光电子技术学-红外成像系统的综合特性
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光电检测技术光电检测技术试卷(练习题库)(2023版)
光电检测技术光电检测技术试卷(练习题库)1、光电检测系统通常由哪三部分组成？2、光电效应包括哪些？3、外光电效应4、内光电效应5、简述内光电效应的分类？6、光电导效应7、光生伏特效应8、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？9、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？10、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？11、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？12、根据检查原理，光电检测的方法有哪四种？13、光热效应应包括哪三种？14、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？15、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器16、响应度（或称灵敏度）17、亮电流18、光电信号的二值化处理19、亮态前历效应20、热释电效应21、暗态前历效应22、简述雪崩光电二极管的工作原理？23、简述光生伏特效应与光电导效应的区别？24、简述光生伏特效应与光电导效应的联系？25、什么是敏感器？26、简述敏感器与传感器的区别？27、简述敏感器与传感器的联系？28、简述发光二极管的工作原理？29、简述PIN型的光电二极管的结构？30、简述PIN型的光电二极管的工作原理？31、简述PIN型的光电二极管的及特点？32、简述光电检倍增管的结构组成？33、简述光电检倍增管的工作原理？34、简述CCD器件的结构？35、简述CCD器件的工作原理？36、举例说明补偿测量方法的原理？37、举例说明象限探测器的应用。
38、坎德拉（Candela，cd）39、象增强管40、本征光电导效应41、信息载荷于光源的方式信息载荷于透明体的方式、信息载荷于反射光的方式、信息载荷于遮挡光的方式、信息载荷42、光源选择的基本要求有哪些？43、光电倍增管的供电电路分为负__供电与正__供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪44、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？45、为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光？而光电二极管要零偏或反偏才能有光生伏特效应？46、简述三种主要光电效应的基本工作原理？47、光电探测器与热电探测器在工作原理、性能上有什么区别？48、简述光电探测器的选用原则？49、简述光电池、光电二极管的工作原理及区别？50、叙述实现光外差检测必须满足的条件？51、光具有的一个基本性质是（）。
红外成像原理教学课件
疾病诊断
红外成像技术能够无创、无痛地 检测人体组织的温度和热分布， 辅助医生诊断疾病，如乳腺肿瘤 、甲状腺疾病等。
康复治疗
红外成像技术能够促进血液循环 、缓解疼痛、加速伤口愈合等， 在康复医学领域得到广泛应用， 提高康复治疗效果。
总结与展望
06
红外成像技术的发展历程和现状
红外成像技术的起源
自20世纪初，人们开始研究红外辐射的原理和应用，逐渐发展出 红外成像技术。
越好。
红外成像系统的性
03
能指标
分辨率和灵敏度
分辨率
分辨率是红外成像系统能够区分最小 温差的能力，通常以角度或像素表示 。高分辨率图像能够提供更丰富的细 节信息，有助于识别目标。
灵敏度
灵敏度是指红外成像系统在给定噪声 条件下能够检测到的最小温差或辐射 功率。高灵敏度的系统能够在低辐射 条件下工作，提高图像质量。
多光谱和超光谱成像
总结词
多光谱和超光谱成像技术能够提供更丰富的光谱信息，有助于区分不同类型目标、提高伪装识别能力和环境感知 能力。
详细描述
多光谱成像技术通过获取不同波段的红外辐射信息，能够区分不同类型目标，如生物目标、化学物质等。超光谱 成像技术则能够在更窄的波段内获取连续的光谱信息，提供更丰富的细节和特征信息，有助于提高对复杂环境的 感知和理解。
红外成像技术的实
05
际应用案例
军事领域的应用案例
目标检测与跟踪
红外成像技术广泛应用于军事侦察、导弹制导、无人机侦查 等领域，能够快速准确地检测和跟踪目标，提高军事行动的 效率和准确性。
