光电成像器件计算机辅助设计（CAD）基础知识及课程设计指导书
（第三版）
倪国强
北京理工大学
2002年5月
前言
《光电成像器件计算机辅助设计（CAD）》课程设计是我光电工程系电子科学和技术专业主干专业课程之一《光电成像原理》的重要组成部分，也是该课程重要的后续设计实践课程。其主要任务是结合比较接近实际情况的像管设计计算课题，综合运用《光电成像原理》课程中有关基本原理及其它有关知识，将本课程设计基本理论所给出的光电成像器件电子光学系统计算机辅助设计的物理模型与数学模型转化为可以实际进行数值计算的CAD程序软件系统，以达到培养综合运用知识的能力，编制、调试、开发实际工程软件的能力，提高运用现代设计方法与手段及计算机应用开发能力的目的。
课程设计时间安排为5周，每周计20学时。适当减少少量设计计算内容，
也可安排4周。若对非本专业学生开展本课程设计实践教学，可考虑修改设计计算内容，课程设计时间安排为2～3周。
课程设计的具体任务是计算某种电子光学系统的空间电场分布及其它有关内容。
要求每个学生在规定的时间内，独立完成CAD设计各项任务，独立完成符合要求的设计技术报告，提交设计计算程序文本，提交计算结果（打印文件）。
为加强全面素质教育，课程采用开放式教学方法，鼓励学生在进行设计理论学习、编程、上机调试、撰写设计报告等过程中，充分讨论、相互启发，提高学习质量，真正学有所获。
同时要求学生要独立完成课题任务，坚决杜绝不劳而获、抄袭程序与报告文本的学术腐败作风与不端行为。
作为一门独立的教学实践课程，课程设计成绩单独评定，单独记载学分。
评定成绩的主要依据为：
1．是否在规定的时间内独立完成规定的任务，并提交正确的计算结果；
2．是否独立按要求、高质量地撰写设计技术报告；
3．是否做到：程序设计思想合理新颖，符合要求，文本简洁明了、逻辑清晰，编排规范，打印格式整齐等；
4．是否遵守纪律，遵守上机规则。
目录
1 计算旋转对称电场的有限差分法
1.1 计算电场的拉普拉斯（Laplace）方程
1.2 有限差分方程的建立
1.3 连续超张弛迭代法（SOR法）
1.4 最佳迭代加速因子的求取
1.5 连续超张驰迭代法计算步骤
1.6 非封闭边界的处理及域内节点电位初值的给定
1.7 误差分析
1.8 等位线的计算
1.9 旋转对称电场中的电位鞍点
1.10 拉格朗日（Lagrange）插值法
1.11 其他
1.12 静电场的三个基本定理
2 课程设计任务书
3 课程设计技术报告撰写要求
4 程序编制与上机
5 总结与答辩要求
1 计算电场的有限差分法
《光电成像原理》课程已涉及了光电成像器件中电子光学系统的基本原理。本课程设计进而专门讨论电子光学系统的计算机辅助设计的有关问题并提供初步设计实践的机会。
我们知道，要确定电子光学系统的成像参量并进行像质评定，必须先确定电子运动的轨迹。而为此，又必须首先确定器件中场的分布。
通常确定场分布与电子轨迹有3种方法：解析法，实验测量法，数值计算法。解析求解法虽然精确且解的形式十分完美，但在实际的电磁场系统中，边界条件的复杂性常使解很难甚至根本无法求出，只有极少数特殊情况才能求解。实验法虽直观简便，但精度不高。而由于大容量﹑高速度计算机的广泛使用以及计算方
法和计算技术的迅速发展，使数值计算法尤其成为精度高、速度快的方法。从上世纪六十年代后期开始，特别是进入八十年代以来，计算机辅助设计方法一直广泛应用于电子光学系统的计算与设计。这使经典的电子光学理论与研制电子光学器件﹑仪器和装置的实际技术更紧密的结合起来，并因此而取得巨大的进展，很快就成为电子光学系统的最主要的计算与设计手段。上世纪八十年代中后期，伴随着个人计算机的广泛使用，更极大地推动了计算机辅助设计方法的推广普及，并使得其进一步向优化设计与自动设计方向发展，取得了长足的进展，开拓了一个崭新的学术领域。
通常，电子光学系统的计算机辅助设计方法可以用来解决以下问题：
1．计算系统的电场和磁场分布，包括旋转对称聚焦场、偏转场等；
2．计算电子在电磁场中运动的轨迹；
3．计算成像器件电子光学系统的成像参量（成像系统的像面位置、放大率等）和偏转系统的偏转灵敏度等；
4．计算系统的像差，包括各级几何像差（球差、彗差、场曲、像散、畸变等）和色差，阴极透镜的近轴像差，偏转系统的偏转像差等；
5．计算电子光学系统的像质评定指标——电子光学鉴别力和传递函数等。 结合本课程设计的具体情况和任务要求，这里将重点讲述电子光学系统计算机辅助（CAD ）设计的一种算法及其程序思想，即计算电场的有限差分法（Finite Differential Method —FDM ）及其迭代算法，并介绍一些与课程设计任务有关的问题。
1．1 计算电场的拉普拉斯（Laplace ）方程
在真空中，当无空间电荷时，静电场的电位?满足拉普拉斯方程：
02=??
（1-1）
即在圆柱坐标系（z ，r ，θ）中，有 0112222222=??+??+??+??r r r r z ?θ???
（1-2） 对旋转对称场，这时电位与方位角θ无关，则上式成为：
012222=??+??+??r r r z ??? （1-3）
该方程是椭圆型偏微分方程，求解时必须用到电位所满足的不同类型（一般分为3类）的封闭边界条件。通常都是给定区域G 的边界Г上的电位，即给定每一电极的电位及其他非电极的边界上的电位。这类问题称为第一类边界值问题，或称狄里赫莱（Dirichilet ）问题。由微分方程理论可知，这时方程有唯一确定的解。
本节介绍一种求解这类问题的数值计算方法，即有限差分法。其基本思想是：在旋转对称场的半子午面（z ，r ）上用离散的点列来代替区域内的连续平面点集，这称为离散化过程。这样处理后，拉普拉斯方程中的偏微分便可以用相邻点的差
分代替，相应的偏微分方程也就由对应的差分方程代替。而对后者可用数值计算方法求解，其解可作为边值偏微分方程的数值形式的近似解。
1．2 有限差分方程的建立
用差分法解偏微分方程的边值问题，一个重要的问题是如何在区域内划分足够密集的网格，以选取最经济的网格数，又能满足给定的精度要求。
图1-1是某典型像增强器的半子午面。z 轴与像管的对称轴重合，其与阴极面的交点选为系统的原点。作平行于径向r 和轴向z 的两族直线，将该半子午面划分成等距或不等距的网格，它们的交点为网格节点。
这两族直线足够密集，它们两两邻接的间距都可以认为是一阶小量。
图1-1 子午面上的电极边界和网格的划分
h 步长，× 域外点，? 域内不规则点，其它网格点为一般内点。
下面推导旋转对称场“十”字形不等距五点差分公式（见图1-2）。设任意网格点0的坐标为（z 0，r 0），其电位为?0；相邻的四点1，2，3，4与它的间距分别为h 1，h 2，h 3，h 4（均取绝对值），各点的电位分别为?1，?2，?3，?4。利用泰勒（Taylor ）公式将这些电位在（z 0，r 0）点附近展开，并忽略高阶小量项（间距步长h 1～h 4的高阶项），便有：
022240404022230
303022220
2020
222101012222???? ????+??? ????+=???? ????+??? ????-=???? ????+??? ????+=???? ????+??? ????-=r h r h r h r h z h z h z h z h ???????????????? （1-4）
式中下标的0表示在（z 0，r 0）点取值，由此得到在0点（z 0，r 0）处的偏导数：
04304344340334330400434434343302202122121211022)()(12)(2)
(22)(2)
(2????????????h h r h h h h h r h h h h r h r r h h h h h h h h r h h h h h h h h z --+++-=??? ????-+++=???? ????-+++=???? ????
（1-5） 将上述各式代入（1-3）式，即得“十”字形五点差分公式：
()0443322110c c c c c ?????+++= （1-6）
此式中各系数是相邻的1，2，3，4点网格间距（步长）及r 0的函数：
)(2 , )(221222111h h h c h h h c +=+= （1-7）
)(2 , )(243403044330403h h h r h r c h h h r h r c ++=+-= （1-8）
43210c c c c c +++= （1-9）
当0点（z 0，r 0）在轴上时，上述推导不适用，即r 0=0时，（1-5）式中最后一式、（1-6）式、（1-8）式无意义。
对轴上点r 0=0，利用洛必达（Hospctal ）法则，有
0220001==??=??r r r
r r ?? （1-10）
因此轴上点的拉普拉斯方程为 022222=??+??r z ?? （1-11）
把（1-5）式的前两式代入上式，便得到轴上点的差分公式。其形式虽然与（1-6）式相同，且其系数c 1，c 2也与（1-7）式相同，但c 3，c 4不同：
24434,0h c c == （1-12）
当然c 0也不同：
???? ??+=24210212h h h c
（1-13）
在h 1=h 2=h 3=h 4=h 的正方形网格情况下，可得“十”字形等距五点（见图1-3）的差分公式。对轴外点有 ?????????? ??++???? ??-++=0403210212141r h r h ????? （1-14）
对轴上点则有
()4210461????++= （1-15）
对于实际网格点，对轴外点，j i ,0??=，1,1-=j i ??，1,2+=j i ??，j i ,13-=??，j i ,14+=??，),(0j i r r =（对等距网格ih r =0），其中i ，j 分别为0点所在处的行好和列号。对于轴上点，i =0
，φ3不出现，r 0=0。 图1-2 不等距“十”字形五点差分格式 图 1-3等距“十”字形五点差分格式
可以看出，上述差分公式就是将区域内任何点的电位与其周围相邻点的电位联系起来的线性代数方程，且方程的系数c 0，c 1，c 2，c 3，c 4在电子光学系统结构尺寸确定以及网格一旦划定后都是已知的。如果在电场区域内，自轴线开始，沿z 轴方向逐点逐点地、按r 方向逐行逐行地（即在z 方向从左到右、在r 方向从下到上），把区域网格点电位依次编为φ1，φ2，…，φn ，…，φN （网格点总数为N ），就可以在所有网格点上都建立起相应的差分方程。于是便得到一个N 元一次线性方程组：
????????????=????????????????????????N N NN N N N N b b b a a a a a a a a a 21212122221
11211??? （1-16）
即
[A ] [φ] = [B ] （1-17）
其中常数矩阵[B ]不为零矩阵，是因为将边界处的电位值常数代入的缘故。
一般说来，求解N 阶线性代数方程组，可用克莱姆（Cramer ）行列式法、逆矩阵法、主元素法等方法。但这些方法都只适用于N 较小的情况。光电成像器件的电子光学系统的网格数N 一般都相当大，达几千甚至上万。此时这些方法难于使用。
注意到差分方程组的系数矩阵[A ]是稀疏矩阵，即每个方程最多只出现五个未知数，其他绝大多数系数为零，且按上述顺序排列，矩阵中非零元素基本上集中在主对角线附近，两侧绝大部分为零，即具有“主对角线优势”。对于这类方程组，一般采用迭代法求出近似解。
1．3 连续超张弛迭代法（SOR 法）
所谓迭代法（Iteration ），是把方程组的解看作是某种极限过程的极限，而在实现这一极限过程的每一步的结果是把前一步所得结果作为计算前提、施行相同的演算步骤而得到的。为此对差分公式
()0443322110c c c c c ?????+++= （1-18）
按照已知边界条件所给定的边界上的电位分布，在区域内任意假定一个尝试性的零次近似分布：
]0[]0[]0[2]0[1,,,,,N n ???? （1-19）
其中用带方括号的上标表示迭代次数，其一般表达符号为[k ]，k =0，1，2，…。将（1-19）式所表示的场分布代入（1-18）式，便得到第一次迭代近似分布：
()
?????=+++=]0[]1[0]0[44]0[33]0[22]0[11]1[0边边???????c c c c c （1-20）
其中下标“边”表示边界点。因为边界点电位由外界电源供给，是常数，所以不参加迭代。这样继续迭代k 次，可得到第k +1次迭代结果的近似分布： ()
?????=+++=++]0[]1[0][44][33][22][11]1[0边边???????k k k k k k c c c c c （1-21）
可以证明，在这类像管电场的计算问题中，上述迭代过程是收敛的，即一般说来，每次迭代结果比前一次的结果更好地逼近线性方程组的真解。这种迭代过程称为高斯（Gauss ）迭代法，或称同步迭代法，也有称张驰法（Relaxation ）的。它是把所有网格点上的第k 次近似值都求出来，代入差分方程再求出所有网格点上的第k +1次近似解。这种方法要求计算机有大量的内存，因为它需要存储所有网格点前后两次迭代值，而且收敛较慢。
另一种迭代法叫赛德尔-黎伯曼（Seidel-Liebmann ）迭代法。这种方法在求第k +1次近似解时，在差分方程（1-21）式右端尽量采用最新选代得到的电位（即第k +1次近似值）去代替上次（第k 次）的近似值。因为在求]1[0+k ?时，按上述迭代顺序，该点邻接的左右上下四点中，其左、下两点的第k +1次近似解已经求出。无疑，当k 较大时，第k +1次近似解比第k 次近似解更接近差分方程之真解。以图1-2或图1-3所示的五点网格为例，当迭代次序在z 方向是从左到右、在r
方向是从下到上时，赛德尔-黎伯曼迭代公式是
()
?????=+++=++++]0[]1[0][44]1[33][22]1[11]1[0边边???????k k k k k k c c c c c （1-22）
这种方法能节省计算机内存量（只需存储所有迭代点当前所得的一次迭代值），并加快迭代过程，提高收敛速度，称为连续（逐步）张弛法（Successive Relaxation Method ），也有称为异步迭代法的。
前后两次迭代过程中各网格点电位的差值，称为残差（实际是伪残差）： ]
[0]1[0]1[0k k k E ??-=++ （1-23）
为了进一步提高迭代的收敛速度，杨氏（Young ）和富兰开尔（Frankel ）等人对赛德尔-黎伯曼迭代法作了进一步改进，提出了连续（逐次）超张弛法（Successive Over Relaxation Method ，简记为SOR 法）：将上述残差乘以一个加速因子ω（1≤ω＜2）再叠加到][0k ?上作为正式的0点电位的第k +1次近似值，而把先前赛德尔-里伯曼迭代法求得的]1[0+k ?作为第k +1次的“历史”近似值]1[0+k ?，即 ()][0]1[0][0]1[0k k k k ??ω??-+=++
（1-24）
即非边界点的迭代公式为： ()
0][44]1[33][22]1[11][0]1[0)1(c c c c c k k k k k k ????ω?ω?++++-=+++ （1-25） 这就是五点不等距差分的SOR 公式，ω称为超张弛迭代因子。
对于狄里赫莱问题，从理论上可以证明，当0＜ω＜2时，SOR 迭代过程是收敛的。当ω＞2时，SOR 迭代将发散；若1＜ω＜2时，收敛过程加速，即为上述的超张弛迭代过程，并在此范围内存在ω的最佳值ωm ，使收敛过程显著加快；若0＜ω＜1，则收敛减速，称为亚张弛（低张弛）过程。当ω=1，则（1-24）与（1-25）式又变成赛德尔-黎伯曼迭代过程。
为什么加速因子ω能改变迭代收敛速度呢？这里作一概略的说明：在赛德尔-黎伯曼迭代法中，随着迭代次数的增加，迭代解逐渐逼近差分方程之真解。在迭代初期的几遍，其近似解可能有跳动现象，但当k 较大时，不妨设 ]1[0][0->k k ??
则一般可估计到仍有 ][0]1[0k k ??>+
即一般说来，绝大多数网格点上的迭代残差]1[0+k E 在以后迭代过程中符号不变，
且其绝对值改变很小，故迭代收敛很慢（如图1-4所示）。若在][0k ?上加上一个
比残差][0]1[0]1[0k k k E ??-=++要略大一点之值]1[0+k E ω，作为正式的]1[0+k ?，代替“历史”的]1[0+k ?，自然会加速收敛；反之，ω〈1，会使收敛变慢。
图1-4 迭代过程示意图 目前在弱流电子光学系统（即电子束流作为空间电荷的作用可以忽略不计的系统）场分布的计算中，广泛地采用SOR 迭代法。
1．4 最佳迭代加速因子的求取
上面已经说过，SOR 因子ω选取是否得当，对于收敛速度有很大影响。对于任何一个特定的电子光学系统及特定的网格划分，都存在着一个最佳因子ωm 。引用它在理想情况下可使迭代效率大大提高，使迭代次数下降为采用简单迭代法的几分之一、十几分之一甚至几十分之一。但在迭代求解之前，ωm 一般是不能精确知道的。
ωm 一般可按下述步骤求取：
设任一网格点在k 和k +1这两次迭代中的残差都由（1-23）式给出，则残差的平均值就是
∑∑=++=--=-=N n k n k n
k N n k n k n k N E N
E
1][]1[]1[1]1[][][????
（1-26） 两者的比值为 ][]1[k k E E +=λ
（1-27） 如果在k 次迭代时迭代因子为][k ω，则有
2112λλμω-+=
（1-28）
其中
][][1k k ωλωλμλ-+=
（1-29） 于是在k +1次迭代中，ωm 采用下述经验公式求得：
5.025.14)2(-=--=λλλωωωωm （1-30）
1．5 连续超张驰迭代法计算步骤
实际计算时，是按卡瑞（Carre ）提出的、在迭代过程中能不断获得并不断加以改进修正的加速因子的估值方法进行的。其步骤如下：
1．首先，第一轮取ω0=1，迭代1次；
2．再取ω为另一值ω1（仍较小）作第二轮的若干次迭代（对此卡瑞建议取ω1=1.375，迭代12次），再引用其最后3次的迭代结果计算出λ值；
3． 用ω1和λ，由（1-28）式和（1-29）式，初步估算加速因子ωλ，式中1][ωω=k ；
4．按（1-30）式修正ωm ；
5．用ωm 代替原来的ω1，作第三轮12次迭代，并继续用上述2．～4．三个步骤求改进的m ω。
6．反复这个过程，直到连续两个轮次求得的m ω和ωm 之值满足如下不等式 05.02<--m m m ωωω （1-31） 时为止。这时，估计值m ω与理论上的最佳迭代因子值相差约为0.01~0.02，从而可把m ω固定，继续迭代；
7．判断所有域内网格节点前、后两次迭代所得到的电位值是否满足以下收敛判别准则：
1][]1[ε??<-+k n k n （1-32）
或 2
]1[]
[]1[ε???<-++k n k n k n （1-33）
其中ε1、ε2是预先给定的允许精度误差。满足，则认为迭代已达到预定的精度指标，退出迭代，并把第k +1次迭代结果作为场分布的近似解。否则，继续按上述步骤迭代。
实际计算时，一般经过几个轮次迭代计算，即可求得ω的最佳值的估计值。上述过程中ω初值的选取，每轮迭代次数以及（1-31）式的精度控制常数，均可灵活掌握。
1．6 非封闭边界的处理及域内节点电位初值的给定
在求解狄里赫莱问题时，要求所计算区域的边界是封闭的。实际的系统中，电极并不封闭，这样在电极之间的边界线（例绝缘材料）上电位分布是未知的。
这种缺口称为非封闭边界。非封闭边界的存在使其邻接的域内节点的差分公式中有不确定因素，迭代计算就无法进行。为此须在适当的位置上补加上边界，使之封闭，即必须给需要封闭的非封闭边界节点赋电位值，作“补充边界线”。例如，在（z ，r ）平面上，在等半径双圆筒电极之间，再加上沿z 方向的水平补充边界；在不等半径双圆筒电极端面之间，可加沿r 方向的垂直补充边界，在平行圆孔阑
中各例图中的虚线）。
图1-5 补充边界示意图（一）
边界的封闭处理有两条原则：一是补充边界线的位置应选取在远离电子通过之区域，以减小其误差传递对关键场区的影响；二是尽可能使赋值反映实际边界场的分布。
当然，补充边界之赋值，可用实验测定法；也可以在形状简单的绝缘管壁上均匀涂敷一层高阻半导体，利用其泄漏之微小电流自动形成一段边界，完成封闭化处理。以上方法称为物理赋值法。但在计算时最重要、最常用的方法是插值法。按不同情况，可采用不同的插补计算法。通常有：
补充边界线沿z 方向，可作线性插值：
121121)()(z z z z z ---+=????
（1-34） 补充边界线沿r 方向，可作对数插值：
12
1121ln ln )()(r r r r z ????-+= （1-35）
补充边界线沿同心球电容器半径方向，可按同心球电场处理，作以下形式插值：
???? ??-???
??-=11)(a c c ac R R r R r ?? （1-36）
上述3式中各量的物理意义，见图1-5与图1-6。 关于区域内节点电位初值]0[n ?（n =1，2，…，N ）的给出，从理论上讲，是可以任意的，总可以经反复迭代计算而得到收敛于线性代数方程组的真解的近似解。但问题在于，若给定初值较接近于迭代终值，则迭代次数可以少些。然而，由于实际系统电极形状各异，结构繁简不一，若要对域内各点都给出较理想的初值，势必造成程序编制上的困难。所以，初值的给出应适当选取，但毋需追求过于精确。 ?1 ?(z ) ?2
z 1 z z 2
初值的给出方法很多，例如可采用线性插值结合网格折半的措施，也可采用4/3次方分布公式代替线性分布公式，等等。这里不加赘述，有兴趣的同学可查阅有关文献。
本课程设计中，也可采用给所有域内点初值赋零的方法来作简单处理。
图1-6 补充边界示意图（二）
1．7 误差分析
差分方程的最终解与微分方程的真解之间总会有一定的差别，称为截断误差。它是决定计算结果准确度的系统误差，它与场结构和网格划分方式及网格间距（步长）有关。
若将（1-4）式泰勒展开式保留更高阶的项，在以后的差分公式中都将出现步长的更高阶项。显然，这时截断误差将减小。
也很容易证明，对同一网格点，当采用不同的差分格式，截断误差也会有所不同。例“十”字形五点差分格式（图1-3）与“田”字形五点差分格式（图1-7），由于它们的差分公式系数不尽一致，它们的截断误差纵然有相当的阶次，但还会有所不同。这说明，计算结果的准确度直接与差分格式有关。
需要指出，上述分析是对某一点的周围网格点电位值都取正确值而言的。实际上的截断误差要复杂的多。但上述分析的截断误差仍不失是一个重要指标，仍常常用来表示解差分方程组所得的结果与拉普拉斯方程的真解之差。
另外，当用迭代法求解差分方程组时，只能按给定的控制精度，以计算机允许的一定数位进行有限次迭代。这样在迭代近似解和差分方程组真解之间又存在着另一类误差，即所谓“残差”。所以实际迭代近似解与拉普拉斯方程真解之差，应为上述截断误差与残差的代数和。残差可以通过增加迭代次数和增加有效数字位数的方法而减至足够小，并保持各点电位值相互间的内在协调。这在高速、大容量计算机上是容易实现的。但截断误差是固有的系统误差（原理误差），因而是场分布计算中的主要误差。
图1-7 “田”字形等距五点差分格式图1-8 等距九点差分格式
为减小截断误差，可以采用以下方法：
1．采用涉及较多网格点的差分格式，例等距九点（“田”字形或“十”字形）差分格式（见图1-8）。但在近边界区域，九点格式是有困难的。
2．减小步长h。因网格加密意味着离散化的量化阶梯趋小，自然更能逼近连续化，而且也更能充分反映边界的实际情况。从极限观点看，当h→0时，则截断误差→0。
但步长不能太小，否则，由于节点数成倍增长，迭代收敛显著变慢，这样会受计算机内存容量和计算时间的限制，往往使迭代次数不够，使残差增大。所以步长选多大，应根据具体系统的实际情况和所要求的精度来确定。
3．采用不均匀距离网格。该方法既能减少网格点数，又能在一定程度上提高计算结果的准确度。一般在电子运动速度较小的近阴极区、场较强的近阳极区和近轴区，用较小网格，而在远离成像电子束通过或在场较弱的区域（例等位区）用较大网格。该方法运用得当，可以获得较好的效果。
4．子区间技术。该方法是将已进行网格划分的部分区域划出，再加密划分网格，作小步长计算，即把区域内成为新的子区间边界的节点，利用原来节点（在其周围）数据插值求出其电位值并予以固定，然后再进行迭代计算。
上述的不等距网格和子区间技术应处理得当，以避免因各种网格步长和格式不同引起的精度各不相同而造成精度的不协调而反过来损害精度。
1．8等位线的计算
在经过足够多次迭代后，当域内各网格点电位的残差都已小于给定的控制精度误差（相对的或绝对的），即已达到预期的精度，便可停止迭代。这样便得到了各个网格上的电位值，并可据此描绘出等位线。描绘等位线主要是为了能形象直观地了解系统的场分布，以帮助分析、评判系统的性质。
在旋转对称电场中，等位面的方程为?（z，r）=d?，d?为某电位常数。不同的d?就对应不同的等位面。旋转对称的等位面与系统子午面的交线即为该子午面内的等位线。
描绘等位线的方法有几种，主要有微积分方程追迹法和扫描搜索法。结合课程设计任务，这里只介绍简单而常常被实际采用的扫描搜索法。
当需要描绘电位为常数d ?的等位线时，可沿着每一横行网格点作“行扫描”，去检查各个网格点的电位值。比如，当沿着第i 行扫描时，发现d j i ??<,且d j i ??>+1,，则在j i ,?和1,+j i ?之间作线性插值，便可求得d ?所对应的点的轴向坐标d z 与径向坐标d r ：
()?????=---+=++i d j i d j i j i j j j d r r z z z z ,,1,1???? （1-37）
该式的条件是1,,+><> j i d j i ,1,+><> ()?????---+==++j i d j i j i i i i d j d r r r r z z ,,,11???? （1-38） 其中各量的意义，可见图1-9。 把电位值为d ?的这些点连起来，就得到所要求的等位线。 扫描搜索法虽然原理是近似的，但计算简单，误差每点相互独立而不首尾传递，能同时确定同一电位d ?值所对应的多根等位线。只要迭代有一定精度，则 图1-9 等位线的描绘 1．9 旋转对称电场中的电位鞍点 当旋转对称电场中的电位分布随z 轴方向变化出现较明显的“高-低-高”或 “低-高-低”的情况时，会呈现一种比较特殊的空间电位的鞍形等位面形状。 根据电子光学基本原理，旋转对称的空间电位分布都可用轴上电位分布展开得到。将?（z ，r ）在z =z 0点展开，用轴上电位分布V （z ）的泰勒调和函数表示，并只考虑考察在z =z 0点附近的近轴区域内的等位线形状，即认为此时（z -z 0）与r 均是一阶小量，在展开式中略去它们的高次项，得： )()4/1()())(2/1()()()(),(0''20''200'00z V r z V z z z V z z z V r z --+-+=? （1-39） 式中撇号表示对z 的求导。这时轴上电位若在z =z 0处取极值，则有： 0)(,0)(0''0'≠=z V z V （1-40） 我们称z =z 0为“鞍点”。鞍点附近的电位分布由（1-39）式中代入0)(0'=z V ， 而表示为： )()4/1()())(2/1()(),(0''20''200z V r z V z z z V r z --+=? （1-41） 当0)(0''>z V 时，电位随着| z -z 0 |的增大而增大，随着r 的增大而减小；当0)(0'' 由（1-41）式中令?（z ，r ）=V （z 0），得到鞍点处的等位面方程： )(2)2/1()(0220z z r r z z -±==-或 （1-42） 很明显，该等位面是一个旋转对称圆锥面，圆锥与z 轴的半顶夹角为： '44542arctan o ==α （1-43） 该圆锥面实际上是（1-41）式所表示的鞍状旋转双曲面在（z -z 0）与r 都趋于0时的渐近面。 由（1-41）式表示的鞍状旋转双曲面以及由（1-42）式表示的旋转对称圆锥面，在旋转对称子午面上z =z 0点附近，表现为如图1-10所示的等位线。 图1-10 鞍点附近的等位线示意图 了解鞍点附近的等位面（线）的性质与形状，对正确绘制其附近的等位线图形无疑是十分重要的。当系统中出现与不出现鞍点时，调用曲线描绘程序来描绘等位线的方法是有区别的。 1．10 拉格朗日（Lagrange ）插值法 为了确定电子轨迹，除了要知道各网格点上的电位值，更重要的是必须求知电子轨迹行进中所经过的任意流动点的电位及其偏导数，而电子行进点一般都不恰在网格点上。任意流动点（z ，r ）上的电位()r z ,?是通过利用该点的邻近之若干网格点电位值进行插值计算求得的，而各偏导数是对电位的插值多项式进行微分获得的。 结合本课程设计任务，这里只介绍一种一维数值插值计算方法——拉格朗日插值法。 所谓插值问题，就是当仅知道函数F （x ）在n +1个节点x 0，x 1，…，x n （不妨设x 0 ()()()n i x F x P i i ,,1,0 == （1-44） 这P （x ）就称为插值函数。若被插值点x 在（x 0，x n ）区域内，称内插法；若x 在（x 0，x n ）之外，称外推法。 显然，满足同一问题的插值函数不是唯一的。为了保证插值精度，采用何种插值函数形式，要看节点值F （x i ）的具体情况而定。 由于多项式插值函数对连续平滑的函数是适宜的，而且多项式还便于进行数值微分和数值积分，所以常常被采用。其标准形式为： ()n n n n n a x a x a x a x P ++++=--1110 （1-45） 称为n 次插值多项式。它是以n +1个基本点为依据的。而基于n +1个基点的n 次插值多项式是唯一的。 实际应用时，P n （x ）往往不取其标准形式，例如可采用拉格朗日插值多项式形式： ()()∑==n i i i n y x a x L 0 （1-46） 这里()i i x F y =，即为各节点函数值。 若构造一个n +1次多项式函数f （x ）： ()()j n j x x x f -∏==0 （1-47） 则 ()()()j n j j n j x x x x dx d x f -∏'=-∏='==00 （1-48） 以x =x i 代入，有 ()()j i n i j j i x x x f -∏='≠=0 （1-49） 式中撇号表示对x 求导。于是（1-46）式中a i （x ）写成： ()()()i i i x f x x x f x a '-=1 （1-50） 其具体形式为 ()()()()()()()()()()n i i i i i i i n i i i x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x a ----------=+-+- 11101110)( （1-51） 显然，它满足条件 ()()()???=≠=时时i j i j x a j i 1 （1-52） 于是 ()()n i i i n y x L ,,2,1,0 == （1-53） 显而易见，当把L n （x ）展开整理，即可化为多项式的标准形式（1-45）式。 实际应用时，一般人们不会取x 0，x 1，…，x n 这所有点上的函数值去对任意点x 作全程（全区域）插值。因为当n 稍大一点，插值函数次方过高，形式太复杂，计算也不方便。人们常常采用分段局部插值方法，即判断插值点x 所在位置，以最靠近x 的若干点（例4个点），以某阶次（例3次方）的拉格朗日插值函数来求得该点的函数近似值。这样在整个插值区域内若始终采用同样阶次的插值函数，则可以保证精度的协调一致，又可以简化计算，提高效率。 三点二次、四点三次拉格朗日插值公式是常用的。三点二次拉格朗日函数的具体形式为： ()()()()()()()()()()()()()212021012101200201021y x x x x x x x x y x x x x x x x x y x x x x x x x x x L n ----+----+----= 其计算程序可查阅有关数值计算方法的子程序集。 1.11 其他 计算机辅助设计（Computer Aided Design —CAD ）有着极其广泛的内容。仅就光电成像器件电子光学系统的CAD 而言，也远不止上述有关内容。电子光学系统中电磁场的计算，除了采用上述有限差分法（Finite Differential Method —FDM ），还有一系列有效的算法，例有限元法（Finite Element Method —FEM ）、电荷模拟法（Charge Simulation Method —CSM ）、边界积分方程法（Boundary Integral Equation Method —BIEM ）和边界元素法（Boundary Element Method —BEM ）等。这些方法都已相当完善和成熟，有不少算法及方程可直接利用。当然不同情况下各算法的效率与效果（使用复杂程度、数据准备、网格或边界划分难易及其自动化程度、计算速度、计算精度等）可能会各不相同，要根据具体情况选用不同的方法。 除了上述电子光学的电磁场计算，电子光学系统电子轨迹的计算、成像参量 的计算、像质评定指标的计算等，也都已得到了充分的发展。目前电子光学系统的逆设计方法（Inverse Design Method ），优化设计方法（Optimization Design Method ）、自动设计方法（Automatic Design Method ）也都取得了一定的进展。有关内容请查阅有关文献。 1.12 静电场的三个基本定理 1）唯一性定理 若已经给定系统中所有电极的形状和排列，并给定每一电极的电位，那么由这些电极所产生的静电场将由拉普拉斯方程（当空间电荷密度分布影响不可忽略时，则为泊松（Poisson ）方程）唯一地确定。换言之，只存在唯一的解?在区域内处处满足拉普拉斯方程，而在边界上满足给定的电位值。 这里我们不予证明，只是指出，该定理在实际上有很大的用处。有了该定理，不论用什么方法找到一个函数()r z ,?，若它既能满足拉普拉斯方程，又能在区域的边界上符合给定的电位值，那么，它就一定是真正的解，而且也是唯一的解。 2）相似性定理 1）若电极系统中各电极的电位都增大为K 倍，当电位零点不变时，则空间各点的电位也都增大为K 倍，从而系统中等位面的形状不变。 2）当系统各电极的电位保持不变，而电极尺寸按比例相似增大为K 倍，则原系统中任一点上的电位()r z ,?和放大了的系统中对应点（Kz ，Kr ）上的电位()Kr Kz ,?完全相同，只要系统坐标零点不变即可。因之，新系统中的等位面可以看作是原系统中的等位面保持几何相对形状和电位数值不变，只是尺寸放大为K 倍似的。 必须指出，当发生上述变化时，对于系统中各点的电场强度，则有如下相应变化： 1）电极电位变化为K 倍，电场强度变化为K 倍； 2）电极尺寸变化为K 倍，电场强度变化为1/K 倍。 相似性定理只对拉普拉斯方程成立。当空间电荷效应不可忽略时，只有当空间自由电荷分布也按比例增大或缩小，才对泊松方程成立。 由唯一性定理以及拉普拉斯方程对电位与位置坐标都具有齐次性，不难证明相似性定理。 该定理对实际的实验工作、计算工作的重要指导性意义是不言而喻的。 3）多电极系统的电位迭加定理 当各电极的形状、相对位置确定后，电场分布满足下述迭加定理： ?（z ，r ）=∑=n i 1V i ?i （z ，r ） （1-54） 其中V i 为第i 个电极上所加的电位值，?i （z ，r ）为V i =1、其它V j =0()i j ≠时的系统内的电位分布函数，称为相应电极的单位电位分布函数。 对一个各电极形状、相对位置确定的系统，当需要不断通过改变一个或部分 电极的电位值而获得系统新的电位分布时，可依据该定理由已先行计算、存储的单位电位分布函数的简单迭加来获得，而不必每次都重新进行电位分布的迭代计算。 2 设计任务书 目的：训练、培养独立进行计算机辅助设计（CAD ）工作的初步能力。 课题：用有限差分法对具有多个平圆孔阑电极的像增强器电子光学成像系统的空间电场分布进行数值计算，并完成其它相关的任务。 学时：4～5周，每人约上机48～60学时。 形式：统一以Turbo-C 或C ++语言编制计算程序，在微机上进行程序编制、调试与计算。 若同学要求采用其它高级程序语言编制，首先应了解机房系统软件配备情况，同时向指导教师申报，以在考核时教师能掌握具体情况。 内容与要求： 1．熟悉、领会有限差分法计算电场分布的基础理论与计算方法，掌握超张驰迭代法。 2．用“十”字形五点不等距差分格式计算空间电场分布。 3．采用SOR 法，按照第1节中所述的计算步骤，选择并寻求最佳迭代因子m ω（当0ω=1时，迭代1遍，也可迭代12遍；其他ω值取法、每论迭代次数、ω精度控制等均按第1节要求）。 4．对电极之间的间隙进行边界封闭处理。 5．所有迭代内点上的初置电位全部取零，或采用平板电容器之间的线性插值法获得。 6．采用满足绝对精度控制准则来终止迭代过程。 7．程序要求有一定的通用性，以便使之可以用来计算同一种类型的不同像管的电场分布。例： 电极个数（≤8）、电极电位值（≤100V ）、计算场分布控制精度（最优达10-6）、步长数（z 方向≤100，r 方向≤50，每个电极厚度占1个步长）及其它有关参数（详见计算实例中给出的计算数据）应在一定范围内具有任意性。这些数据要求以运行程序从数据文件读入的方式读入。 8．用扫描搜索法扫描若干条等位线，等位线电位可以在0V 到最高电位之间以一组值任意给定，也可以一个电位间隔值（电位差值）给出。 电位分布可能存在鞍点。 9．用拉格朗日三点二次插值公式，从通过迭代已计算出的轴上网格点上的电位值出发，插值计算任意给出的轴上点的电位值。一般要求插值计算给定数目的轴上等距点上的电位值，轴上划分等距步长数≤100。 10．程序中实变量均采用双精度。 11．程序要求语句结构合理，段落清晰分明，功能齐全，可读性强，计算结 《典型光电成像器件电路设计》 课程编号： 课程名称：典型光电成像器件电路设计——高压、选通电源设计 学分：1学时：1周 选修课程：模拟电子技术，电路原理 一、目的与任务 本课程目的是针对微光检测技术中常用的距离选通技术，设计适合像管供电的高压电源和带距离选通功能的电源，帮助测控技术与仪器、电子科学与技术（光电子方向）的学生掌握光电成像技术中供电电源的设计方法。 二、教学内容及学时分配 1．设计要求，高压电源和选通电源原理讲解（1天） 2．电源参数选择与仿真分析（1天） 3．硬件电路调试（2天） 4．实验结果验收（1天） 三、考核与成绩评定 考核：在1周的实验课中用1天时间进行2人一组的考核验收。 成绩根据3方面情况最终评定： 1.学生的实验操作情况 2.学生的实验报告完成情况 3.学生的实验出勤情况 成绩评定按百分制，验收考核占总成绩的40%，平时表现、实验报告占总成绩的40%，创新性占20%，60分为及格。 四、大纲说明 1.本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3.本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书 选用教材：江月松.光电技术与实验[M].北京：北京理工大学出版社，2000. 参考书： [1]胡士凌，孔得人.光电电子技术[M].北京:北京理工大学出版社，1996. [2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社出版社，2001. [3]白廷柱，金伟其.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006. 编写教师：高昆 责任教授签字： 教学院长签字： 光电测试考试资料整理 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X射线(Roentgen射线)与y射线(Gamma射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？ 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4.什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5.反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6.光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 1.人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？ 答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45min,充分暗适应则需要一个多小时。 2.何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？ 答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。 3.试述人眼的分辨力的定义及其特点。 答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。 [2]特点：眼睛的分辨力与很多因素有关,从内因分析,与眼睛的构造有关(此处不再讨论)。从外因分析,主要是决定于目标的亮度与对比度,但眼睛会随外界条件的不同,自动进行适应,因而可得到不同的极限分辨角。当背景亮度降低或对比度减小时,人眼的分辨力显著地降低。于中央凹处人眼的分辨力最高,故人眼在观察物体时,总是在不断地运动以促使各个被观察的物体依次地落在中央凹处,使被观察物体看得最清楚。 4.简述下列定义：(1)图像信噪比(2)图像对比度(3)图像探测方程 答:[1]图像信噪比:图像信号与噪声之比[2]图像对比度:指的是一幅图像中明暗区 域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小。 [3]当关系式成立时，表明图像可探测到，反之将不能探测。 光电检测试验讲义 实验一 光敏电阻特性参数测量及暗光街灯实验 一、实验目的： 1、了解光敏电阻的电阻特性，掌握光敏电阻的伏安特性及其随光照强度的变化规律。 2、利用光敏电阻的电阻变化特性，将之作为街灯自动点亮与熄灭的传感器件，掌握基于光敏电阻的暗光街灯的工作原理及应用。 二、实验原理： 光敏电阻是最典型的光电效应器件，即其电导率随光照强度而发生变化。半导体光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的光电探测器件。本实验旨在测定光敏电阻在不同光照环境下的电阻值，并测定其伏安特性随光照强度的变化规律。 根据实验测定，光敏电阻的电阻值随光亮度的增大而迅速减小。利用这一特性，设计了暗光街灯演示实验。其原理是当环境变暗时光敏电阻的阻值增大，当亮度降低到一定值时，即光敏电阻值增大到某一阈值时，光电传感电路系统自动点亮小灯泡，从而达到与暗光街灯相似的目的。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光敏电阻，数字电压表，电流（毫安）表，暗光街灯电路， 小灯泡（负载），万用表。 四、实验步骤： （一）光敏电阻特性测试 万用表 图 1.1 暗、 图 1.2 伏安 mA U I (1) 光敏电阻的暗、亮电阻测定。如图3.1所示，用万用表从光敏电子两端测定它在不同光照条件下的电阻值，将测得的结果填入表格。 (2) 光敏电阻伏安特性测定。按图1.2所示连接各元件和单元，检查连接无误后，开启电源。用一挡光物（如黑纸片或瓶盖）遮住光敏电阻（视为全暗），分别接插不同的电压U 值（可调电压的获取：通过面板“电机控制1”或“电机控制2”的Vin 输入5V ，Vout 可输出如0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0， 4.5，5.0V 等不同电压值），利用电流表测定流过光敏电阻的电流值I ，数字电压表测定U 值。 改变光敏电阻的光照强度（如全暗、日光灯、手电筒、激光照射），重复测定I 与U 的关系，可得到图1.3所示的伏安特性关系曲线族。 (3) 分析上述测量结果， 进一步了解光敏电阻的光敏特性，掌握其中的变化规律。 光 照 状 况 全 暗 日光灯照射 手电筒斜照射 手电筒直照射 激光照射 光敏电阻值(k ) I U 图 1.3 光敏电 光照 合规管理基础知识 第一章《合规与银行合规部门》简介2003年10月，巴塞尔银行监督管理委员会（以下简称“巴塞尔委员会）就银行合规问题发布了题为《银行的合规职能》（《The compliance function in bank》）的文件,在世界围广泛征求各方面意见。经过历时一年半的征求意见和反复修改，巴塞尔委员会终于在2005年5月正式发布了《合规与银行合规职能》（《Compliance and the compliance function in banks》）（以下简称“《文件》”）。《文件》首先肯定了合规风险管理已经作为一项日趋重要并且高度独立的风险管理职能而存在，其次界定了合规管理的涵，然后明确了董事会和高级管理层的合规职责，最后阐述了关于银行部合规职能的组织、结构、作用以及其他相关问题。 早在《文件》出台之前，以汇丰银行和花旗银行为代表的国际化大银行就已经开始创建其合规工作机制，至今已经颇具规模。在世界围，越来越多的银行认识到合规的重要性并不同程度地开展了合规工作。《文件》既是对于国际领先银行合规工作的经验总结，为世界各地银行提供了银行合规工作的基本指引；同时也明确了国际银行监管标准的发展趋势，拓宽了银行监管当局在银行是否合规方面的监管视野。 第二章合规管理的基本涵 对于大多数国商业银行而言，尽管“依法合规”一直是其经营理念之一，而且事实上已经开展了合规工作，但是“合规”相对于银行其他业务仍处在初级阶段。面对监管机构逐渐加大合规监管工作的力度以及日益复杂的国际金融形势，国银行如何拓展合规工作的广度和深度显得日趋紧迫。 1998年9月，早在《文件》发布之前的5年，巴塞尔委员会在《银行业组织部控制体系框架》中将“合法和合规性，即合法方面的目标”列为银行业组织部控制体系框架的三个目标之一。合法合规性目标要求所有的银行业务应当与法律、法规、监管要求、银行政策和程序相符合，以保护银行的权利和声誉。2005年5月发布的《文件》可以视作是对于合法合规目标的具体阐述，其将合规进一步明确界定为银行部应当具有的一种独立职能，其目的在于管理银行自身的合规风险。为了对于合规管理有全面客观的的认识，我们可以结合《文件》，从合规管理是什么、合规管理由谁做以及合规管理如何做这三个方面来认识合规管理的基本涵。 2.1合规管理是什么？ 合规管理是银行部所应具有的管理自身合规风险的独立职—2 — 2014-2015 第一学期 光电成像技术 ——红外热成像技术的发展及其应用 院系电子工程学院光电子技术系 班级光信1104 姓名王凯 学号05113123 班内序号14 考核成绩 红外热成像技术的发展及其应用 摘要：用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。 关键字：红外线，红外热成像技术，发展及其应用 一、引言 1800年英国的天文学家Mr.William Herschel 用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应。他发现，当水银温度计移到红色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，也就是“红外辐射”。 二、红外热成像技术 我们人眼能够感受到的可见光波长为：0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。红外热成像仪大致分为致冷型和非致冷型两大类。 目前，世界上最先进的红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪），其温度灵敏度可达0.03℃。 1、红外热像仪的工作原理 红外热像仪可将不可见的红外辐射转换成可见的图像。物体的红外辐射经过镜头聚焦到探测器上，探测器将产生电信号，电信号经过放大并数字化到热像仪的电子处理部分，再转换成我们能在显示器上看到的红外图像。 实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域 5S管理系列讲义之二 目视管理 一、目视管理概述 1、目视管理的含义 目视管理是通过视觉导致人的意识变化的一种管理方法。据统计，人的行动的60%是从“视觉”的感知开始的，因此在管理中，通过目视管理使各种管理状态和方法“一目了然”，使员工通过眼睛的观察就能把握现场运行状况，让员工能及时、准确地判断问题，达到“自主管理”的目的。因为没有信息就不可能发挥出主观能动性，要保证获取信息，最好的方法就是通过简单的直观管理技木——目视管理。 2、目视管理的作用 1)暴露异常及问题； 2)使员工了解应管理控制的项目； 3)创造高效率的工作环境。 3、目视管理评价 ①目视管理要符合以下要求： 1)无论谁都能判明异常和好坏； 2)能迅速判断，且判断的准确程度高； 3)判断结果不会因人而异。 ②目视管理水平可分为3个级别： 初级水平：有表示，能明白现在的状况； 中级水平：谁都能判断当前的状态和问题； 高级水平：列明管理方法〔如异常处置办法等〕。 3、目视管理对象 ①车间目视管理 车间生产现场的对象包括质量、交货期、成本、安全、5S。其具体内容是： 1)作业管理 ●目视作业标准：如利用照片、图片做成的标准书； ●颜色管理：：如工具、零件定置场所的色彩管理； ●限度样本； ●异常警示灯或蜂鸣器； ●标示、看板； ●区域线：如不良品、半成品定置而所的标示； ●人员配置图； ●技能地图：如作业熟练程度的表示； ●安全标志：危险区域的标志。 2)交期管理 ●生产进度管理板； ●生产计划表； ●派工板。 3)品质管理 ●检查工具、夹具的层别管理； ●不良品层别管理； ●量具仪器梭正色别管理：如检测器具精度在规定值内和外的颜色区别； ●直方图； ●检查指导书。 4)设备管理 ●加油色别管理：如加油口的颜色标示； ●操作动作的顺序指引； ●保养部位色别管理：如定期保养部位的颜色标示； ●危险动作部位色别管理：如紧急停止开关的颜色标示； ●换模部位与固定部件的颜色区分； ●仪表安全法围色别管理：如控制范围内、外的颜色区分； ●螺丝、螺栓的配合记号； ●管路色别管理：如对相似的油或溶剂的颜色区分。 ②办公室目标管理 办公室目视管理主要是信息的共有化、业务的标准化和简单化，以迅速、正确地为生产现场提供信息，并有效解决问题。具体的内容是： 1)文件管理 ●文件的分类标示； ●文件保管场所的标示； ●文件的定位标示。 2)行动管理 ●人员动态管理图板； ●个人工作计划； ●出勤管理 3)业务管理 ●业务标准手册 复习指南 注：答案差不多能在书上找到的都标注页数了，实在找不到的或者PPT上的才打在题后面了，用红色和题干区分。特此感谢为完善本文档所做出贡献的各位大哥。(页码标的是白廷柱、金伟其编著的光电成像原理与技术一书) 1.光电成像系统有哪几部分组成?试述光电成像对视见光谱域的延伸以及所受到的限制(长波限制和短波限制)。(辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。P2-4) 答:辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。 [1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用?光电成像技术突破了人眼的哪些限制?(P5) 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节( 4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类?各有什么特点?(P8)固体成像器件主要有哪两类?(P9，CCD CMOS) 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 电荷耦合器件，简称CCD；自扫描光电二极管阵列，简称SSPD，又称MOS图像传感器 4.什么是像管?由哪几部分组成?(P8第一段后部) 器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，它的工作方式是：通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。这样的器件通常称为像管。 基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板(电子倍增器件)、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。 5.像管的成像包括哪些物理过程?其相应的物理依据是什么?(P8第一段工作方式) （1）像管的成像过程包括3个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图 像B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增C、将获得增强后的电子图像转 光电成像原理及技术课后题 答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能有哪些方法和描述方式 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来 定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。 维恩位移定律： 他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律： 一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章 ▲判断：组织在管理中起着关键枢纽作用。（V） ▲判断：管理本质就是为了有效地实现管理目标的活动。（V） ▲环境：组织生存的土壤，它既为组织活动提供条件，同时也必须对组织的活动起制约作用。▲判断：任何组织的经营过程，实际上是不断在其内部环境、外部环境与经营目标三者之间寻求动态平衡的过程。（V） ▲判断：SWOT分析是最常用的内外部环境综合分析技术。（V） ▲判断：不是古埃及颁布的）古巴比伦：《汉穆拉比大法典》 ▲古罗马：建立了层次分明的中央集权帝国，实行一种把集权和分权相结合的连续授权制度。（判断V） ▲到中世纪，西方管理实践和管理思想都有了很大的发展。（判断：V） 道家：（老子） ▲道家管理思想的核心：无为而治（判断V） ▲商家的经营思想在我国管理思想史上占有重要位置。（判断V） ▲欧洲伟大社会学家韦伯的管理学理论，为管理学提供了一个科学的理论框架。（判断题）▲人际关系理论的诞生是从著名的霍桑试验开始的。（判断V） ▲判断题影响生产力最重要的因素是工作中发展的人际关系，而不是待遇和工作环境 ▲工人是社会人，而不是经济人。（判断题） ▲新型的领导能力在于提高工作的满足感。（判断题） ▲判断：决策是管理的核心，管理功能实质上是决策方案实施过程的体现。（V） ▲判断：决策就是从两个备选方案中选择一个方案的过程。（V） ▲判断：专家调查法是最科学的预测方法。（X） 管理者是在管理中指挥和领导他人活动的人们，他们构成了管理活动的主体。（判断） 判断：管理是人类社会协作劳动和共同生活的产物（V） 政府的管理具有典型的合法性和强制性（判断） 判断：“带着有色眼镜看人”是种应当克服的决策定型效应。（V） 判断决策是计划的前提，计划是决策的逻辑延续（V） 作为管理的载体和基本途径，组织对于管理具有基础性和工具性的意义（判断） 判断：非正式组织也有明确的组织结构类型。（X） 判断：任何组织在发展过程中，都会出现失误。（V） 社会生产在不断发展，但现代组织的规模和内部结构日趋简单。（X） 由于组织环境的不确定性，组织必须通过控制来及时了解情况，调整计划，修正目标。（V）判断：建立专门履行控制职能的机构是控制的功能。（X，应该是功能的基本条件） 判断：一种新制度是否优越的衡量标准是企业的效益是否提高X）。坚持收益大于成本的原则。 判断：只有市场创新，才能对消费者各类需求给予更大程度的满足X） 管理创新是一种手段、方式，而不是最终目的（判断）； 1、组织是以特定的结构形式存在和活动的。V 2、组织设计不仅是组织结构的设计和优化，更重要的是组织规范的制度建议。V （1）组织结构的刚性将减少内部组织成本（判断）。 （2）组织结构的刚性将减少委托代理成本（判断）。 （3）组织结构的刚性将增加外部交易成本（判断）。 单项选择题 2）内部环境：组织性质和人员状况等。（单选） 数字图像的盲复原研究 1 引言 图像复原，是指消除或减轻图像获取过程中所发生的质量下降，也就是退化，使它趋向于复原成退化前的理想图像。 图像复原的难易程度主要取决于对退化过程的先验知识掌握的精确程度。如果我们对退化的类型、机制和过程都十分清楚，那么就可以根据图像退化的先验知识建立退化模型，采用各种反退化处理方法，如维纳滤波等，对图像进行复原处理，这是比较典型的图像复原方法。然而，在实际的图像处理时，许多先验知识(包括图像的及成像系统的先验知识)往往并不具备。一方面，某些情况下，要获得图像的先验知识需要付出很大的代价，甚至有的还是物理不可实现的。如，在遥感和天文应用中，得出原始图像的统计模型或获得从未被拍摄过的景象的特定信息都是十分困难的;在航空拍摄和天文学中，因为点扩散函数(PSF)的变化难以把握，所以无法获得模糊过程的精确模型;在医学、电视会议等实时图像处理中，PSF的参数很难预知，从而也无法实时地恢复图像。另外，用于估计退化过程的识别技术还会产生很大的误差，以致于复原出的图像存在人为假象。由此看来，图像退化是不可避免的，同时又很难用硬件准确测出图像系统的PSF。基于以上原因，提出了图像盲复原技术这一课题。 图像盲复原是指在图像系统(即退化过程)的信息全部或部分未知的情况下，通过退化图像的特征来估计真实图像和模糊算子的过程。不管从理论上，还是从实际操作上，都是一个十分困难的问题。尽管对经典的线性图像复原己进行过深入的研究，但这些方法并不能直接应用于图像的盲复原，而是有待于进一步的探讨。 另外，对图像复原结果的评价也应确定一些准则，这些准则包括最小均方误差(MMSE)准则、加权均方准则、最大墒准则等。 本章通过对己有算法的研究来讲述图像盲复原的基本原理和方法，探讨它的发展趋势和价值。 2、图像的成像模型 图像复原的首要任务是建立图像的退化模型，即首先必须了解、分析图像退化的机理，并用数学模型表现出来。由于图像退化的原因很多，退化机理比较复杂，因此，要提供一个完善的数学模型是非常复杂和困难的。 光器件基础知识 目录 一、光纤通信基础 (2) 1、光纤通信的概念 (2) 2、光纤通信的优点 (2) 二、光纤基础知识 (2) 1、光纤的结构 (2) 2、光纤的工作波长 (3) 3、光纤的分类 (3) 3.1按照光纤的模式分类 (3) 3.2按照光纤的材料分类 (3) 3.3按照光纤的折射率分类 (4) 4、光纤的尺寸 (4) 5、光纤接头类型 (5) 6、光功率的换算 (6) 7、光纤损耗 (6) 三、常用光器件介绍 (6) 3.1法兰盘 (6) 3.2光衰减器 (7) 3.3光模块 (8) 2、光模块的主要参数 (8) 3、光模块的种类 (9) 四、光器件的工程应用 (11) 1、单收光模块的使用 (11) 2、双纤双向模块的使用 (11) 3、长距离高灵敏度模块的使用 (11) 4、QSFP+ MPO模块的使用 (12) 5、万兆高速电缆的使用 (12) 六、光模块和光纤使用注意事项 (13) 七、光模块和光纤的故障排查方法 (14) 八、光功率计的使用 (14) 一、光纤通信基础 1、光纤通信的概念 所谓光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。一般由数据源、光发射端、光纤、光接收端组成。 2、光纤通信的优点 1）通信容量大，比传统的电缆、微波等高出几千乃至几十万倍的通信容量。 2）传输距离远，光纤具有极低的衰耗系数，传输距离可达一千公里以上。 3）保密性能好，光信号不具备向外辐射的特点，不易被侦听。 4）适应能力强，具有不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等优点。 5）体积小、重量轻。原材料丰富、价格低廉。 二、光纤基础知识 1、光纤的结构 如上图所示，光纤呈圆柱形，主要由纤芯和包层和保护套三部分组成。 1、纤芯：位于光纤的中心部位，成分为高纯度的二氧化硅，掺有极少量杂 质，折射率较高，用来传送光。 2、包层：位于纤芯的周围，其成分也是含有极少量掺杂质的高纯度二氧化 硅，折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件。 3、涂覆层：光纤的最外层，由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成，强度大，能 光 电 图 像 处 理 XX XXXXX XXXXXXXX 一、论述光电图像处理的概念、内容及意义。 概念：光电图像处理是指计算机系统通过光学系统和光电图像传感器，对图像采集和对原始图像的加工，将自然界中的模拟图像转换为计算机中的数字图像，进而对图像进行处理和分析，使之能具备更好的视觉效果或能满足某些应用的特定要求。 内容：光电图像处理是一门多学科的综合学科，它会聚了光学、电子学、数学、摄影技术和计算机技术等众多学科方面。主要内容包括两方面的，一是光电成像技术，它是为弥补人类视觉缺陷和扩展人类自身的视觉功能；二是数字图像处理技术，它为改善图像的视觉效果，使计算机具有与人类一样的视觉功能。 意义：图像处理的目的是改善图像质量，提取有用信息，识别预定目标等，以此极大改变，方便人们的生活。 二．车牌识别技术 1.引言 近年来，随着全球经济化形式的不断发展人们的物质生活需要日益提高，私人拥有机动车辆的数量呈几何增长态势，车辆的普及成为了目前的必然趋势。在此情况下仅仅依靠大力发展交通设施已不能解决现在已经存在的交通拥挤，环境污染加剧，交通事故频发等问题。汽车数量的增加日益成为制约城市发展的重要因素之一，由于城市空间的严格限制，修建新道路所需的巨额资金以及环境的压力，相比于建设更多的道路基础设施，建立完善的道路网络缓解道路交通增长的需求，大力发展智能交通系统，才有可能真正解决日益严重的交通问题。 2.车牌识别技术简介 随着模式识别技术的发展，车牌字符识别已成为智能交通系统的重要组成部分它可以从复杂的背景中准确地提取，识别汽车牌照，车辆类型等信息，在交通控制和监视中占有很重要的地位，具有广泛的应用前景。所以汽车牌照的识别问题已经成为现代交通工程领域中研究的重点和热点问题之一。 由于受环境待识别车辆的车型复杂和车牌位置不固定等的影响，给车牌定位方法的选择带来一定的困难。车牌本身的污染，缺损也会影响识别率。一些车辆由于天气或是路况不好使得车牌被灰尘，泥土沾染，另外还有一些车辆行驶时间较长车牌上的字符已经部分缺损了，严重的时候，人眼也很难辨别车牌上的字符，这些情况都会影响系统的识 1，设光敏二极管的光敏面积为1 mm×1 mm，若用它扫描500 mm×400 mm的图像，问所获得的图像水平分辨率最高能达到多少？ 答：水平分辨率最高可以达到500 mm/1 mm=500。 2，上题中光敏二极管在水平方向（沿图像500 mm方向）正程运动的速度为5 m/s，逆程运动的速度达50 m/s，垂直方向正程运动的速度应为多少？扫描一场图像的时间需要多少？ 答：水平扫描周期应为垂直方向行进到下一行的时间，因此垂直方向正程速度为：。扫描一场图像需时间为：。 3，上述扫描出来的图像怎样显示出来？能直接用什么制式的电视监视器显示？为什么？若想看到用线阵CCD扫描出来的图像，应采用怎样的措施？ 4，比较逐行扫描与隔行扫描的优缺点，说明为什么20世纪的电视制式要采用隔行扫描方式？我国的PAL电视制式是怎样规定的？答：逐行扫描闪烁感低，扫描方式和控制扫描的驱动设计也要简单，隔行扫描对行扫描频率的要求只是逐行扫描的一半，对信号传输带宽要求也小。