Modulation transfer function in the analysis of electro-optical system performance / Функция модуляции передачи при анализе электрооптических систем / Modulaciona funkcija prenosa u analizi performansi elektrooptičkih sistema

• Main Authors: Nedeljko S. Pađen, Dragana B. Perić, Branko G. Livada, Milan M. Milosavljević
• Format: Article
• Language: English
• Published: University of Defence in Belgrade 2020-07-01
• Series: Vojnotehnički Glasnik
• Subjects: mtf-modulation transfer function; usaf 1951 test; electro-optics; функция модуляции передачи; тестовая цель usaf 1951; электрооптика; modulaciona funkcija prenosa; testna meta usaf 1951; elektrooptika
• Online Access: https://scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0042-8469/2020/0042-84692003572P.pdf

Introduction/purpose: The Modulation Transfer Function (MTF) is a useful tool for an imaging system performance analysis. It is used in Electro-Optical (EO) system design, verification of targeted system parameters, but also in optimization tasks for systems under test. This methodology based on the linear systems theory allows the performance analysis of complicated EO systems to be divided into subsystems. In this paper, the MTF methodology will be presented and explained, followed by the measurements performed in the electro-optical laboratory. The MTF measurements were performed on three types of cameras in different spectral bands, after which the results were compared to the model expectations and theoretical limits for the imaging system. For one of the sensors, the limiting frequency was also measured using the USAF 1951 test target which allowed the comparison between the methods. Methods: Laboratory measurements and theoretical mathematical calculations. Results: Based on the laboratory and theoretical results, the measurement results were further analyzed. Conclusion: The measurements have proven that the calculated cutoff frequency and the MTF curve represent the limit for the real measured system performance. Therefore, this study has confirmed that the MTF can be convenient for finding system limitations and bottlenecks and for increasing the overall performance of the system. / Введение/цель: Функция модуляции передачи (MTF) является полезным инструментом для анализа эффективности системы формирования изображений. Она используется при разработке электрооптических систем (EO), проверке целевых параметров системы, а также в задачах оптимизации тестируемой системы. Данная методология основана на теории линейных систем и обеспечивает возможность разделения анализа эффективности сложных систем ЭО на подсистемы. В настоящей статье представлена и объяснена методология MTF, а также приведены примеры измерений, произведенных в электрооптической лаборатории. Измерения MTF проводились с помощью трех видов камер в разных спектральных диапазонах, после чего результаты сравнивались с прогнозируемыми моделями и теоретическими пределами системы формирования изображения. Методы: Лабораторные измерения и теоретическая математическая статистика. Результаты: Результаты измерений были дополнительно проанализированы на основании проведенных лабораторных и теоретических результатов. Выводы: Проведенные измерения показали, что рассчитанная предельная частота и кривая MTF представляют собой границу реальных измеренных характеристик эффективности системы. Таким образом, исследование подтвердило, что MTF может способствовать выявлению системных ограничений и узких мест, а также повышению общей эффективности системы. Разработаны рекомендации по дальнейшей оптимизации систем формирования изображений. / Uvod/cilj: Modulaciona funkcija prenosa (MTF) koristan je alat za analizu performansi sistema za obradu slike. Koristi se u dizajniranju elektrooptičkih (EO) sistema, pri proveri ciljanih parametara sistema, ali i u zadacima optimizacije testiranih sistema. Ova metodologija, zasnovana na teoriji linearnih sistema, omogućava da se analiza performansi složenih EO sistema podeli na podsisteme. MTF metodologija najpre je predstavljena i objašnjena, a zatim je prikazano merenje izvršeno u elektrooptičkoj laboratoriji. MTF merenja izvedena su na tri tipa kamera, u različitim spektralnim opsezima, nakon čega su rezultati upoređeni sa očekivanim modelima i teorijskim ograničenjima sistema za obradu slike. Metode: Laboratorijska merenja i teorijska matematička izračunavanja. Rezultati: Na osnovu laboratorijskih i teorijskih rezultata dodatno su analizirani rezultati merenja. Zaključak: Merenja su dokazala da izračunata granična frekvencija i krivulja MTF predstavljaju granicu za stvarne performanse sistema. Potvrđeno je da MTF može biti pogodan za pronalaženje ograničenja i uskih grla sistema, kao i za poboljšanje ukupnih performansi sistema.