夜视与导航
在夜间或低光照条件下，红外成像技术能够提供清晰的目标 图像，为军事人员提供可靠的夜视和导航支持，提高作战能 力。
红外成像系统简介
THANKS FOR WATCH时监测
实时红外成像技术能够实现快速的目标物监测，及时发现异常情 况，提高预警和响应速度。
动态跟踪
实时红外成像技术能够实现动态跟踪，对移动目标进行连续监测， 提高跟踪精度和实时性。
促进智能化应用
实时红外成像技术能够与人工智能等技术相结合，实现智能化应 用，提高红外成像系统的应用价值。
性能指标
电源效率、稳定性、可靠性等。
03 红外成像系统的特点
穿透烟雾和灰尘的能力
01
由于红外线波长较长，能够较好 地穿透烟雾和灰尘，因此在火灾 、烟雾等场景中，红外成像系统 能够清晰地观测到目标。
02
在工业领域，红外成像系统也常 用于检测设备运行时的温度异常 ，穿透工厂内的烟尘和气体。
夜间或低光环境下的观测能力
红外成像系统简介
目 录
• 红外成像系统概述 • 红外成像系统的组成 • 红外成像系统的特点 • 红外成像系统的优势与限制 • 红外成像系统的未来发展
01 红外成像系统概述
红外成像系统的定义
红外成像系统是一种能够接收并处理 红外辐射的设备，通过将红外辐射转 换为可见光图像，实现对目标物体的 非接触式检测和识别。
红外成像系统不受光照条件限制，能够在夜间或低光环境下 正常工作，观测目标。
在军事侦察、野生动物研究等领域，红外成像系统是不可或 缺的工具，能够在黑暗中捕捉到目标的热辐射。
对温度变化的敏感性
红外成像系统通过测量目标发射的红外辐射来感知温度变化，因此对温度变化非常 敏感。
在医疗领域，红外成像系统可用于检测人体病变部位的温度异常，如乳腺肿瘤等。
工作原理
基于热电效应或光电效应， 将红外辐射转换为电信号。
性能指标
红外成像原理42页PPT
文物鉴定
医学
军事
数据传输
8
红外成像的原理
一、红外线的特性 又称红外辐射，是指波长为0.78~1000
微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的 部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部 分称为热红外线，也就是我们熟悉的中远 红外光；
9
红外成像的原理
红外辐射普遍存在于自然界：
任何温度高于绝对零度的物体（人体、冰、 雪等）都在不停地发射红外辐射。
精确测量目
标与观察者 之间的距离
探测距离为1220米时的选通时序图
34
主动式红外成像系统
如何减小大气后向 散射影响？
选通技术
通过发射脉冲时序 配合，使变像管在接 收观察目标反射回来 的红外辐射时工作。
32
主动式红外成像系统
探照灯：短脉 冲红外激光
＋
红外变像管： 加选通电极
33
8微秒
脉冲光源 照明输出
后向散射辐射 目标反射辐射
减少大气后 向散射对红 外图像对比 度和清晰度
的影响
选通脉冲
1～2.5
3～5
8～14
12
红外成像系统
红外成像系统
主动式红外成像系统 （红外夜视仪）
利用不同物体 对红外辐射的 不同反射
被动式红外成像系统 （红外热像仪）
利用物体自 然发射的红 外辐射
13
被动式红外成像系统
红外热像仪
自然界中，一切物体都可以辐射红外线， 因此利用探测仪测定目标的本身和背景之 间的红外线差并可以得到不同的红外图像， 热红外线形成的图像称为热图；
荧光屏
电子光学系统
通常变像管的光阴极采用对近红外敏感
（0.8～1.2um）的银氧铯光敏层，电子光学部
003xx
（2）掌握深负反馈条件下电压放大倍数的估算。
（3）能够根据需要在放大电路中引入合适的交流负反馈。
5、信号的运算和处理
（1）掌握比例、加减、积分、微分等基本运算电路的运算关系分析与估算。
（2）掌握各种滤波电路的工作原理、主要性能分析，能根据需要合理选择滤波电路。
6、波形的发生和信号的转换
（1）根据相位平衡条件判断正弦波振荡电路能否振荡，估算振荡频率。
参考书目
信号与系统引论，郑君里等编著，高等教育出版社
科目名称
光电子技术
科目代码
840
一、考试范围及要点
考试范围：
（1）光辐射与发光源
辐射度学和光度学，激光原理及典型激光器
（二）光辐射的传播
光波在大气、电光晶体、声光晶体、磁光晶体、光纤波导中的传播特性，大气衰减，大气湍流，半波电压
（三）光束的调制和扫描
（2）掌握晶体管的输入特性和输出特性、主要参数。
（3）掌握绝缘栅型场效应管的转移特性、输出特性及主要参数。
2、放大电路基础
（1）掌握放大电路的组成原则、工作原理及特点。