20世纪的显示器行扫描频率达不到逐行扫描的行频要求，因此用隔行扫描技术。PAL制式规定场周期为20 ms，其中场正程时间为18.4 ms，场逆程时间为1.6 ms，行频为15625 Hz，行周期为64μs，行正程时间为52 μs，行逆程时间为12 μs。 5，现有一台线阵CCD图像传感器（如ILX521）为256像元，如果配用PAL电视制式的显示器显示他所扫描出来的图像需要采用怎样的技术与之配合？ 6，如何理解“环保的绿色电视”？100 Hz场频技术是基于怎样的基础？ 答：100 Hz扫描技术就是利用数字式场频转换技术，它把PAL制的50 Hz场频的信号，通过数字式存储器DARM，采用“慢存快取”的方法，即读出的时钟频率是存入时钟频率的2倍，实现信号场频率的倍频转换，使场扫描数倍增，从而成为场频为100 Hz的视频信号。 7，图像传感器的基本技术参数有哪些？他们对成像质量分别有怎样的影响？ 答：1，成像物镜的焦距f’，决定了被摄劲舞在光电成像器件上成像的大小；2，相对孔径D/f’，决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量；3，视场角2ω，决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。 大则勒岗前教育培训讲义 煤矿从业人员安全管理基础知识 2019年11月 第一节煤矿井下作业特点 随着科学技术的创新和快速发展，煤炭工业面貌不断得到改善，以大型煤炭企业、大型煤炭基地和大型现代化煤矿为主的格局基本形成。综合机械化、矿山信息化、智能化程度逐步提高，淘汰落后产能成效显著，安全生产条件大为改善。但是煤炭工业是一个特殊行业，生产条件和工作环境相对特殊，工作场所环境变化大，生产安全事故始终影响和制约着煤矿的生产建设，为此,从业人员了解煤矿井下作业场所特点，对于履行自己的岗位职责具有重要意义。 一、煤矿作业环境特殊 煤矿作业场所多为地下作业，条件相对艰苦，而且我国95%以上的煤矿是井工煤矿，井深平均在400米以上，作业环境具有明显的特殊性。 1.井下作业场所空间较小。采煤工作面空间依据煤层厚度而定，中厚煤层空间稍大，薄煤层、极薄煤层作业空间非常狭小，给行人和运输造成不便。此外，采掘作业面经常处在交替衔接之中，采掘作业的条件变化较大。 2.作业场所没有自然采光，井下作业人员要靠矿灯照明；采掘设备和各种运输设备运转声响大，经常造成噪声超标。 3．有的井下作业场所和巷道经常出现淋水现象，或者巷道存有积水，导致井下环境湿度较大。 4．在生产过程中，伴随着粉尘、有害气体的产生，采深大的矿井伴有地热现象，环境温度较高。 5.作业场所在地下，井深巷远，加上辅助时间，作业人员在井下时间较长，劳动强度大。 二、煤矿生产系统复杂 1.煤矿生产工艺复杂。煤矿井下生产具有多工种、多方位、多系统立体交叉连续作业的特点。采煤、掘进、通风、机电、排水、供电、 运输等系统中，任何部位或任何一个环节出现问题，都可能酿成事故，甚至造成重、特大事故。 2.煤矿生产和建设常常同时进行。要保证矿井持续生产，保持采掘平衡，必须要在工作面回采的同时，不断进行巷道开拓准备，保证生产接替，这些生产建设环节的交叉，增加了安全生产、组织管理和技术管理的复杂性。 三、煤矿生产设备多 1.煤矿机电设备多而复杂。由于煤矿生产环节多，工艺复杂，所以井下生产要用到提升运输设备、通风压风设备、供电及电气设备、排水设备、采掘设备等；另外还有保障安全生产的安全监测监控及瓦斯抽放设备。 2. 煤矿机电设备向机械化、自动化、智能化的方向发展。综采成套设备的生产能力在适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产超千万吨，出现了“一矿一面、一个采区、一条生产线”的高效集约化生产模式。高度智能化的采煤机实现了远程操控和工作面无人操作，胶带运输系统实现自动化，矿井主要通风机、主提升设备操作也实现了智能化。 四、煤矿事故诱发因素多样 1．由于煤矿生产条件的特殊性，大多数煤矿灾害因素多，致灾机理复杂。矿井瓦斯、矿尘、水、火、冲击地压及有毒有害气体经常威胁着煤矿安全生产，甚至引起重大安全事故。 2.如果安全管理不到位，设备、物料处于不安全状态，违章指挥、违章作业也是造成人为事故的重要因素。 随着国家十二五计划的逐步实施，到2015年全国形成10个亿吨级、10个5000万吨级特大型煤炭企业，全国煤矿采煤机械化程度平均达到75%以上。其中，大型煤矿采煤机械化程度达到100%。，千万吨级煤矿将达到60处。煤矿主要设备控制的自动化、运输系统的网 第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？ 答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1，光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？ 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。 维恩位移定律： 他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律： 一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章 1、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论或实验依据是 什么？ （1）像管的成像过程包括3个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图 像 B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增 C、将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像 （2） A过程：外广电效应、斯托列夫定律和爱因斯坦定律 B过程：利用的是电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量 增强；或者利用微通道板中二次电子发射来增加电子流密度来进行图 像增强 光电成像原理与技术总复习 一、重要术语 光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管（器）、明适（响） 应、暗适（响）应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光 谱灵敏度（光谱光视效率）、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝 视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮 度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮 度、光出射度，照度，发光强度，光亮度；坎（凯）德拉、流明、勒克 司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消 光、大气散射、大气吸收、大气能见度（能见距离）、大气透明度、电 子透镜、光电子图像、亮度增益、等效背景照度、畸变、像管分辨力 （率）、正（负）电子亲（素）和势、负电子亲和势、光电发射的极 限、电流密度、MCP的饱和电流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰 性（上升惰性、衰减惰性）、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里 温度、热释电靶的单畴化、CCD的开启电压、CCD的转移效率、界面 态“胖0”工作模式、光注入、电注入。 二、几个重要的效应 1.光电转换效应（内/外） 2.热释电能转换效率（应） 3.三环效应 4.MCP的电阻效应/充电效应 三、几个重要定律 1.朗伯余弦 2.基尔霍夫 3.黑体辐射（共4个） 4.波盖尔 5.斯托列托夫 6.爱因斯坦 四、重要结构及其工作原理、特点 1.直视型光电成像器件的基本结构、工作原理 2.非直视型（电视型）光电成像器件的基本结构、工作原理 3.人眼的结构及其图像形成过程 4.大气层的基本构成、结构特点 5.像管的结构及其成像的物理过程 6.光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程） 7.电子光学系统的基本结构及其成像过程 8.荧光屏的结构及其发光过程 9.光谱纤维面板的结构及其成像原理 10.微通道板（MCP的结构及其电子图像的倍增原理） 11.主动红外成像系统结构及其成像过程 12.夜视成像系统结构及其成像过程 13.摄像管的结构及其工作原理 14.光电导摄像管的结构及其工作原理 15.热释电摄像管的结构及其工作原理 16.电子枪的结构及其工作原理 17.MOS电容器的结构及其电荷存储原理、 https://www.doczj.com/doc/2019021949.html,D的结构及其电荷传输原理 19.埋沟CCD（BCCD）的结构及其工作原理《典型光电成像器件电路设计》
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