实际光学系统的成像是不完善的，光线经光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要任务就是优化系统结构以校正这些像差，克服系统固有的不完善因素。对光学像差的研究是光学领域的重要工作，其中像差测量实验无论是对学习像差、分析像差或是系统设计、光学测试都有重大的意义。故光学系统像差测量实验成为学生学习像差理论的重要环节，为光学设计等课程打下了基础。实验中，利用被测透镜的剪切干涉条纹分布测算出该镜头的球差系数和光路的轴向离焦量是一项有难度的实验内容。为改善目视标定测量精度差、工作量大、自动化程度低等缺陷，本课题拟采用数字CCD采集干涉图像，并对图像进行相应的数字图像处理，从而达到自动准确判读球差参数与离焦量的最终目标。

1。2  光学像差及横向剪切干涉测量实验

实际的光学系统与理想的光学系统相互之间存在着很大的差异，即在物空间的某一个物点所发出的光线通过实际的光学系统之后，在成像空间中将不再会聚于一个确定的理想点，而是以一个弥散斑的形式呈现，此弥散斑的大小及形态与光学系统的像差状况是相关联的。称这种实际像和理想像之间的差异为像差[1]。

在近轴系统内，依据精确的球面折射公式，导出在，时的物像大小和位置关系，故其适用范围仅包括细光束在近轴区域成像。但是对于可以在实际中应用的光学成像系统来说，相对孔径和视场决定了其系统的功能和实用价值，对实际光学系统的设计无法仅停留在近轴区域。因此，实际光路的计算，超过了近轴区域范围的限制，与近轴光学系统相比，计算出的物像大小和位置关系有很大不同。实际像与理想像间因多种因素复合产生差异，此即像差的来源[2]。

基于几何光学理论的像差称为几何像差，基于波动光学理论的像差称为波像差，简称波差。前者包括球差、彗差、像散、场区、畸变五种单色像差和位置色差、倍率色差两种复色像差，后者反映了球面波经过光学系统后所形成的实际波面与理想球面波出射波面之间的差异。

像差对光学系统成像质量影响非常大，是光学的重要研究部分，除了在理论上对各种像差进行定性定量的分析讨论外，还要对实际光学器件的像差进行测量，不仅获得了器件的参数，同样也提供了产品加工的检验方法。常见的像差测量方法有平行光管法、星点检验法、分辨率法、阴影（刀口）法、干涉类测量法等，其中干涉测量法一类中的剪切干涉测量法因其不需要参考光路的特质，广泛的在干涉测量领域中得到应用。

剪切干涉是一种将待测试波面自身与自身进行干涉的检测方法，此方法采用了共光路结构系统，没有加入参考光束或参考面，故其光束相干性良好可以呈现稳定的干涉图样，这种结构设计降低了仪器的复杂程度与成本，并且又因为其同时保有干涉法独特的零件无需接触的特性，逐渐成为了应用广泛的高精度灵敏光学测试技术。其中横向剪切因其分波面方法简单易行，成为剪切干涉中的一种重要分类。虽然剪切干涉有如此多的优点，但因其无标准参考波面，对于干涉图的求解过程存在一定的困难，其干涉条纹的分布数学模型复杂且无法直观得出所需参数。随着数字图像处理技术的不断发展，利用计算机对剪切干涉图样进行分析求取是目前光学测试的主要研究方向。

1。3  本论文工作

由以上研究背景可以知道，应用剪切干涉的难点在于干涉条纹的判读问题，研究解决其如何处理条纹将对这种干涉方法的学习与应用有重大意义。本次设计的重点即为研究在利用横向剪切干涉测量光学系统像差实验中对干涉条纹的数字图像处理技术，具体的处理对象是一球差镜头，对其进行剪切干涉测量，得到干涉条纹进行数字图像处理，最终拟合参数得出其初级波差球差系数。以下是具体工作内容的安排。