Ansys OpticStudio에서 MTF(Modular Transfer Function)를 분석하는 방법
오늘날 시장에서 광학 시스템 성능에 대한 요구는 지속적으로 증가하고 있습니다. 이미지 센서, 렌즈, 거울 또는 전체 카메라에 적용되는 이러한 모든 새로운 성능 기대치는 특정 수준의 이미지 무결점으로 설정됩니다. 광학에서 품질을 측정하는 가장 쉬운 방법 중 하나는 물체에서 이미지로 다양한 세부 수준을 전송하는 광학 시스템의 기능과 관련이 있습니다. 선명한 이미지는 해상도(이미지에 세부 정보를 전송하는 기능) 및 대비(이미지의 밝은 영역과 어두운 영역을 구별하는 기능)에 따라 달라집니다.
Modulation Transfer Function(MTF)은 광학 시스템의 성능 측면(기본적으로 렌즈 또는 렌즈 어셈블리)을 캡처하는 중요한 방법입니다. MTF는 물체에서 이미지로의 변조 전달을 공간 주파수의 함수로 설명하거나 이미지의 특정 해상도에서 명암(대조)의 반복 분포를 설명한다. 해상도와 대비를 하나의 사양으로 결합하는 방법입니다. MTF는 일반적으로 렌즈 성능을 지정하고 렌즈 설계 중에 최적화 및 공차 목표로 사용됩니다.
모든 광학 시스템 구성 요소에는 비디오 케이블, 렌즈 또는 이미징 센서에 관계없이 각각 곡선에 그래픽으로 표시되는 관련 MTF가 있습니다. MTF는 영상의 중심에서 영상의 모서리로 방출되는 선을 따라 측정됩니다. 사인파 표적의 경우 MTF는 사인파 응답 또는 주기로 측정됩니다. 막대 표적의 경우 한쌍의 라인으로 측정됩니다.
Ansys OpticStudio 는 모든 대상 유형에 대한 MTF를 높은 정확도로 계산할 수 있습니다. 이 블로그에서는 MTF, FFT(Fraunhofer) MTF, Geometric MTF 및 Huygens MTF와 같은 광학 응용 분야에서 MTF를 측정하는 데 사용할 수 있는 OpticStudio의 다양한 샘플링 방식과 알고리즘을 소개합니다.
MTF
좋은 비트맵 이미지 분석을 통해 이미지 품질에 대한 다양한 라인 이미지의 정량적 데이터를 얻을 수 있습니다. OpticStudio를 사용하면 MTF를 구성하여 렌즈에서 지원하는 최대 주파수까지의 명암비를 결정할 수 있습니다.
Fraunhofer(FFT) MTF
렌즈가 지원할 수 있는 모든 공간 주파수에 대한 MTF 그래프를 생성할 수 있는 OpticStudio의 MTF 분석 기능은 Fraunhofer 회절 이론에 기반한 알고리즘을 사용합니다. 이 잘 알려진 방법은 동공으로 추적되는 그리드 광선의 고속 푸리에 변환(FFT)을 포함합니다. 결과 MTF는 f/#의 크기 또는 초점 길이의 비율, 회절 PSF가 상당한 에너지를 갖는 영역의 크기, 출사동의 왜곡 및 샘플링 설정입니다.
모든 광학 이미징 시스템이 FFT MTF 알고리즘에서 사용하는 Fraunhofer 회절 이론의 단순화 가정을 충족하는 것은 아닙니다. 그러나 최적화에는 특정 공간 주파수만 필요하므로 모든 주파수에서 MTF를 계산할 필요는 없습니다. OpticStudio 내에서 특정 공간 주파수에서 MTF를 계산하는 MTF 피연산자는 그래픽 창에서 사용하는 그리드 방법과 거의 모든 최적화 사례에 사용할 수 있는 빠른 스파스 샘플링 방법 간에 전환할 수 있는 그리드 매개변수를 지원합니다.
