本節書摘來自異步社群出版社《zemax光學設計超級學習手冊》一書中的第2章，第2.4節，作者： 林曉陽 更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。
zemax光學設計超級學習手冊
圖像分析在光學模拟過程中的使用是必不可少的，其中比較常用的分析功能有模拟圖像（image simulation）、雙目分析（biocular analysis）、計算（calculations）等。
2.4.1 模拟圖像
模拟圖像（image simulation）菜單包括模拟圖像、幾何像分析、幾何圖像分析、部分相幹像分析、拓展衍射像分析、ima/bim格式浏覽檔案等子菜單項，如圖2-48所示。
（1）模拟圖像（image simulation）：模拟圖像功能主要用來仿真、分析、檢視，如畸變、場曲、色差的直覺圖像。
（2）幾何像分析（geometric image analysis）：幾何像分析功能有很多應用。它可以用于模拟面光源，分析實用的鑒别率，顯示畸變，表現成像物體的外形提供像面旋轉時的直覺感覺。計算面形或點物體像耦合到光纖中去的耦合效率，顯示光束的“軌迹”，展示任意面上照度的圖形。
zemax支援兩種不同的ima檔案格式，一種是ascii碼，一種是二進制碼，不管哪一種格式，該檔案的名稱必須以ima作為擴充名。zemax能自動地差別這兩種檔案類型。
ascii碼成像檔案是一種文本檔案。它的擴充名是ima，位于檔案頂部，是一個表示檔案大小的數字（用像素表示），期于的行列包含着像素的資料。每一個字元代表一個像素，所有ima檔案是方塊狀排列着的，内含nn個像素。例如一個77代表字母“f”的ima檔案，可寫成以下形式：
7
0111110
0100000
0111100
注意：檔案開始處有單個數字“7”，然後按Enter鍵，輸入七行七列的資料，每行結尾按Enter鍵，每一列之間不能用空格鍵或任何其他的字元分隔。像檔案必須是正方形的，zemax為儲存成像檔案配置設定足夠的記憶體。如果記憶體不夠，它會報告出錯。
每一個像素的光強度可以是0到9之間的任何數字，每個像素的光線條數和該數字的大小成正比，若數字為0，該像素不發射任何光線。
二進制的ima檔案比ascii碼格式的檔案複雜，并且不能用文本編輯器編輯。然而二進制檔案功能特别強。在二進制ima檔案中每一個像素用不帶符号的位元組表示，這意味着它有256個灰階等級來表示強度。并且每一種波長可以用分隔的像素圖來表示，是以它是可以模拟像面光源那樣的實際照片。
二進制的ima檔案格式要求在開頭部分有3個16位元組的二進制數。第1個16位數代表一個等于零的帶符号的整數。第2個帶符号的16位二進制數是像素圖的寬度（以像素來表示），它可以是1到4000之間的任意數。第3個帶符号的16位二進制數是像素圖的數目，它代表檔案中所描述的顔色（或波長）的個數。
例如，3種顔色的50×50的像的二進制像素圖，在檔案頭上将有6個位元組（0，50，3），接着，是代表第1種顔色的2500個位元組，然後是代表第2種顔色的2500個位元組，再是代表第3種顔色的2500個位元組。這樣總共位元組數是7500個。每一種顔色按照每行的列排列（按列排比按行排更快）。
每一個像素種的光線是從像素單元中的坐标之間随機選擇的。每一個光線的入瞳坐标也是随機選擇的。對指定的像素和近軸圖形，入瞳光線分布是均勻的（如果采用光線定位的話，入瞳會産生某些變形）。
在ascii碼的ima檔案中，每一像素所産生的光線總數等于該像素的光強乘以波長數乘以光線密度。每一條光線所用的波長是随機的，并且和波長資料螢幕中提供的波長權因子成正比。在二進制的ima檔案中從每一像素産生的光線數和光線密度乘以相對于256的分數密度成正比。
視場大小決定了光學系統可以看到的成像檔案的實體大小。例如，視場大小為（在這裡已假定視場大小是用物方或像方的高度來表示），使用30×30個像素的像檔案，那麼每一個像素所代表的區域是67×。
如果同樣的像檔案後來又用在全視場為40度的系統，那麼視場大小就是40度，每一個像素就代表1.33度。如果用量度機關來差別各個物體形式，同一個像檔案可以應用于不同的場合，如圖象檔案“letterf.ima”包含了7×7個像素網格，代表了大寫字母f，像的大小可以是，然後是，再是，可以得出該光學系統能分辨出多小的字母，而用不着修改ima檔案。
注意：如果視場是由像高定義的，那麼視場尺寸決定了像空間的物的大小，而不是物空間的物的大小。
視場尺寸總是用視場的同一機關度量。同樣對像高而言，視場大小決定了像高。物的大小由視場大小除以鏡頭的放大率得出。
視場位置的選擇使得像質分析有很大的靈活性。例如，字母f的像檔案，可以在視場的若幹位置進行測試以便判斷分辨率是否是受到視場像差的影響。物的大小用字母的高度來設定，但是以所標明的視場點的主光線的交點為中心的。
在預設情況下，光源是一個光線的均勻輻射體，在這裡均勻是指在“入瞳”面上均勻，所有發出的光線都均勻地落在入瞳之内，它們的權因子都相等。因為光線波長是按照波長權重的比例關系随機地選擇的，是以不需要一個明确的波長權重因子。均勻設定通常對物距很大的小視場系統比較合适，光源也可以設定為朗伯體，這種光源的所有光線的權因子是它們的餘弦因子。
