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《光电成像系统数字建模虚拟仿真》实验指导书
一、实验任务
当前，各种基于光电成像系统观测的总体设计中（对地观测、机载平台、舰
载平台、车载平台等），对光电成像系统的性能要求不断提高，如何能在设计阶
段得知其光电成像性能是提高光电探测系统性能的关键。
根据光电成像系统成像过程，本综合实验按照信息传输通道的组成，对成像
过程进行模块化虚拟仿真建模，分别为：大气传输模块、成像系统运动模块、
光学系统模块、探测器模块、电子线路模块、显示器模块和人眼滤波模块。
成像过程如图1所示。
图1光电成像过程图
通常情况下光电成像系统近似为线性移不变系统，可用调制传递函数MTF来
描述成像系统对成像质量的影响。MTF仿真思路是:在频域空间，建立成像系统
各组成单元的空间调制传递函数模型，考虑到各组成单元的独立性，系统总的传
递函数为各组成单元传递函数的乘积，然后对输入场景图做傅里叶变换，把空域
数据转换为频域数据，接着使系统MTF与频域数据相乘，最后做傅里叶逆变换恢
复空间场景图，即完成了图像仿真过程。仿真过程图如图2所示。
1
图2仿真过程图
图像仿真从视觉的角度来评价成像系统的质量，为了对系统有一个客观的评
价，本综合虚拟仿真实验又设计了系统综合评价指标MTF、NETD和MRTD，这样
通过人眼主观感受和客观数据来综合评价系统成像质量。
二、实验目的
根据光电成像过程，建立大气、成像平台的振动、光学系统、焦平面阵列、
电子线路以及显示器和人眼对成像质量的影响方式和理论评价模型，设计成像系
统性能评价指标MTF、NETD和MRTD计算算法。
三、实验要求
根据光电成像系统的基本信息传递过程，结合影响成像质量的各个环节，完
成了光电成像系统数字建模虚拟仿真设计。设计的基本模块包括大气仿真模
块、成像平台运动模块、光学系统模块、探测器模块、信号处理电路模块、成
像系统噪声模块、显示器模块和人眼效应模块。在总体性能评价指标方面采用
系统调制传递函数MTF、噪声等效温差NETD和最小可分辨温差MRTD来评
价成像系统综合性能指标。
光电成像系统数字建模虚拟仿真实验相关要求：
➢输入为8/16位数字图像，输出为叠加光学成像系统特性的8位灰度数字图
像
2
➢图像大小为任意值，不限于1024×768
➢修改相应的参数，生成的图像特性会发生相应的变化
➢可实现图像显示，并通过参数修改，可更新变化图像
➢仿真计算每个仿真模块的MTF曲线，分析相关参数变化对模块MTF的影
响，找出对MTF影响较大的参数，进行合理设计
➢显示输入图像经过各模块处理后的效果，并对结果进行分析
各模块输入参数内容见表1。
表1输入参数说明
退化环节虚拟仿真设计输入参数输出
大气类型调制传递函数
路径类型退化图像
气溶胶模型
边界层温度
平流层消光类型
观测海拔
大气
目标海拔
观测点距目标距离
地表海拔
波长范围
能见度
湍流参数（曝光时间、大气折射率结构参数等）
光学系统孔径及孔径类型
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