光電成像原理

1、§2 光電成像原理一、光電成像系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1. 光機(jī)掃描方式 串聯(lián)掃描 并聯(lián)掃描 串并聯(lián)混合掃描2. 電子束掃描方式3. 固體自掃描方式上述的分類(lèi)方法不是絕對(duì)的，有的光電成像系統(tǒng)是不同掃描方式的結(jié)合。從目前情況看，光機(jī)掃描及固體自掃描方式的光電成像系統(tǒng)占主導(dǎo)地位。二、光電成像系統(tǒng)的基本技術(shù)參數(shù)1. 光學(xué)系統(tǒng)的通光口徑D和焦距f/2. 瞬時(shí)視場(chǎng)角、3. 觀察視場(chǎng)角WH、WV4. 幀時(shí)Tf和幀速5. 掃描效率6. 滯留時(shí)間對(duì)光機(jī)掃描系統(tǒng)而言，物空間一點(diǎn)掃過(guò)單元探測(cè)器所經(jīng)歷的時(shí)間稱為滯留時(shí)間，探測(cè)器在觀察視場(chǎng)中對(duì)應(yīng)的分辨單元數(shù)為：由的定義，有:光電成像系統(tǒng)的綜合性能參數(shù)是在以上各基本技術(shù)

2、參數(shù)的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的綜合分析得出的。§3 紅外成像光學(xué)系統(tǒng)紅外成像光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾方面的基本要求：物像共軛位置、成像放大率、一定的成像范圍，以及在像平面上有一定的光能量和反映物體細(xì)節(jié)的能力（即分辨率）。一、理想光學(xué)系統(tǒng)模型牛頓公式：，高斯公式：，二、光學(xué)系統(tǒng)中的光闌1. 孔徑光闌2. 視場(chǎng)光闌3. 漸暈光闌4. 消雜光光闌三、紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的主要參數(shù)1. 焦距f決定光學(xué)系統(tǒng)的軸向尺寸，f越大，所成的像越大，光學(xué)系統(tǒng)一般也越大。2. 相對(duì)孔徑D/f相對(duì)孔徑定義為光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑D與焦距f之比，相對(duì)孔徑的倒數(shù)叫F數(shù)，。相對(duì)孔徑?jīng)Q定紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的衍射分辨率及像面上的輻照度。衍

3、射分辨率: 像面中心處的輻照度計(jì)算公式為：3. 視場(chǎng)四、光學(xué)系統(tǒng)的像差光學(xué)系統(tǒng)近軸區(qū)具有理想光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)，光學(xué)系統(tǒng)近軸區(qū)的成像被認(rèn)為是理想像。實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)所成的像和近軸區(qū)所成的像的差異即為像差。光學(xué)系統(tǒng)對(duì)單色光成像時(shí)產(chǎn)生單色像差，分為五類(lèi)：球面像差（球差）、彗形像差（彗差）、像散差（像散）、像面彎曲（場(chǎng)曲）和畸變。對(duì)多色光成像時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)除對(duì)各單色光成分有單色像差外，還產(chǎn)生兩種色差：軸向色差和垂軸色差（亦稱倍率色差）。五、紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)由于紅外輻射的特有性能，使得紅外光學(xué)系統(tǒng)具有以下一些特點(diǎn)：（1）紅外輻射源的輻射波段位于1m以上的不可見(jiàn)光區(qū)，普通光學(xué)玻璃對(duì)2.5m以上的光波不透明，而在

4、所有有可能透過(guò)紅外波段的材料中，只有幾種材料有必需的機(jī)械性能，并能得到一定的尺寸，如鍺、硅等，這就大大限制了透鏡系統(tǒng)在紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使反射式和折反射式光學(xué)系統(tǒng)占有比較重要的地位。（2）為了探測(cè)遠(yuǎn)距離的微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)的孔徑一般比較大。（3）在紅外光學(xué)系統(tǒng)中廣泛使用各類(lèi)掃描器，如平面反射鏡、多面反射鏡、折射棱鏡及光楔等。（4）8至14m波段的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)的影響。（5）在各種氣象條件下或在抖動(dòng)和振動(dòng)條件下，具有穩(wěn)定的光學(xué)性能。鑒于上述特點(diǎn)，設(shè)計(jì)紅外光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循下列原則：（1）光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)所工作的波段有良好的透過(guò)性能。（2）光學(xué)系統(tǒng)在尺寸、像質(zhì)和加工工藝許可的

5、范圍內(nèi)，應(yīng)具有盡可能大的相對(duì)孔徑，以保證系統(tǒng)有高的靈敏度。（3）光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)背景噪聲有較強(qiáng)的抑制能力，提高輸入信噪比。（4）光學(xué)系統(tǒng)的形式和組成應(yīng)有利于充分發(fā)揮探測(cè)器的效能，如合理利用光敏元面積，保證高的光斑均勻性等。（5）光學(xué)系統(tǒng)及組成元件力求簡(jiǎn)單。（6）合理選擇掃描方式及掃描器的類(lèi)型。六、典型的紅外光學(xué)系統(tǒng)紅外光學(xué)系統(tǒng)主要由紅外物鏡系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)組成。1. 紅外物鏡系統(tǒng)（1）透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)擋光，加工球面透鏡較容易，通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)易消除各種像差。缺點(diǎn)：光能損失較大，裝配調(diào)整比較困難。（2）反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)由于紅外輻射的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能透過(guò)它的材料很少，因而大都采用反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)。按反射鏡截面的形狀不同，反射系統(tǒng)有球面形、拋物面形、雙曲面形或