在預設設定時，所有無漸暈的光線被顯示出來，在确定探測器的選項時，允許設定數值孔徑，這樣可以把大于所規定的數值孔徑的光線排除在外。作為例子，本功能可以用于估計光纖光線耦合效率。
探測器上像素的尺寸和數量也可以設定。這些值隻能用于“面形圖”和“三維直方圖”選項。本功能隻是簡單地統計落到每一個像素的光線數目，把結果用三維強度圖形方式來表示最後的像。為了計算和顯示面形圖和三維直方圖，需要龐大的記憶體和計算時間。
百分效率是由下式定義的：
圖像說明文字
式中i的求和是對所有未産生漸暈的光線進行的，而j的求和是對所有已發射的光線進行的。如果在計算中選擇了“use polarization”這一設定的話，那麼所計算的效率中就考慮到了光學系統中反射和透過的損失。它還考慮到了漸暈、光源分布、波長的權重和探測器的數值孔徑。為了限制像接收直徑（如在光纖中），可在緊靠具有最大徑向孔徑的像面的前面放置一個圓形孔徑。
本功能另一個普通的用處是選擇一個網格狀的物體（如grid.ima抽樣檔案），然後利用最後得到的像來評價畸變。本功能對把物高作為所選擇的視場類型的系統特别有效，這是因為畸變是指整個物平面上的固定放大率的偏離。
然而對用角度來定義視場的系統而言，像分析功能會産生雖然是正确的但容易引起誤解的結果，這是因為在作像分析時，将把擴充的光源像檔案分成等角度的小面積，而不是等高度。
例如，用10個像素寬的像檔案來表達的視場寬度時，每平方毫米有1個像素，同一個像檔案用于視場為10度的系統時，每個平方角度有1個像素。在這兩種情況下，物的形狀是完全不相同的，在這種場合應使用更廣義的網格畸變圖。
當觀察面形圖和三維直方圖時，按左、右、上、下方向鍵及page up或page down鍵時可轉動所顯示的像，以得到不同的透視。
在像分析視窗中選擇“text”選項将産生并顯示一個ascii檔案，檔案中列出了光線資料。如果将“show”這一選項設定成“image diagram”，檔案将有9列，第1列為光順序号，第2列和第3列分别為x和y方向的視場坐标（用度或物高表示），第4、5列為歸一化的瞳坐标px和py，第6列為波長序号，第7列為光線的權重，它與光源的特性有關，第8、9列為以參考光線為基準的用透鏡機關表示的像坐标，如果“show”這一選項選擇為“表面圖”或“三維直方圖”，那麼“text”将列出每一像素中權重的光線數。用“esc”鍵可以中斷像分析時的長時間的計算。
（3）幾何圖像分析（geometric bitmap image analysis）：用rgb bitmap檔案做光源，産生rgb彩色像。
（4）部分相幹像分析（partially coherent image analysis）：部分相幹像功能隻是它利用了複雜的光學傳函計算（otf）來計算像的外形。本方法考慮了光束通過時的頻譜限制和其他與衍射有關的實際光學系統對像構成的影響。
（5）拓展衍射像分析（extended diffraction image analysis）：用otf計算擴充光源的像的外觀。像面上不同視場上的otf不同。
（6）ima/bim格式浏覽檔案（ima/bim file viewer）：提供這兩種不同圖檔格式。
2.4.2 雙目分析
雙目分析（biocular analysis）如圖2-49所示。
（1）觀察視場（fild of view）：提供多重結構下視場點。如圖2-50所示。
（2）雙目垂直角差/集中、收斂（dipvergence/convergence）：提供多重結構下收斂角度。如圖2-51所示。
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2.4.3 計算**
計算（calculations）如圖2-52所示。
（1）光線追迹（ray trace）：單一光線的近軸或實際追迹。
如果選中“ym、um、yc、uc”，那麼h x、h y、p x、p y及全局坐标設定将被忽略。對于其他設定本功能允許使用者确定歸一化的物方坐标，歸一化的光瞳坐标、波長序号，然後在各個面上考察實際和近軸光線的坐标。
所得到的第一套資料代表實際光線，所出現的數值代表光線與面交點的坐标（在該面的局部坐标系或全局坐标系）方向餘弦（或角度的正切）是光線在該面折射後的資料。
方向餘弦是由光線與特定軸線所成的夾角的餘弦（如x方向的方向餘弦是光線與x軸構成的夾角的餘弦）。
第二套資料庫與第一套資料類似，隻是對近軸光線計算出來的。角度的正切總是采用局部的z坐标而不考慮全局坐标系統的設定。
（2）光線耦合效率（fiber coupling efficiency）：計算單模光纖藕合系統的耦合效率。
（3）yni貢獻（yni contributions）：列出每個面的近軸yni貢獻值，拉赫不變量。
（4）面型凹陷表（sag table）：列出所選面上，距頂點不同距離處的表面z坐标。
（5）主要參數（cardinal points）：主點、節點、焦點和反主點的位置清單。