调制传递函数 (MTF)

调制传递函数（MTF）是一个重要指标，用于描述从视觉到热成像中使用的长波红外（LWIR）波段等各种应用中光学系统的性能。MTF 用不同空间频率下正弦图案的对比度表示，评估镜头系统从物体到图像的细节再现（传输）能力。由此得出的 MTF 曲线显示了剩余对比度与空间频率的函数关系。在这种情况下，它是一种描述光学分辨率的方法，因此也是温度测量领域的测量精度。
影响 MTF 的因素包括所使用的光波长、光学器件的 F 数和透镜像差–这可能是透镜制造过程中的瑕疵造成的。重要的是要区分光学元件单独的 MTF 和系统 MTF，后者将光学元件的 MTF 与探测器的 MTF 结合在一起。在红外热像仪中，系统 MTF 至关重要，受探测器像素大小的影响很大，会影响整个图像的光学分辨率。

从光学角度看，孔径处的衍射会产生艾里斑图案，这代表了理论性能的极限，完全由波长和 F 数决定。但在实际应用中，镜头像差等额外因素会降低这一理想性能。这种影响纯粹是物理性的，只取决于波长和光学器件的 F 数。这种行为可以看作是衍射极限，代表了最佳情况。在实际应用中，光学器件会利用其折射能力使辐射弯曲，并在将辐射聚焦到传感器平面时引入像差。所有这些都会降低从目标参考到探测器阵列上 MTF 输出的 MTF 值。
由于热像仪的波长范围设定为低温红外波段，低 F 值变得越来越重要。它可确保较小的测量视场（MFOV）和较高的对比度，即使是小目标也不例外。不过，F 数也与合理的热分辨率有关。为了提高光学和热分辨率（NETD），低 F 值是先进热成像技术最基本的参数之一。

MTF 以每毫米线对（lp/mm）为单位进行量化，线对密度越高，空间频率越高。当接近截止频率时，系统呈现细节的能力就会减弱。这一频率极限受光学系统的波长 λ 和 F 数 N 的影响，可用以下公式表示：

对于大型传感器，图像中心的对比度通常是最佳的，而热图像边缘的对比度则会降低。对于大多数成像应用来说，这种情况是可以接受的，但对于温度测量来说，最重要的是 MTF 的下降幅度要保持适中。
除了光学器件的影响外，热像仪探测器也对 MTF 性能有重大影响。像素大小 d 决定了目标的采样率，并定义了截止频率，也称为奈奎斯特频率：

超过该频率会导致混叠，从而影响热图像信息。
要进行精确的温度测量，尤其是在处理孤立的小目标时，目标尺寸必须与测量视场 (MFOV) 相对应。这样才能确保光学分辨率足以准确区分温度，而不仅仅是探测温度。