Geometric MTF
수차의 파장(이상적인 광학 이미지에서 이미지 왜곡)이 많은 경우에는 기하학적 MTF 계산 및 GMT 피연산자가 권장됩니다. 기하학적 MTF를 사용하는 주요 이점은 회절 계산에 비해 속도가 매우 빠르다는 것입니다. Geometric MTF는 회절 MTF 계산이 수렴하기 위해 막대한 샘플링이 필요한 큰 수차가 있는 시스템에서도 매우 정확합니다. 기하학적 계산은 배경 조명을 증가시켜 MTF를 줄이는 광학 표면의 산란도 설명할 수 있습니다. 그리고 Geometric MTF는 전역 검색에서 모든 매개변수 공간을 효율적으로 검색하고 좋은 디자인이 있는 영역을 식별하는 데 유용합니다.
Huygens MTF
Huygens MTF는 FFT를 기반으로 하지 않습니다. 이 방법은 두 가지 기본 가정을 기반으로 합니다. 즉, f/# 또는 초점 길이의 비율이 스칼라 회절 이론이 적용될 만큼 충분히 크다는 것과 샘플링이 PSF를 정확하게 모델링하기에 충분히 높게 설정된다는 것입니다. 이 계산에 대한 자세한 내용은 "포인트 스프레드 함수란 무엇입니까?" 기사에서 확인할 수 있습니다.
모든 이미징 시스템은 Huygens PSF를 계산하는 데 필요한 단순화 가정을 충족합니다. Huygens MTF는 일반적으로 FFT MTF보다 느리지만 FFT MTF 가정이 적용되지 않는 경우에는 더 정확합니다. Huygens 계산을 사용하여 많은 파면 계산에 필수적인 요소인 Chief Ray 참조 구를 만들 수 있습니다. 또한 Huygens MTF는 여러 개의 거울 망원경, 특히 기본 거울이 멀리 떨어져 있는 매우 긴 기본 장치가 있는 시스템에서 여러 구성에 대한 MTF를 합산할 수 있습니다.
Seeing the Big Picture with Ansys Zemax OpticStudio + Ansys Speos
애플리케이션 기반 씬(scene) 내에서 MTF를 계산하려면 어떻게 될까요? 물론 매우 좋은 이미지 품질에 관심이 있다면 MTF가 주요 메트릭입니다. 많은 사용자의 경우 이러한 테스트를 실험실 밖으로 확장하는 것이 좋을 것입니다. Ansys 소프트웨어는 실험실에서 일반적으로 발생하는 풀-포스트 프로세싱 액티비티를 고려하여 최종 환경과 동일한 조명을 가진 응용 프로그램 기반 장면과 함께 MTF 계산을 제공합니다.
가상 환경에서 OpticStudio는 대상 이미지가 큰 렌즈 시스템의 MTF 계산에 사용할 수 있습니다. 그런 다음 Speos는 애플리케이션 기반 장면 내에서 전체 카메라 시스템(렌즈 + 이미지)을 고려하여 최종 이미지를 생성할 수 있습니다. 그런 다음 타사 도구를 사용하여 최종 이미지에서 MTF를 계산합니다.
Speos를 사용하면 응용 프로그램 기반 3D 장면에서 작업하는 이점을 얻을 수 있으며 시뮬레이션 시간이 더 빨라집니다. 2023년에는 후처리를 고려한 최종 이미지도 생성할 수 있습니다. 또 다른 주요 이점은 Speos 소프트웨어의 정확도가 OpticStudio 또는 실험실 측정을 참조로 사용하여 소프트웨어의 다양한 측면에서 쉽게 검증된다는 것입니다. 이 작업을 수행하는 데 도움이 되는 도구의 측면은 다음과 같습니다.
