點擴散函數建模
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
點擴散函數建模的實例教程
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本文討論了如何在 OpticStudio 中對點擴散函數進行建模和解釋。使用的分析特征是 Spot Diagram、FFT PSF 和 Huygens PSF。將討論每種工具的優點，以及用于最準確分析的有用特征設置。
介紹
光學系統的點擴散函數 （PSF） 是單個點光源產生的輻照度分布。（望遠鏡拍攝遙遠恒星的圖像就是一個很好的例子。盡管源可能是一個點，但圖像不是。有兩個主要原因：首先系統中的像差會將圖像傳播到有限的區域；其次衍射效果也會擴散圖像，即使在沒有像差的系統中也是如此。
OpticStudio 有三種基本類型的 PSF 計算：幾何（無衍射）點列圖、基于衍射的 FFT 和 Huygens PSF。本文將討論基本理論，并就正確使用每種類型的 PSF 提供一些指導。
點列圖
OpticStudio 中最基本的分析功能之一是點列圖。此功能從物空間中的單視場點發射許多光線，通過光學系統追跡所有光線，并繪制所有光線相對于某個公共參考的 （x，y） 坐標。因此，點列圖本身就可以看作一個幾何 PSF。
這里使用的示例光學系統是一個焦距為 50 mm 的單拋物面 F/5 反射鏡，物位于無窮遠處。該系統是一個簡化的牛頓望遠鏡，包含的示例文件為 PSF_Newtonian.ZMX。以下是光學系統的外觀：
兩個視場點（一個在軸上，另一個呈 2 度角）的點列圖如下所示。
請注意，點列圖是光線落點的集合，每個點表示一條光線。光線之間沒有相互作用或干擾。點列圖在顯示望遠鏡的幾何或光線像差的影響方面非常有效。離軸幾何 PSF 清楚地顯示了系統的彗差和像散。然而在軸上，點列圖預測了完美的成像。但這是否準確代表了光學系統的性能？為了回答點列圖結果的這個問題，我們需要將點列分布與衍射極限響應進行比較。
展開 這周小編要和大家討論一下
什么是點擴散函數
概要
這篇文章講述了：
什么是點擴散函數？
點列圖
快速傅里葉變換計算的點擴散函數（ FFT PSF ）
惠更斯算法計算的點擴散函數（ Huygens PSF ）
如何使用非序列模式下的透鏡和探測器觀察惠更斯積分
對于序列模式下的透鏡組，分析點擴散函數時如何在惠更斯和快速傅里葉變換計算兩者間進行選擇
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什么是點擴散函數（ PSF ）？
PSF 是一個物空間的點光源經過光學系統后的輻射照度分布。望遠鏡對遙遠行星成像就是一個很好的 PSF 例子：由于行星距離我們非常遠以至于我們在任何條件下都可以把它當做一個點。雖然發光光源是一個理想的點，但是像點并不是一個點。這是因為兩個主要原因：首先，光學系統的像差會影響像點，使其在有限的區域內擴散；其次，即使光學系統沒有像差，衍射效應同樣會使像點發生擴散。
展開 在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中，傅里葉環相關[1]用于評估分辨率。在衍射極限顯微鏡中，分辨率是用瑞利或斯派羅準則估算的[2]。在實踐中，這些系統的分辨率也可以用微粒測量，微粒選擇明顯小于預期分辨率，選定上述標準之一。這些微粒充當形成 PSF 的點發源，其尺寸給出了圖像分辨率的估計值，同樣，該尺寸根據其定義而變化。在本文中，我們使用 OpticStudio 中的 PSF 來更客觀地評估衍射極限成像系統的分辨率。
方法一：多重結構編輯器（相干成像）
顯微鏡設計
在整篇文章中，我使用了基于 TL4X-SAP 物鏡（4X，0.2 NA）和 TTL200 管鏡的顯微鏡設計，如圖1所示。這兩種透鏡都可由 THORLABS 網站以黑盒形式提供。
圖 1 - 由 THORLABS 的黑匣子元件組成的顯微鏡設計。放大倍數為 4X，數值孔徑 (NA) 為0.2。
我們使用“真實圖像高度”定義并指定了在 X 和 Y 半寬為6.656毫米的正方形上具有相等面積的五個視場，對應于物平面中的1.664毫米。視場由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm
2物理尺寸的科學 CMOS (sCMOS) 探測器進行建模。這些探測器通常用于顯微鏡，可以在 Orca-Flash4.0 V3 (Hamamatsu) 或Zyla 4.2 plus (Andor) 等相機產品中找到。
展開 在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
簡介