（2）掌握三种基本接法放大电路的分析，能够正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数AU、Ri、R。，正确分析电路的输出波形和产生截止失真、饱和失真的原因。
2、线性时不变（LTI）连续及离散系统的时域分析，包括系统数学模型的建立；系统时域响应分解；卷积（和）的定义、性质、计算及应用。要点是LTI系统的数学模型、卷积计算。
3、傅里叶变换及应用。周期信号的傅里叶级数分析原理及物理意义；信号频谱的概念；傅里叶变换的定义、基本性质；常用信号的傅里叶正、反变换；周期信号傅里叶变换的方法；时域及频域抽样的方法及抽样定理；理想抽样信号的频谱特点；傅里叶变换在通信系统的基本应用问题分析。要点是信号频谱的概念、傅里叶变换的主要性质及信号的时频对应关系、信号的抽样与恢复方法、无失真传输、理想低通及带通滤波器、调制与解调原理。
（3）能够根据需要在放大电路中引入合适的交流负反馈。
5、信号的运算和处理
（1）掌握比例、加减、积分、微分等基本运算电路的运算关系分析与估算。
（2）掌握各种滤波电路的工作原理、主要性能分析，能根据需要合理选择滤波电路。
6、波形的发生和信号的转换
（1）根据相位平衡条件判断正弦波振荡电路能否振荡，估算振荡频率。
参考书目
信号与系统引论，郑君里等编著，高等教育出版社
科目名称
光电子技术
科目代码
840
一、考试范围及要点
考试范围：
（1）光辐射与发光源
辐射度学和光度学，激光原理及典型激光器
（二）光辐射的传播
光波在大气、电光晶体、声光晶体、磁光晶体、光纤波导中的传播特性，大气衰减，大气湍流，半波电压
（三）光束的调制和扫描
（2）掌握晶体管的输入特性和输出特性、主要参数。
（3）掌握绝缘栅型场效应管的转移特性、输出特性及主要参数。
2、放大电路基础
（1）掌握放大电路的组成原则、工作原理及特点。
（2）掌握三种基本接法放大电路的分析，能够正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数AU、Ri、R。，正确分析电路的输出波形和产生截止失真、饱和失真的原因。
2、线性时不变（LTI）连续及离散系统的时域分析，包括系统数学模型的建立；系统时域响应分解；卷积（和）的定义、性质、计算及应用。要点是LTI系统的数学模型、卷积计算。
3、傅里叶变换及应用。周期信号的傅里叶级数分析原理及物理意义；信号频谱的概念；傅里叶变换的定义、基本性质；常用信号的傅里叶正、反变换；周期信号傅里叶变换的方法；时域及频域抽样的方法及抽样定理；理想抽样信号的频谱特点；傅里叶变换在通信系统的基本应用问题分析。要点是信号频谱的概念、傅里叶变换的主要性质及信号的时频对应关系、信号的抽样与恢复方法、无失真传输、理想低通及带通滤波器、调制与解调原理。
光电子技术题库
1: 色温是指在规定的两波长处，具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。
1．自发跃迁是指处于高能级的一个原子自发的向低能级跃迁并发出一个光子的过程。
受激跃迁是指处于高能级态的一个原子在一定的辐射场的作用下，跃迁到低能级态并辐射出一个与入射光子相同的光子的过程。
2．按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为：拉曼纳斯衍射和布喇格衍射。
3．磁光效应是指外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。
法拉第磁光效应的规律：a:对于给定的介质，光振动面的旋转角与样品的长度外加的磁感应强度成正比。
B:光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右互换。
4．光束调制按其调制的性质可分为：调幅，调频，调相，强度调制。
要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样，量化，编码。
5．光热效应是指探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件电学性质或其他物理性质发生变化。
6．本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测，非本征型光敏电阻通常在低温条件下工作，常用于中远红外辐射探测。
7．CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移。
CCD按结构可分为线阵CCD和面阵CCD。
