光电子技术学光电成像原理

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1、光电子技术学课件之十六：——第五章光电成像系统（2）光电成像原理1§2光电成像原理景物反射外界的照明光（或自身发出的热辐射）经光电成像系统的光学系统，在像面上形成与景物对应的图像，置于像面上的具有空间扫描功能的光电摄像器件，将二维空间图像转变为一维时序电信号，再经放大和视频信号处理后送至显示器，在同步信号的参与下，显示出与景物对应的图像。2一、光电成像系统的基本结构1、光电成像系统的类型按照接收系统对景物分解的方式，光电成像系统的类型可以分为光机扫描、电子束扫描、固体自扫描三种。2、光机扫描采用单元探测器成

2、像时，要采用光机扫描机构。3串联扫描并联扫描串并联混合扫描光机扫描方式类型：串联扫描、并联扫描、串并联混合扫描。43.电子束扫描方式：各类热释电显像管。4.固体自扫描方式：各种面阵固体摄像器件，如CCD、CMOS摄像器件等。固体摄像器件中的每一个单元与景物空间的一个小区域相对应，整个面阵固体摄像器件对应于所观察的景物空间。上述的分类方法不是绝对的，有的光电成像系统是不同扫描方式的结合。如俯仰光机扫描与方位固体自扫描相结合，光机扫描与面阵摄像器件相结合。从目前情况看，光机扫描及固体自扫描方式的光电成像系统占主

3、导地位。5二、光电成像系统的基本技术参数光学系统的通光口径D和焦距f/。瞬时视场角α、β。3.观察视场角WH、WV。4.帧时Tf和帧速5.扫描效率η：66.滞留时间7§3红外成像光学系统红外成像光学系统应满足以下几方面的基本要求：物像共轭位置、成像放大率、一定的成像范围，以及在像平面上有一定的光能量和反映物体细节的能力（即分辨率）。89二、光学系统中的光阑1.孔径光阑2.视场光阑3.渐晕光阑4.消杂光光阑10三、红外成像光学系统的主要参数1.焦距f′决定光学系统的轴向尺寸，f′越大，所成的像越大，光学系统一

4、般也越大。2.相对孔径D/f′相对孔径定义为光学系统的入瞳直径D与焦距f′之比，相对孔径的倒数叫F数，。相对孔径决定红外成像光学系统的衍射分辨率及像面上的辐照度。113、视场12四、光学系统的像差光学系统近轴区具有理想光学系统的性质，光学系统近轴区的成像被认为是理想像。实际光学系统所成的像和近轴区所成的像的差异即为像差。光学系统对单色光成像时产生单色像差，分为五类：球面像差（球差）、彗形像差（彗差）、像散差（像散）、像面弯曲（场曲）和畸变。对多色光成像时，光学系统除对各单色光成分有单色像差外，还产生两种色差

5、：轴向色差和垂轴色差（亦称倍率色差）。13五、红外光学系统的特点由于红外辐射的特有性能，使得红外光学系统具有以下一些特点：（1）红外辐射源的辐射波段位于1μm以上的不可见光区，普通光学玻璃对2.5μm以上的光波不透明，而在所有有可能透过红外波段的材料中，只有几种材料有必需的机械性能，并能得到一定的尺寸，如锗、硅等，这就大大限制了透镜系统在红外光学系统设计中的应用，使反射式和折反射式光学系统占有比较重要的地位。14（2）为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统的孔径一般比较大。（3）在红外光学系统中广泛使用各类

6、扫描器，如平面反射镜、多面反射镜、折射棱镜及光楔等。（4）8至14μm波段的红外光学系统必须考虑衍射效应的影响。（5）在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有稳定的光学性能。15鉴于上述特点，设计红外光学系统时，应遵循下列原则：（1）光学系统应对所工作的波段有良好的透过性能。（2）光学系统在尺寸、像质和加工工艺许可的范围内，应具有尽可能大的相对孔径，以保证系统有高的灵敏度。（3）光学系统应对背景噪声有较强的抑制能力，提高输入信噪比。16（4）光学系统的形式和组成应有利于充分发挥探测器的效能，如合理利用光敏

7、元面积，保证高的光斑均匀性等。（5）光学系统及组成元件力求简单。（6）合理选择扫描方式及扫描器的类型。17六、典型的红外光学系统红外光学系统主要由红外物镜系统和扫描系统组成。1.红外物镜系统（1）透射式红外光学系统优点：无挡光，加工球面透镜较容易，通过光学设计易消除各种像差。缺点：光能损失较大，装配调整比较困难。18（2）反射式红外光学系统由于红外辐射的波长较长，能透过它的材料很少，因而大都采用反射式红外光学系统。按反射镜截面的形状不同，反射系统有球面形、抛物面形、双曲面形或椭球面形等几种。19202122

8、232.扫描系统平行光束扫描会聚光束扫描24