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中，傅里葉環相關[1]用于評估分辨率。在衍射極限顯微鏡中，分辨率是用瑞利或斯派羅準則估算的[2]。在實踐中，這些系統的分辨率也可以用微粒測量，微粒選擇明顯小于預期分辨率，選定上述標準之一。這些微粒充當形成 PSF 的點發源，其尺寸給出了圖像分辨率的估計值，同樣，該尺寸根據其定義而變化。在本文中，我們使用 OpticStudio 中的 PSF 來更客觀地評估衍射極限成像系統的分辨率。
方法一：多重結構編輯器（相干成像）
顯微鏡設計
在整篇文章中，我使用了基于 TL4X-SAP 物鏡（4X，0.2 NA）和 TTL200 管鏡的顯微鏡設計，如圖1所示。這兩種透鏡都可由 THORLABS 網站以黑盒形式提供。
圖 1 - 由 THORLABS 的黑匣子元件組成的顯微鏡設計。放大倍數為 4X，數值孔徑 (NA) 為0.2。
我們使用“真實圖像高度”定義并指定了在 X 和 Y 半寬為6.656毫米的正方形上具有相等面積的五個視場，對應于物平面中的1.664毫米。視場由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm 2 物理尺寸的科學 CMOS (sCMOS) 探測器進行建模。這些探測器通常用于顯微鏡，可以在 Orca-Flash4.0 V3 (Hamamatsu) 或Zyla 4.2 plus (Andor) 等相機產品中找到。
展開 在本文中，我建議使用在OpticStudio中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的PSF的兩種方法。 第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中，傅里葉環相關[1]用于評估分辨率。 在衍射極限顯微鏡中，分辨率是用瑞利或斯派羅準則估算的[2]。在實踐中，這些系統的分辨率也可以用微粒測量，微粒選擇明顯小于預期分辨率，選定上述標準之一。這些微粒充當形成PSF的點發源，其尺寸給出了圖像分辨率的估計值，同樣，該尺寸根據其定義而變化。在本文中，我們使用OpticStudio中的PSF來更客觀地評估衍射極限成像系統的分辨率。
方法一：多重結構編輯器（相干成像）
顯微鏡設計
在整篇文章中，我使用了基于TL4X-SAP物鏡（4X，0.2 NA）和TTL200管鏡的顯微鏡設計，如圖1所示。這兩種透鏡都可由THORLABS網站以黑盒形式提供。
圖 1 - 由THORLABS的黑匣子元件組成的顯微鏡設計。放大倍數為4X，數值孔徑 (NA) 為0.2。
我們使用“真實圖像高度”定義并指定了在X和Y半寬為6.656毫米的正方形上具有相等面積的五個視場，對應于物平面中的1.664毫米。視場由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm2物理尺寸的科學 CMOS (sCMOS) 探測器進行建模。這些探測器通常用于顯微鏡，可以在Orca-Flash4.0 V3 (Hamamatsu) 或Zyla 4.2 plus (Andor) 等相機產品中找到。 我還使用了OpticStudio的波長 F、d、C（可見光）預設。
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成像系統（例如顯微鏡）的衍射極限分辨率可以通過不同方式表征。在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
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成像系統（例如顯微鏡）的衍射極限分辨率可以通過不同方式表征。在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
簡介
成像系統的性能與其分辨率有關
成像系統（例如顯微鏡）的衍射極限分辨率可以通過不同方式表征。 在本文中，我建議使用在OpticStudio中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的PSF的兩種方法。 第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中
成像系統（例如顯微鏡）的衍射極限分辨率可以通過不同方式表征。在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。（聯系我們獲取文章附件）
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成像系統的性能與其分辨率有關
這周小編要和大家討論一下
什么是點擴散函數
概要
這篇文章講述了：
什么是點擴散函數？
點列圖
快速傅里葉變換計算的點擴散函數（ FFT PSF ）
惠更斯算法計算的點擴散函數（ Huygens PSF ）