8．LCD可分为两大类：溶致液晶和热致液晶。
作为显示技术应用的LCD是热致液晶。
9．附加：光栅传感器反射的波长叫布喇格波长。
10．受激辐射下光谱宽度的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽主要有自然展宽，碰撞展宽，热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽，残余应力展宽。
11．常见的固体激光器有红宝石，钕，钛宝石，气体激光器主要有氦氖和CO2. 12．电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，将引起束缚电荷的重新分布并导致离子晶格的微小变形，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率的变化。
13．光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的带宽或传输容量。
光电子技术题目与答案
1) 色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度2) 自发跃迁是指处于高能级的粒子自发地跃迁到低能级上。
受激跃迁是指由于外界辐射场作用而产生的粒子能级间的跃迁。
3) 受激辐射下光谱线展宽的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽有自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽、残余应力展宽。
4）常见的固体激光器有红宝石激光器、钕激光器、钛宝石激光器(写出两种),常见的气体激光器有He-Ne激光器、Aｒ激光器、ＣO2激光器(写出两种)。
5) 光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样,具有能量、动量和质量；其静止质量为零。
６) 激光与普通光源相比具有如下明显的特点:方向性好、单色性好、相干性好、强度大7）简述光子的基本特性。
答：1、光子能量E与光波频率v对应：Ｅ=hv2、光子具有运动质量m，m=E/ｃ2=hv/c2３、光子的动量与单色平面波矢对应：P=ħk４、光子具有两种可能的独立偏振状态,对应于光波场的两个独立偏振方向5、光子具有自旋性，并且自旋量子数为整数8）简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。
答：必要条件:粒子数反转分布和减少振荡模式数充分条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗稳定振荡条件:增益饱和效应组成:工作物质、泵浦源、谐振腔作用:工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转泵浦源：将粒子从低能级抽运到高能级的装置谐振腔：1、使激光具有极好的方向性 2、增强光放大作用３、使激光具有极好的单色性１） 声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同,声光相互作用可以分为 拉曼－纳斯衍射,布喇格衍射 两种类型。
２) 磁光效应是指 外加磁场作用所引起的材料光学各项异性 ，法拉第磁光效应的规律(1) 对于给定的介质,光振动面的旋转角与样品的长度和外加的磁感应强度成正比 （2) 光的传播方向反转时,法拉第旋转的左右方向互换 。
红外成像系统简介
红外图像的目标检测及跟踪
mean(k) 1 N1 N2
N1 1 N2 1 i 0 j0
[f
H
(i, j, k)]
(2.3)
var(k)
1 N1 N2
N1 1 N2 1 i 0 j0
[f
H
(i, j, k) mean(k)]2
(2.4)
经过上述的阈值处理以后，得到一个去除背景干扰和弱噪声的目标图像， 这时，可能除了目标，还有强噪声点。
红外图像的目标检测及跟踪
2.2.1 基于多级假设检验的TBD目标检测算法 若将背景像素点看作互不相关的高斯白噪声随 机变量，则图像序列中的目标运动轨迹可看做 是一个（或数个）由数目庞大的候选轨迹组成 的树形结构中筛选出来。所谓多级假设检验算 法，就是在图像序列中这个树形结构的每一层 上用假设检验的方法对结构做出删节修正，以 随时去掉没有通过检验的树，达到控制运算量 和存储量的目的。
红外成像系统简介
同时，红外成像技术也广泛地应用于工 业、农业、医学、交通等各个行业和部 门。红外测温、红外理疗、红外检测、 红外报警、红外遥感、红外防伪更是各 行业争相选用的先进技术。
