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光电系统设计基础复习资料绪论光电系统 是用电子学的方法对光学信息进行处理与控制的系统，它是一种用于接收来自目标反射或是自身辐射的光辐射，通过变换、处理、控制等环节，获得所需要的信息或能量，并进行必要处理的光电装置。（名词解释）光电系统的应用：光电系统已经在信息传感、信息存储、信息传递、加工制造、太阳能光电转换及利用、非接触精密检测等方面得到广泛应用，已深入到遥感和空间系统、通信装置、工业控制、精密测量、医学与生物仪器，以及办公自动化设备和生活用具等许多领域中。光学系统设计概要光学仪器的类别（按用途分）：（1）光学计量仪器；（2）物理光学仪器；（3）显微镜；（4）测绘仪器；（5）光学测试仪器；（6）天文光学仪器；（7）军用光学/光电仪器；（8）医用光学仪器；（9）照相机；（10）电影机械。光学仪器五个方面的发展趋势：（1）数字化和自动化；（2）激光技术的应用；（3）全息术的应用；（4）纤维光学的应用；（5）计算机的应用。光学系统设计：就是根据仪器所提出的使用要求和使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。（名词解释）光学设计的过程可分为以下四个阶段：1、外形尺寸计算；2、初始结构的计算和选择；3、像差校正和平衡以及像质评价。对于小像差光学系统，通常用波像差来考虑，对于大像差系统，常用几何像差来评价。最常用的象像质评价方法：1）瑞利判断。实际波面与理想波面之间的最大波像差不超过1/4波长，适用于小像差系统，如望远镜、显微镜；2）分辨率。分辨率是反映光学系统分辨物物体细节的能力。当一个点的衍射图中心与另一个点的衍射图的第一暗环重合时，正好是这两个点刚能分开的界限（瑞利判据）；像差理论 光学系统有七种初级像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置、色差、垂轴色差。像差影响了光学系统成像的清晰度、相似性和色彩逼真度等，降低了成像质量。值得一提的是，在所有的光学零件中，平面反射镜是唯一能成完善像的光学零件。（了解）目标与环境辐射及其工程计算在0.76~20um之间有三个大气窗口：2~2.6um，3~5um，8~14um。在大气窗口内，大气对红外线吸收甚少；在大气窗口外，大气对红外线几乎是不透明的。什么是绝对黑体？能够在任何温度下全部吸收任何波长辐射的物体称为绝对黑体，简称黑体。根据辐射源的ε随波长变化的情况，辐射源可以分为三类：黑体ε（λ）=ε=1；灰体ε（λ）=ε=常数（小于1）；选择性辐射体ε（λ）随波长而变。根据目标与背景所在地理位置高度或性质的不同，可把目标与背景分成下列四类，即空间目标与深空背景、空中目标与天空背景、地面目标与地物背景、海面目标与海洋背景。红外辐射大气透过率的工程理论计算方法大气对红外系统的影响基本表现在辐射衰减，红外辐射衰减与以下三种现象有关：1）大气气体分子的吸收；2）大气中分子、气溶胶、微粒的散射；3）因气象条件（云、雾、雨、雪）的衰减。可降水分概念：可降水分ω是由地面Sa和长度等于红外系统到目标距离R的圆柱体内大气含水汽凝结的水层厚度来量度的。也可表述为：截图面积为1cm2，长度等于全部辐射路程的水蒸气气柱中所含水蒸气凝结成为液态水后的水柱长度。瑞利定律适用于散射质点的直径远小于波长的情况。气象能见度Dv表征大气的模糊度，并且是白天能看见天空背景下水平方向上角尺度大于30’模糊物体的最大距离。它代表了大气的透射性能在可见光区的指定波长λ0处，目标和背景之间对比减弱的程度。在这些波长处（通常取λ0=0.555um或λ0=0.61um），大气的吸收为零，因而影响透射的原因将只是散射这一种因素。当能见度特别好（如Dv50km）时，q=1.6；对于中等能见度（Dv=10km），q=1.3；如果大气中的霾很厚，以致能见度很差（Dv6km）时，可取q=0.585D对于0.3~14um区间，一般可取q=1.3.红外凝视成像系统的工作原理P160 图5.4 红外凝视成像系统组成方框图反射式和折射式光学系统占有比较重要的地位。红外光学系统的结构，一般可分为反射式、折射式（透射式）、折反射式三种，后两种结构需采用具有良好红外光学性能的材料。性能评价常用指标：红外热成像系统总体性能评价常用指标有噪声等效温差、最小可分辨率温差、最小可探测温差。（填空）非均匀性主要来源及表现形式有以下六种：探测器中各阵列元的响应特性不一致；1/f噪声；电荷传输效率；红外光学系统的影响；无效探测阵列元的影响；焦平面阵列所处环境的温度变化；红外焦平面非均匀性校正方法：两点温度校正法；恒定统计平均法；时域高通滤波法；人工神经网络法；微扫描的工作原理：微扫描是一种减少频谱混淆的常用方法，它利用微扫描装置将光学系统所成的图像在x，y方向进行1/N（N为整数）像素距的位移，得到N*N帧欠抽样图像，并运用数字图像