光学系统像质分析在光学系统设计、加工和装调过程中具有重要意义.像质分析常用的方法有调制传递函数法和波前差法.对于高分辨率光学系统, 传统的一维调制传递函数由于只提供了一维空间频率信息, 因此在像质检测时有一定的局限性.本文基于随机数图像的傅里叶功率谱密度理论, 提出了一种利用随机数图像作为目标物来测量成像光学系统二维调制传递函数的方法;通过利用Newton-Cotes求积公式, 对有像差系统的光学传递函数计算公式做进一步推导, 提出了利用实际成像光学系统的二维调制传递函数值直接计算系统波前差的算法.实验结果表明, 二维调制传递函数较之一维调制传递函数更能真实地反应成像光学系统的成像性能;利用二维调制传递函数计算得到的波前差与理论波前差在轮廓上有较好的一致性, 可以作为实际系统波前差分析的一条新途径.