MTF/SFR测量——西门子星图法

原理:
基于放射状正弦楔形条纹的径向频率梯度特性,通过像素读取、正弦曲线拟合与调制度计算,直接获取不同空间频率下的调制度MTF值(无需傅里叶变换),绘制MTF曲线,体现成像系统不同频率的对比度传递能力。
(1)像素读取
定位星图中心,将星图分成 8 个等角度扇区;再在每个扇区里,从中心向外沿半径方向,逐像素读取不同半径位置的灰度值,以此覆盖全方向的成像数据。

(2)正弦曲线拟合
将采集到的不同角度、不同半径处的像素灰度值,拟合为正弦曲线。

(3)调制度计算
基于拟合的正弦曲线,提取灰度最大值($I_{Max}$)和灰度最小值($S_{Min}$),计算调制度: $Modulation = \frac{I_{\text{max}} - I_{\text{min}}}{I_{\text{max}} + I_{\text{min}}}$。再将不同半径(对应不同空间频率)的调制度与空间频率对应,即可得到 MTF曲线。

优点:
抗图像锐化算法干扰,无 RAW 数据时仍能反映真实光学性能;
条纹周期性降低噪声影响,测量重复性高,适配批量测试;
可同步实现多方向 MTF 测量,适配镜头各向异性评估。

局限性:
径向正弦条纹对比度高,易导致传感器像素饱和,引发色调响应非线性误差,进而夸大 MTF 结果;
需占用较大图像面积以覆盖星图完整半径,空间利用效率低于倾斜边缘法;
超高像素相机(>10MP)使用时,图卡生产工艺的高频精度限制易引入测量失真。

测试图卡:
要求符合 ISO 12233:2014 标准,内圆直径为外圆直径的 1/20 以提升定位精度;正弦条纹对比度约 50:1~250:1,对成像系统锐化算法不敏感,可避免虚假高分辨率;配备定位标记(Mark 点)支持 ROI 定位,含灰阶块用于伽马计算;成像需满场无裁剪,循环数(条纹黑白对数量)需按相机分辨率选择 —— 百万像素级用 72 循环,千万像素级用 144 循环。

推荐研鼎CP137反射式西门子星图卡,符合上述图卡需求: 其图卡规格如下: 需根据被测模组分辨率选择适配循环数,再根据被测模组的视场角选择适配图卡倍率。
该测试图卡支持与RIQA Camera图像质量分析软件配套使用: