكه إلى اليمين.

يمكن ملاحظة أن البقعة على مستوى الصورة لها شكل بيضاوي تقريبًا؛ حيث تظهر كقطع ناقص عريض موجه رأسيًا على الجانب الأيسر من مستوى الصورة. وتظهر كقطع ناقص موجه أفقيًا على الجانب الأيمن من مستوى الصورة مما يشير إلى وجود استجماتيزم كبير ضمن هذا النطاق.

دالة نقل التعديل (MTF):

يتم تعريف MTF على أنها نسبة تباين الصورة إلى تباين الكائن عند تردد مكاني معين، مما يعكس قدرة النظام على نقل ترددات وتباينات مكانية مختلفة . بشكل عام، تعكس دالة النقل عالية التردد القدرة على نقل تفاصيل الكائن ، ويعكس التردد المنخفض القدرة على نقل محيط الكائن ، ويعكس التردد المتوسط القدرة على نقل مستويات الكائن .

يوفر مخطط MTF للعدسة وصفًا كميًا لقدرتها على التحليل (الدقة)، وتحديدًا قياس وضوح الصورة، والذي يشمل الدقة والحدة. رياضيًا، يرمز MTF إلى دالة نقل التعديل .

تمثل المنحنيات الملونة في الرسم البياني MTF للضوء متعدد الألوان (الأبيض) في مجالات مختلفة.

يشير كل من T و S إلى الاتجاهين المماسي (الطولي) والسهمي على التوالي. يمثل المنحنى الأسود في الأعلى حد الانعراج. يوضح المحور الأفقي التردد المكاني بوحدة lp/mm (أزواج الخطوط لكل مليمتر)، بينما يمثل المحور الرأسي التباين، بحد أقصى 1. كلما زاد المنحنى، كانت جودة الصورة أفضل.

يوضح هذا المنحنى العلاقة بين MTF الزوالي والسهمي وعدم التركيز لمجالات رؤية مختلفة عند تردد مكاني محدد. يوضح منحنى عدم التركيز تغييرات MTF عندما ينحرف مستوى الصورة عن موضع تصميمها.

يمثل المحور الأفقي مسافة الانحراف عن مستوى الصورة المصمم، بينما يوضح المحور الرأسي قيمة MTF. وكلما زاد انحراف مستوى الصورة عن الموضع المصمم، زاد انخفاض MTF.

يساعد هذا المنحنى في تقييم ما إذا كانت المستويات البؤرية المثالية متسقة عبر المجال ومدى حساسية MTF لعدم التركيز.

تُظهِر مروحة انحراف الأشعة، المعروفة أيضًا باسم (RayFan)، انحرافات الأشعة كدالة لإحداثيات حدقة العين، وهي أداة قوية لتحليل انحرافات الأشعة. كما أنها توضح جميع الانحرافات باستثناء التشوهات ولا تقتصر على الانحرافات الأولية.

في هذه المخططات، يمثل المحور الأفقي الحدقة، بينما يشير المحور الرأسي إلى العرض الفعلي للمستشعر. يحتوي كل موضع لحقل الصورة على مخططين مماسي وسهمي.

بالنسبة للعدسة التي لا تحتوي على انحرافات ، فإن RayFan سيكون عبارة عن خط مستقيم . يعكس ارتفاع المنحنى الانحراف.

يظهر الانحراف البؤري على شكل منحنى خطي. ويظهر الانحراف الأولي على شكل منحنى تربيعي. ويظهر الانحراف الكروي الأولي والانحراف السهمي على شكل منحنيات مكعبة. وغالبًا ما تظهر العدسات الفعلية منحنيات معقدة وغير منتظمة ، تمثل توليفة من الأنواع المختلفة من الانحرافات من الانحراف الأولي إلى الانحراف الأعلى.

يمثل ميل الخط درجة عدم التركيز. وبطبيعة الحال، يشير ميل الأشعة ذات الألوان المختلفة إلى تشتت اللون المحوري. تمثل الاختلافات في الميل بين الاتجاهين المماسي والسهمي اللابؤرية؛ وتشير المنحدرات غير الصفرية المتطابقة إلى انحناء المجال.