红外成像系统简介
红外成像系统与雷达成像系统、电视成像系统 一起构成当代三大成像系统。 红外成像系统与雷达相比，具有结构简单、体 积小、重量轻、分辨率高、隐蔽性好、抗干扰 能力强等优点；与可见光相比，有透过烟尘能 力强、可昼夜工作等特点，因而在中近距离成 像跟踪系统中，红外成像传感器受到特别重视。 下表比较了几种常用成像系统的优缺点：
红外图像的目标检测及跟踪
②局部阈值法：设f (i,j)周围的3×3方阵中灰 度值为E=∑ ∑ f (i,j)，经过3x3的高通滤波后， 该点灰度值变为，则：
5.5 红外成像系统的综合特性55
14
NETD的表达式及物理意义 2. NETD的表达式及物理意义
假设目标与背景都是朗伯辐射体 假设目标与背景都是朗伯辐射体 先求出红外成像系统分辨单元接收到的辐射功率 再求出由于目标与背景温差引起的接收功率的差异 继而求得信号电压的变化量及信噪比 由定义可得到NETD 由定义可得到NETD的表达式 NETD的表达式
TT TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3
fx=f4
19
TT
TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3
fx=f4
由成像系统对某一组四条带图案成像， 由成像系统对某一组四条带图案成像，调 四条带图案成像 节目标相对背景的温差 从零逐渐增大， 相对背景的温差， 节目标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到 在显示屏上刚能分辨出条带图案为止。 刚能分辨出条带图案为止 在显示屏上刚能分辨出条带图案为止。此时的 温差就是在该组目标空间频率下的最小可分辨 温差。 温差。分别对不同空间频率的条带图案重复上 述测量过程，可得到MRTD MRTD曲线 述测量过程，可得到MRTD曲线
•
探测器的归一化探测度（ 探测器的归一化探测度 比探测率） D (λ) ——探测器的归一化探测度（比探测率） 目标的光谱辐射出射度 目标的光谱 Mλ (T) ——目标的光谱辐射出射度
16
∗
NETD
•
F
αβ
表征一个红外成像系统性能的三个主要特征参数， 表征一个红外成像系统性能的三个主要特征参数， 分别反映了系统的温度分辨率 温度分辨率、 分别反映了系统的温度分辨率、信息传递速率及空 间分辨率： 间分辨率：
•
NETD∝
F
αβ
三个特征参数在性能要求上是 相互矛盾的， 相互矛盾的，即存在制约关系
红外成像系统的综合特性
线性周期 Tx x
观察距离R(m)
O 观察点
2. 红外成像过程中各个环节的调制传递函数
红外成像系统模型如前所述，根据线性 滤波理论，对于由一系列具有一定频率特性 （空间的或时间的）的分系统所组成的红外 成像系统，只要逐个求出分系统的传递函数， 其乘积就是整个系统的传递函数。
（1）光学系统的调制传递函数MTF0 （2）探测器的MTFd （3）电子线路的MTFe
TT TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3
fx=f4
由成像系统对某一组四条带图案成像，调节 目标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到在显 示屏上刚能分辨出条带图案为止。此时的温差就 是在该组目标空间频率下的最小可分辨温差。分 别对不同空间频率的条带图案重复上述测量过程， 可得到MRTD曲线。
MRTD曲线：
（ 3 ） NETD 反映的是系统对低频景物（均匀大 目标）的温度分辨率，不能表征系统用于观测 较高空间频率景物时的温度分辨性能。 NETD具有概念明确、测量容易的优点，在系 统设计阶段，采用NETD作为对系统诸参数进行 选择的权衡标准是有用的。
三、最小可分辨温差（MRTD）
MRTD 是景物空间频率的函数，是表征系统 受视在信噪比限制的温度分辨率的量度。 MRTD的测试图案：
（4) 显示器的MTFm
（5）大气扰动的MTFom （6）人眼调制传递函数MTFeye
人眼能发现的能量起伏为0.05，即最大 能量为1，最低能量是0.95时也能发现，所以 人眼能接收感知的极限调制度为0.026，目视 仪器各个环节的传递函数值可以以此作为考 虑的出发点。
（7）系统的传递函数MTF 红外成像系统总的传递函数为各分系统传递 函数的乘积：
MTF 1了在噪声中成像时，红 外成像系统对目标的空间及温度分辨能力。 MRTD存在的问题主要是：它是一种带有 主观成分的量度，测试结果会因人而异。此外， 未考虑人眼的调制传递函数对信号的影响也是 其不足之处。
