拉盖尔-高斯（LG_0l）涡旋光束携带光轨道角动量，提供了额外复用自由度，可以极大提高光通信容量，实现该涡旋光束光斑半径的精确测量对其应用具有重要意义。刀口法由于廉价、方便、精度高、适用于较大功率的测量等优势，是测量光斑尺寸及束腰尺寸的理想方法。然而，以往刀口法的研究主要集中在基横模高斯光束上，尚缺少关于刀口法对LG_0l涡旋光斑的测量研究。本文对基于刀口法的LG_0l涡旋光斑尺寸测量进行了详细地理论分析和实验研究。理论分析中给出了刀口法测量LG_0l涡旋光束的原理；实验上将螺旋相位板对基模高斯光束调制后产生的光束当作LG_0l涡旋光束的近似，并采用刀口法测量了该LG_0l（l=0，1和2）涡旋光的光斑；借助Mathematica程序数值拟合了实验测量的横向光场强度分布结果，得到了不同LG_0l涡旋光束的光斑半径。根据光斑半径的特点可得出：经低涡旋阶数的螺旋相位板调制之后，基模高斯光束可变为相应涡旋阶数的LG_0l涡旋光束，变换前后光斑半径基本保持不变。

调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是光学卫星相机成像质量评价的重要参数之一,在轨MTF检测关系到遥感数据的应用和未来遥感相机的发展。针对目前对地观测中广泛应用的光电成像系统,以反射点源阵列、辐射状靶标和大面积刃边靶标等便于数学描述的特殊点线面目标作为参照,依据MTF的物理定义,通过亚像元位置检测与参数化模型拟合等,对卫星相机进行了在轨MTF检测。实验结果表明:点源法是最严密的检测方法,可以全面表征遥感相机的成像能力;方波法在大面积靶标配合下,能直接获取成像系统在奈奎斯特频率处的MTF值;刃边法是光学相机常用的检测方法,但是仅能获取沿轨与垂轨方向的MTF。三种方法所得的在轨MTF的检测结果具有较好的一致性,最大相对误差优于6.00%。这些方法各有特点,其适用性存在一定差异。

根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性, 提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function, MTF), 通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案, 并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF; 狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF, 两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。

在红外遥感图像复原过程中,一般是采用刃边法获得调制传递函数的。然而,该方法存在图像刃边位置难以确定,以及提取的像素点较少等缺点。为了解决上述问题,实验设计了一种新的调制传递函数测量方法,通过直接移动刃边来观察一个像素点在刃边附近灰度值的变化情况,然后对这些数据点依次进行拟合、微分、傅里叶变换等步骤就得到系统的调制传递函数,最后,用逆滤波和维纳滤波进行图像复原。实验结果表明,通过该方法得到MTF后进行图像复原效果较好。

理论研究了刀口测量法中激光光斑宽度测量误差与位置测量误差对光束质量因子M2、远场发散角、束腰半径以及束腰位置的测量误差的影响, 并通过光束质量分析仪对理论研究结果进行了验证。结果表明, 相比纵向位置测量误差, 激光光斑宽度测量误差对光束质量的影响更大。

为完善医用硬性内窥镜成像质量的检测方式,设计了基于刀口法的内窥镜调制传递函数测量系统。建立了刀口扫描法的理论模型,通过CMOS对高精度扫描的刀口像的灰度值进行采样获得刀口扩散函数,再将其进行微分和傅里叶变换得到内窥镜的调制传递函数。实验对0°鼻窦镜进行多次测量,经过分析计算得到的调制传递函数曲线较为稳定,结果表明该系统能够实现对内窥镜调制传递函数的自动化测量。

在航空遥感图像复原过程中，系统调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测量是非常重要的一步。刀刃法因具有很多优点而成为测量MTF中较常见的方法。利用刀刃法测量红外相机MTF时，边缘扩散函数(Edge Spread Function, ESF)的提取和拟合非常关键，这直接决定了后续MTF计算效果的好坏。实验设计了一种新的提取边缘数据点的方法。该方法通过移动刃边来直接观察单个像元灰度值的变化，比利用遥感图像获得ESF的传统方法要简单、直观。同时，对比了线性拟合、高斯拟合与费米拟合三种ESF曲线拟合方法的效果。结果表明，费米拟合很好地平滑了ESF两端的噪声，效果最好。

为了获取强激光驱动产生的X射线光源焦斑尺寸和空间分辨率, 设计了刃边及双网格方法, 其中刃边厚度为0.2 μm, 双网格分别为400目铜网格和394 lp/cm的镍网, 利用X射线CCD作为探测元件。Ti宝石激光在能量1 J、脉宽40 fs、频率10 Hz、激光功率密度约为4.4×1018 W/cm2的条件下, 重复频率加载圆盘Cu靶。在中国工程物理研究院25 TW激光装置上首次获得了X射线的焦斑及网格图像, 并推算了该装置的X射线焦斑尺寸为43 μm, 而网格空间分辨力为34 μm。结果表明该刃边及双网格方法适合强激光驱动产生的X射线焦斑尺寸测定。

考虑到大气对遥感影像成像的模糊作用，在常用刃边法测量调制传递函数(MTF)的基础上，在大气校正中对邻近像元效应进行校正来去除大气MTF 的影响，在真实的表反射率图像上利用刃边法计算MTF，结果更加接近实验室测量值，客观反映了传感器的MTF。此外，通过模拟实验分析了气溶胶光学厚度对在轨测量MTF 的影响，表明该方法比传统刃边法更加适合在轨测量传感器MTF，更客观反映了传感器真实成像特性。

调制传递函数(MTF)是光学卫星传感器像质评价的重要参数,在轨MTF检测关系到高分辨卫星遥感数据的应用 和未来卫星遥感器的发展。目前主要有刃边法、脉冲法、点源法、周期靶标法等多种在轨MTF检测方法,这些 方法各有特点,均取得一定的在轨检测成效。通过对常用的在轨MTF检测方法的论述,对比分析了不同方法 的适用范围、参照目标布设、数据处理及应用效果等,以期提高不同空间分辨率的光学卫星传感器在轨MTF检测精度。