什么是点扩散函数PSF？

概要

这篇文章讲述了：

什么是点扩散函数？

点列图

快速傅里叶变换计算的点扩散函数（FFT PSF）

惠更斯算法计算的点扩散函数（Huygens PSF）

如何使用非序列模式下的透镜和探测器观察惠更斯积分

对于序列模式下的透镜组，分析点扩散函数时如何在惠更斯和快速傅里叶变换计算两者间进行选择

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什么是点扩散函数（PSF）？

PSF是一个物空间的点光源经过光学系统后的辐射照度分布。望远镜对遥远行星成像就是一个很好的PSF例子：由于行星距离我们非常远以至于我们在任何条件下都可以把它当做一个点。虽然发光光源是一个理想的点，但是像点并不是一个点。这是因为两个主要原因：首先，光学系统的像差会影响像点，使其在有限的区域内扩散；其次，即使光学系统没有像差，衍射效应同样会使像点发生扩散。

OpticStudio内置了三种计算PSF的方法：几何（无衍射效应）点列图、基于衍射效应的快速傅里叶变换（FFT）PSF和惠更斯（Huygens）PSF。这篇文章将讨论每种算法的理论基础，并给出了一些使用建议。

点列图：几何PSF

点列图是OpticStudio中最基础的分析功能之一。该功能会加载多条从物空间点光源发出的光线，并对所有光线穿过光学系统进行追迹，然后将以图表的形式显示光线相对于特定参考点的坐标图。

本文中使用的示例系统是一个焦距为50mm、F数为5的抛物面反射镜。物体放置于无穷远处。这是一个简单的牛顿望远镜系统，示例文件名为PSF_Newtonian.ZMX。光学系统如下所示：

两个视场下的点列图如下所示，其中一个视场为轴上视场，另一个为2°的离轴视场：