光电子的技术-王俊波-红外成像系统综合特性
0.5 0.9 0.5 0.95 0.5 MTFo 0.026 MTFo 0.24
二、噪声等效温差（NETD）
NETD的定义
用红外成像系统观察标准试验图案，当红外成像 系统输出端产生的峰值信号与均方根噪声电压之比为 1时的目标与背景之间的温差，称为噪声等效温差 (NETD)
NETD是表征红外成像系统受客观信噪比限制的 温度分辨率的一种量度
三个特征参数在性能要求上是 相互矛盾的，即存在制约关系
NETD的局限性
NETD反映的是客观信噪比限制的温度分辨率， 没有考虑视觉特性的影响
单纯追求低的NETD值并不意味着一定有很好的 系统性能
NETD反映的是系统对低频景物（均匀大目标） 的温度分辨率，不能表征系统用于观测较高空间频率 景物时的温度分辨性能
给红外成像系统输入一个正弦信号（即给出一个光强 正弦分布的目标），输出仍然是同一频率的正弦信号 （即目标成的像仍然是同一空间频率的正弦分布）， 只不过像的对比有所降低，位相发生移动。
对比降低的程度和位相移动的大小是空间频率的函数
对比传递函数（MTF） 位相传递函数（PTF） 函数的具体形式完全由红外成像系统的成像性能所决 定 传递函数客观地反映了成像系统的成像质量，红外成 像系统存在一个截止频率，对这个频率，正弦目标的 像的对比降低到0
NETD具有概念明确、测量容易的优点，在系统 设计阶段，采用NETD作为对系统诸参数进行选择的 权衡标准是有用的
三、最小可分辨温差（MRTD）
MRTD是景物空间频率的函数，是表征系统受视在 信噪比限制的温度分辨率的量度
MRTD的测试图案
TT
TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3 fx=f4
由成像系统对某一组四条带图案成像，调节目 标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到在显示屏 上刚能分辨出条带图案为止。此时的温差就是在该 组目标空间频率下的最小可分辨温差。分别对不同 空间频率的条带图案重复上述测量过程，可得到 MRTD曲线
二、噪声等效温差（NETD）
NETD的定义
用红外成像系统观察标准试验图案，当红外成像 系统输出端产生的峰值信号与均方根噪声电压之比为 1时的目标与背景之间的温差，称为噪声等效温差 (NETD)
NETD是表征红外成像系统受客观信噪比限制的 温度分辨率的一种量度
三个特征参数在性能要求上是 相互矛盾的，即存在制约关系
NETD的局限性
NETD反映的是客观信噪比限制的温度分辨率， 没有考虑视觉特性的影响
单纯追求低的NETD值并不意味着一定有很好的 系统性能
NETD反映的是系统对低频景物（均匀大目标） 的温度分辨率，不能表征系统用于观测较高空间频率 景物时的温度分辨性能
给红外成像系统输入一个正弦信号（即给出一个光强 正弦分布的目标），输出仍然是同一频率的正弦信号 （即目标成的像仍然是同一空间频率的正弦分布）， 只不过像的对比有所降低，位相发生移动。
对比降低的程度和位相移动的大小是空间频率的函数
对比传递函数（MTF） 位相传递函数（PTF） 函数的具体形式完全由红外成像系统的成像性能所决 定 传递函数客观地反映了成像系统的成像质量，红外成 像系统存在一个截止频率，对这个频率，正弦目标的 像的对比降低到0
NETD具有概念明确、测量容易的优点，在系统 设计阶段，采用NETD作为对系统诸参数进行选择的 权衡标准是有用的
三、最小可分辨温差（MRTD）
MRTD是景物空间频率的函数，是表征系统受视在 信噪比限制的温度分辨率的量度
MRTD的测试图案
TT
TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3 fx=f4
由成像系统对某一组四条带图案成像，调节目 标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到在显示屏 上刚能分辨出条带图案为止。此时的温差就是在该 组目标空间频率下的最小可分辨温差。分别对不同 空间频率的条带图案重复上述测量过程，可得到 MRTD曲线
《光电子技术》本科期末考试试卷(A卷)
西南科技大学 2013-2014-2 学期光电子技术 》本科期末考试试卷（ A 卷）、单选题（每题 2 分，共 20分） 1、光电子技术主要研究（）。
