图像的最终接收器是人眼

§2 光电成像原理

一、光电成像系统的基本结构 1. 光机扫描方式

串联扫描 并联扫描 串并联混合扫描

2. 电子束扫描方式 3. 固体自扫描方式

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。

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导地位。

二、光电成像系统的基本技术参数 1. 光学系统的通光口径D和焦距f/ 2. 瞬时视场角α、β 3. 观察视场角WH、WV 4. 帧时Tf和帧速F 5. 扫描效率η

??TfovTf?

6. 滞留时间?d

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对光机扫描系统而言，物空间一点扫过单元探测器所经历的时间称为滞留时间?d，探测器在观察视场中对应的分辨单元数为：

n?WHWV??

由?d的定义，有:

?d?Tf?n????WHWVF?

光电成像系统的综合性能参数是在以上各基本技术参数的基础上作进一步的综合分析得出的。

§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）。 一、理想光学系统模型

y/fx/牛顿公式：xx?ff，??????/

yxf//l/111高斯公式：/??/，??

llfl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

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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

f/数，F数?D。

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。 衍射分辨率:

3.83f/?? ????1.22/?DD/f像面中心处的辐照度计算公式为：

n/E?K?L?sinU?2

n/2/23. 视场

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：轴向色差和垂轴色差（亦称倍率色差）。

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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。

（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。

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。 （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。

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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。 （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。

牛顿光学系统：

卡塞格伦系统：

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