Setup of an application-based scene with the illumination
HPC calculation to speed up simulation (with full lens system or with Reduced Order Model)
How to Analyze Modular Transfer Function (MTF) in Ansys OpticStudio
ANSYS BLOG / OCTOBER 21, 2022
Author: Kerry Herbert / Product Marketing Manager, Ansys
https://www.ansys.com/blog/analyzing-mtf-in-opticstudio
Ansys OpticStudio에서 MTF(Modular Transfer Function)를 분석하는 방법
오늘날 시장에서 광학 시스템 성능에 대한 요구는 지속적으로 증가하고 있습니다. 이미지 센서, 렌즈, 거울 또는 전체 카메라에 적용되는 이러한 모든 새로운 성능 기대치는 특정 수준의 이미지 무결점으로 설정됩니다. 광학에서 품질을 측정하는 가장 쉬운 방법 중 하나는 물체에서 이미지로 다양한 세부 수준을 전송하는 광학 시스템의 기능과 관련이 있습니다. 선명한 이미지는 해상도(이미지에 세부 정보를 전송하는 기능) 및 대비(이미지의 밝은 영역과 어두운 영역을 구별하는 기능)에 따라 달라집니다.
Modulation Transfer Function(MTF)은 광학 시스템의 성능 측면(기본적으로 렌즈 또는 렌즈 어셈블리)을 캡처하는 중요한 방법입니다. MTF는 물체에서 이미지로의 변조 전달을 공간 주파수의 함수로 설명하거나 이미지의 특정 해상도에서 명암(대조)의 반복 분포를 설명한다. 해상도와 대비를 하나의 사양으로 결합하는 방법입니다. MTF는 일반적으로 렌즈 성능을 지정하고 렌즈 설계 중에 최적화 및 공차 목표로 사용됩니다.
모든 광학 시스템 구성 요소에는 비디오 케이블, 렌즈 또는 이미징 센서에 관계없이 각각 곡선에 그래픽으로 표시되는 관련 MTF가 있습니다. MTF는 영상의 중심에서 영상의 모서리로 방출되는 선을 따라 측정됩니다. 사인파 표적의 경우 MTF는 사인파 응답 또는 주기로 측정됩니다. 막대 표적의 경우 한쌍의 라인으로 측정됩니다.
Ansys OpticStudio 는 모든 대상 유형에 대한 MTF를 높은 정확도로 계산할 수 있습니다. 이 블로그에서는 MTF, FFT(Fraunhofer) MTF, Geometric MTF 및 Huygens MTF와 같은 광학 응용 분야에서 MTF를 측정하는 데 사용할 수 있는 OpticStudio의 다양한 샘플링 방식과 알고리즘을 소개합니다.
MTF
좋은 비트맵 이미지 분석을 통해 이미지 품질에 대한 다양한 라인 이미지의 정량적 데이터를 얻을 수 있습니다. OpticStudio를 사용하면 MTF를 구성하여 렌즈에서 지원하는 최대 주파수까지의 명암비를 결정할 수 있습니다.
Fraunhofer(FFT) MTF
렌즈가 지원할 수 있는 모든 공간 주파수에 대한 MTF 그래프를 생성할 수 있는 OpticStudio의 MTF 분석 기능은 Fraunhofer 회절 이론에 기반한 알고리즘을 사용합니다. 이 잘 알려진 방법은 동공으로 추적되는 그리드 광선의 고속 푸리에 변환(FFT)을 포함합니다. 결과 MTF는 f/#의 크기 또는 초점 길이의 비율, 회절 PSF가 상당한 에너지를 갖는 영역의 크기, 출사동의 왜곡 및 샘플링 설정입니다.
모든 광학 이미징 시스템이 FFT MTF 알고리즘에서 사용하는 Fraunhofer 회절 이론의 단순화 가정을 충족하는 것은 아닙니다. 그러나 최적화에는 특정 공간 주파수만 필요하므로 모든 주파수에서 MTF를 계산할 필요는 없습니다. OpticStudio 내에서 특정 공간 주파수에서 MTF를 계산하는 MTF 피연산자는 그래픽 창에서 사용하는 그리드 방법과 거의 모든 최적화 사례에 사용할 수 있는 빠른 스파스 샘플링 방법 간에 전환할 수 있는 그리드 매개변수를 지원합니다.