A. 光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的一门技术B. 光电子材料制备的一门技术C. 光信息转换成电信息的一门技术D. 介绍光电器件的原理、结构和性能参数的一门科学David J. Wineland ）。
大卫·维因兰德是利用光或光子来捕捉、 控制以及测量带电原子或者离子， 而沙吉 ·哈A. 光子或粒子B. 电子C.载流子D.声子5、光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导，其结构上由（）组成。
A. 纤芯、包层和护套B.单模和多模C. 塑料、晶体和硅D. 阶跃和梯度光纤 6、直接调制是把要传递的信息转变为（ ）信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。
A. 电流B. 电压C. 光脉冲D.正弦波7、以下基于光电导效应制成的光电器件是（ ）。
A. 光敏电阻 B.光电管 C.雪崩光敏二极管 D. 光电池8、光电成像转换过程需要研究（ ）。
A. 能量、成像、噪声和传递 B. 产生、存储、转移和检测 C. 调制、探测、成像和显示D. 共轭、放大、分辨和聚焦9、微光光电成像系统的工作条件就是环境照度低于（ ） lx 。
A. 0.1B. 0.01C. 0.001D. 0.000110、PDP 单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光（ ）次，维持电压脉冲宽度通常 5~10μs ，2、波长为 0.78 μm 的光子能量为（A.3.2eVB.1.59eVC.1.24eV3、光波在大气中传播时，气体分子及气溶胶的（A. 折射和反射B. 吸收和散射）。
D.2.4eV）会引起光束能量的衰减。
C. 弯曲和漂移D. 湍流和闪烁哈罗彻（ Serge Haroche ）与美国科学家大卫 ·温罗彻通过发射原子穿过阱，控制并测量捕获的（ ）。
幅度 90V~100V ，工作频率范围 30KHz~50KHz ，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。
红外成像系统
目录一、概论 (11、热像仪构成 (12、热成像功能: (13、热成像技术的优点 (14、红外成像阵列与系统分类 (15、热成像技术的划代 (16、典型技术特点 (27、制冷红外成像阵列与系统的发展 (47、非制冷红外成像阵列与系统的发展 (48、红外成像探测器的发展趋势 (5二、工作原理与结构 (51、串扫型热像仪 (62、并扫型热像仪 (73、串并扫型热像仪 (8四、常见的光机扫描机构 (91、旋转反射镜鼓做二维扫描 (92、平行光路中旋转反射镜鼓与摆镜组合 (103、平行光路中反射镜鼓加会聚光路中摆镜 (104、折射棱镜与反射镜鼓组合 (115、会聚光路中两旋转折射棱镜组合 (126、两个摆动平面镜组合 (12五、热成像系统基本技术参数 (121、光学系统的通光口径0D 和焦距0f (122、瞬时视场角α、β (123、观察视场角H W 、V W (134、帧时f T 和帧速∙F (135、扫描效率η (136、滞留时间d τ (13六、红外成像系统综合性能参数 (141、噪声等效温差NETD (142、最小可分辨温差MRTD (153、最小可探测温差MDTD (18红外成像系统一、概论能够摄取景物红外辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的装置,就是红外热成像系统(简称热像仪。
实现景物热成像的技术称为热成像技术。
1、热像仪构成✓接收和汇聚景物红外辐射的红外光学组件;✓既实现红外望远镜大视场与红外探测器小视场匹配,又按显示制式的要求进行信号编码的光学机械扫描器(当使用探测元数量足够多的红外焦平面探测器时,光学机械扫描器可以省去;✓将热辐射信号变成电信号的红外探测器组件;✓对电信号进行处理的电子学组件;✓将电信号转变成可见光图像的显示器;✓进行信号处理的算法和软件。
2、热成像功能:✓将人眼的观察范围扩展到光谱红外区;✓极大地提高人眼观察的灵敏度;✓获得了客观世界与热运动相关的信息。
3、热成像技术的优点✓环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下,具有较好的穿透烟雾和尘埃的能力;✓隐蔽性好,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;✓识别伪装目标的能力优于可见光,具有较强的反隐身能力;✓具有较远的作用距离;✓与雷达系统相比,体积小,重量轻,功耗低。
