Entwicklung und modellbasierte Fehleranalyse einer Referenzanlage zur Messung der Modulationstransferfunktionen von Objektiven

 

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M. Schenker

Entwicklung und modellbasierte Fehleranalyse einer Referenzanlage zur Messung der Modulationstransferfunktionen von Objektiven

ISBN: 978-3-95606-609-2   |   Erscheinungsjahr: 2021    |    Auflage: 1
Seitenzahl: 180   |    Einband: Broschur    |    Gewicht: 540 g
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Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Anlage zur Messung der Modulationstransferfunktion (MTF) von Kameraobjektiven mit dem Ziel, eine erweiterte Messunsicherheit von 0,01 (Uberdeckungswahrscheinlichkeit von 95 %) für unterschiedliche Messkonfigurationen zu erreichen. Die Entwicklung erfolgt unter Berucksichtigung des Prüflingsspektrums sowie des internationalen Standards ISO 11421. Testmessungen an zwei Objektiven zeigen, dass die erzielten MTF-Ergebnisse mit den erwarteten Werten im Bereich der jeweils angegebenen Messunsicherheit von 0,02 ubereinstimmen und die Stabilität der Anlage das Erreichen einer Messunsicherheit von 0,01 zulässt. Die Untersuchung der systematischen Fehler in der MTF-Anlage erfolgt in dieser Arbeit mit speziell fur diesen Zweck entwickelten Simulationswerkzeugen. Die Einflüsse von Positionierfehlern auf die MTF werden mithilfe von virtuellen Experimenten untersucht, die auf einer objektorientierten Simulation der Mechaniken und Optiken in Kombination mit optischem Raytracing basieren. Die Ergebnisse von Monte-Carlo-Studien und Sensitivitätsanalysen in der Simulation sowie Vergleiche mit Messergebnissen lassen darauf schließen, dass die Eigenschaften der Mechaniken der Anlage es erlauben, die angestrebte Messunsicherheit zu erreichen. Basierend auf Fourier-optischen Simulationen wird außerdem der Einfluss der Größe des ausgewerteten Bildbereichs in der Fokusebene des Pruflings untersucht. Die Ergebnisse liefern eine Formel, die eine Berechnung des maximalen MTF-Fehlers in Abhängigkeit vom Auswertebereich, der Wellenlänge des Lichts und der Blendenzahl des Pruflings zulässt. Zusätzlich wird ein vereinfachtes Kameramodell vorgestellt, das die Bittiefe und das Rauschverhalten des verwendeten Detektors berucksichtigt. Mithilfe dieses Modells werden die Auswertealgorithmen und verschiedene Arten der Untergrundkorrektur untersucht und deren Einfluss auf die MTF quantifiziert. Die Verifikation der Simulationsergebnisse erfolgt durch den Vergleich mit Messungen an der MTF-Anlage. Fur einen bestimmten Kameratyp kann hiermit ge- zeigt werden, dass der erwartete Unsicherheitsbeitrag der MTF klein genug ist, um das Erreichen einer Messunsicherheit von 0,01 zu erm¨oglichen. Durch die Entwicklung einer hochgenauen Referenzanlage und die Verwendung neuer Methoden fur die Einschätzung der Messunsicherheit bildet diese Arbeit die Grundlage einer zukunftigen rückgef ührten MTF-Kalibrierung von Kameraobjektiven. Langfristiges Ziel des zugrundeliegenden Projeks ist, dass ein DAkkS-Labor fur MTF-Kalibrierungen etabliert wird, dessen Ruckführbarkeit durch die Referenzanlage unterstützt werden soll.

PTB Opt-91