Geometric MTF
수차의 파장(이상적인 광학 이미지에서 이미지 왜곡)이 많은 경우에는 기하학적 MTF 계산 및 GMT 피연산자가 권장됩니다. 기하학적 MTF를 사용하는 주요 이점은 회절 계산에 비해 속도가 매우 빠르다는 것입니다. Geometric MTF는 회절 MTF 계산이 수렴하기 위해 막대한 샘플링이 필요한 큰 수차가 있는 시스템에서도 매우 정확합니다. 기하학적 계산은 배경 조명을 증가시켜 MTF를 줄이는 광학 표면의 산란도 설명할 수 있습니다. 그리고 Geometric MTF는 전역 검색에서 모든 매개변수 공간을 효율적으로 검색하고 좋은 디자인이 있는 영역을 식별하는 데 유용합니다.
Huygens MTF
Huygens MTF는 FFT를 기반으로 하지 않습니다. 이 방법은 두 가지 기본 가정을 기반으로 합니다. 즉, f/# 또는 초점 길이의 비율이 스칼라 회절 이론이 적용될 만큼 충분히 크다는 것과 샘플링이 PSF를 정확하게 모델링하기에 충분히 높게 설정된다는 것입니다. 이 계산에 대한 자세한 내용은 "포인트 스프레드 함수란 무엇입니까?" 기사에서 확인할 수 있습니다.
모든 이미징 시스템은 Huygens PSF를 계산하는 데 필요한 단순화 가정을 충족합니다. Huygens MTF는 일반적으로 FFT MTF보다 느리지만 FFT MTF 가정이 적용되지 않는 경우에는 더 정확합니다. Huygens 계산을 사용하여 많은 파면 계산에 필수적인 요소인 Chief Ray 참조 구를 만들 수 있습니다. 또한 Huygens MTF는 여러 개의 거울 망원경, 특히 기본 거울이 멀리 떨어져 있는 매우 긴 기본 장치가 있는 시스템에서 여러 구성에 대한 MTF를 합산할 수 있습니다.
이 주제에 대한 더 자세한 정보는 "OpticStudio에서 MTF를 분석하는 방법" 기사를 읽어보십시오.
Seeing the Big Picture with Ansys Zemax OpticStudio + Ansys Speos
애플리케이션 기반 씬(scene) 내에서 MTF를 계산하려면 어떻게 될까요? 물론 매우 좋은 이미지 품질에 관심이 있다면 MTF가 주요 메트릭입니다. 많은 사용자의 경우 이러한 테스트를 실험실 밖으로 확장하는 것이 좋을 것입니다. Ansys 소프트웨어는 실험실에서 일반적으로 발생하는 풀-포스트 프로세싱 액티비티를 고려하여 최종 환경과 동일한 조명을 가진 응용 프로그램 기반 장면과 함께 MTF 계산을 제공합니다.
가상 환경에서 OpticStudio는 대상 이미지가 큰 렌즈 시스템의 MTF 계산에 사용할 수 있습니다. 그런 다음 Speos는 애플리케이션 기반 장면 내에서 전체 카메라 시스템(렌즈 + 이미지)을 고려하여 최종 이미지를 생성할 수 있습니다. 그런 다음 타사 도구를 사용하여 최종 이미지에서 MTF를 계산합니다.
Speos를 사용하면 응용 프로그램 기반 3D 장면에서 작업하는 이점을 얻을 수 있으며 시뮬레이션 시간이 더 빨라집니다. 2023년에는 후처리를 고려한 최종 이미지도 생성할 수 있습니다. 또 다른 주요 이점은 Speos 소프트웨어의 정확도가 OpticStudio 또는 실험실 측정을 참조로 사용하여 소프트웨어의 다양한 측면에서 쉽게 검증된다는 것입니다. 이 작업을 수행하는 데 도움이 되는 도구의 측면은 다음과 같습니다.
Ansys Optics Products Sales
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대표전화 : 02-2065-0726
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