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对单元探测器光机扫描方式，其NETD表达 式为：
NETD的局限性：
（1）NETD反映的是客观信噪比限制的温度分 辨率，没有考虑视觉特性的影响。
（2）单纯追求低的NETD值并不意味着一定有 很好的系统性能。例如，增大工作波段的宽度， 显然会使NETD减小。但在实际应用场合，可 能会由于所接收的日光反射成分的增加，使系 统测出的温度与真实温度的差异增大。表明 NETD公式未能保证与系统实际性能的一致性。
（7）系统的传递函数MTF 红外成像系统总的传递函数为各分系统传递 函数的乘积：
M M ToF M TdF M TeF M Tm F M ToF m M TeF yT e
二、噪声等效温差（NETD）
1. NETD的定义 用红外成像系统观察标准试验图案，当红
外成像系统输出端产生的峰值信号与均方根噪 声电压之比为1时的目标与背景之间的温差， 称为噪声等效温差(NETD)。
（1）光学系统的调制传递函数MTF0 （2）探测器的MTFd （3）电子线路的MTFe （4) 显示器的MTFm （5）大气扰动的MTFom （6）人眼调制传递函数MTFeye
人眼能发现的能量起伏为0.05，即最大 能量为1，最低能量是0.95时也能发现，所以 人眼能接收感知的极限调制度为0.026，目视 仪器各个环节的传递函数值可以以此作为考 虑的出发点。
空间频率定义为周期量在单位空间上变化 的周期数。
线性周期
Tx
x
观 察 距 离 R(m)
O 观察点
2. 红外成像过程中各个环节的调制传递函数
红外成像系统模型如前所述，根据线性 滤波理论，对于由一系列具有一定频率特性 （空间的或时间的）的分系统所组成的红外 成像系统，只要逐个求出分系统的传递函数， 其乘积就是整个系统的传递函数。
光电子技术学-红外成像系统的综合特性
红外成像系统性能的综合量度指标—— 空间分辨率、温度分辨率。
空间分辨率——调制传递函数（MTF） 温度分辨率——噪声等效温差（NETD） 最小可分辨温差（MRTD） 最小可探测温差（MDTD）
一、调制传递函数（MTF）
1. 基本概念
红外成像系统可以看作是一个低通线性 滤波器，给红外成像系统输入一个正弦信号 （即给出一个光强正弦分布的目标），输出 仍然是同一频率的正弦信号（即目标成的像 仍然是同一空间频率的正弦分布），只不过 像的对比有所降低，位相发生移动。
MRTD曲线：
MTF 1
MRTD(Co)
o fx
MRTD综合描述了在噪声中成像时，红 外成像系统对目标的空间及温度分辨能力。
MRTD存在的问题主要是：它是一种带有 主观成分的量度，测试结果会因人而异。此外， 未考虑人眼的调制传递函数对信号的影响也是 其不足之处。
四、最小可探测温差（MDTD）
最小可探测温差MDTD是将NETD与MRTD 的概念在某些方面作了取舍后而得出的。具体 地说，MDTD仍是采用MRTD的观测方式，由 在显示屏上刚能分辨出目标时所需的目标对背 景的温差来定义。但MDTD采用的标准图案是 位于均匀背景中的单个方形目标，其尺寸W可 调整，这是对NETD与MRTD标准图案特点的 一种综合。
（3）NETD反映的是系统对低频景物（均匀大 目标）的温度分辨率，不能表征系统用于观测 较高空间频率景物时的温度分辨性能。
NETD具有概念明确、测量容易的优点，在系 统设计阶段，采用NETD作为对系统诸参数进行 选择的权衡标准是有用的。
三、最小可分辨温差（MRTD）
MRTD是景物空间频率的函数，是表征系统 受视在信噪比限制的温度分辨率的量度。
MDTD用来估算点源目标的可探测性是有 价值的。
NETD是表征红外成像系统受客观信噪比 限制的温度分辨率的一种量度。
NETD测试图案
W V
W
TT
W TB
WH
2. NETD的表达式及物理意义
假设目标与背景都是朗伯辐射体，先求出 红外成像系统分辨单元接收到的辐射功率，再 求出由于目标与背景温差引起的接收功率的差 异，继而求得信பைடு நூலகம்电压的变化量及信噪比，由 定义可得到NETD的表达式。
MRTD的测试图案：
TT
TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3 fx=f4
由成像系统对某一组四条带图案成像，调节 目标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到在显 示屏上刚能分辨出条带图案为止。此时的温差就 是在该组目标空间频率下的最小可分辨温差。分 别对不同空间频率的条带图案重复上述测量过程， 可得到MRTD曲线。