微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究

研究目前文献中常见的１８种微光成像系统探测方程之间的内在联系和异同之处，分析论证各种阈值探测理论和探测方程存在的问题和不足。在此基础上，从人眼的视觉理论和阈值特性出发，建立微光成像系统新的阈值探测理论模型，并分别导出微光直视系统和微光电视系统的视距探测方程。应用所导出的理论公式计算的数据与各种实际系统的实测数据进行了比较，证明新的阈值探测理论和视距探测方程是正确可靠的，且具有很高的精度。     

微光夜视系统新的阈值探测理论和视距探测方程研究

在对各种阈值探测理论和视距探测方程进行深入研究分析的基础上，从人眼阈值特性和微光视觉理论出发，建立微光夜视系统新的阈值探测理论模型，导出微光夜视系统新的视距综合探测方程。     

微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究（续）

微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究（续）艾克聪（四安应用光学研究所７１０１００）３实际成像系统探测方程的研究和分析为了克服理想成像系统探测方程存在的局限性和不足之处，许多专家学者对其作了进一步的深入研究，提出了各种不同的改进和修正意见，以...     

光电成像系统性能模型的研究分析

论述光电成像系统性能模型研究的作用和重要意义。对光电成像系统中最具代表性的微光夜视系统和热成像系统的性能模型进行了重点研究。详细分析微光夜视系统和热成像系统性能模型研究发展的过程和历史，分别指出微光夜视系统和热成像系统现有性能模型存在的局限和不足。介绍作者新提出的人眼“量子探测器和线性滤波器综合视觉模型”和新导出的微光夜视系统视距探测方程。在对热成像系统现有的探测理论和性能模型分析研究的基础上。提出普遍适用于一代、二代热成像系统的新的阈值预测理论、视距探测方程和性能模型的设想。     

基于新型MRTD模型研究扫描型红外热像仪的视距

 基于人眼视觉系统可感知的阈值信噪比,提出预测红外热像仪最小可分辨温差（MRTD）方法。该方法根据频谱理论和红外热成像系统的二维调制传递函数,并结合匹配滤波器的概念,描述4条带标准靶的空间频谱函数。利用此空间频谱函数研究了4条带标准靶经过红外热成像系统的调制传递之后人眼视觉系统的感知信噪比。基于人眼视觉系统可感知的阈值信噪比,建立一个新的MRTD模型。依据此MRTD模型和视距模型,实现红外热像仪视距的预测。仿真结果表明,该方法预测的视距与实验数据有很好的一致性。     

一种改进的微光夜视系统视距探测方程

视距是评估微光夜视成像系统性能的一个重要参数。随着微光夜视探测技术的发展,经典视距模型的视距仿真结果与实测结果出现了一些偏差,特别是在10-3 lx低照度条件下视距仿真结果不甚理想,这对微光夜视仪在实际应用中造成了很大的阻碍。针对这一问题,从微光成像系统成像链路的三个环节对经典视距模型进行修正：考虑大气透过率对微光夜视系统视距的影响并对经典视距模型中的大气透过率因子进行修正;基于像增强器噪声因子对视距模型进行修正;考虑人眼视觉传递特性对微光夜视系统视距的影响,在系统的传递函数模型中加入了简化的人眼视觉模型。进而推导出改进的视距模型。结合野外试验数据,验证了改进视距模型的有效性和实用性,这对于微光夜视系统的设计、评估和应用具有一定的指导性意义。     

微光成像系统视距理论公式的修正

介绍了微光成像系统视距理论的基本概念，在对微光成像系统视距探测方程推导的基础上，分析了各参量间的关系及其对整体性能的影响，从大气透过率和光谱匹配等诸多方面进行修正，建立了更为实用和完善的视距探测方程，并结合车辆驾驶夜视仪进行了视距估算，验证了经修正后的视距公式的实用性，为微光成像系统的优化设计以及寻求实现中远距离观察的最优技术途径提供了理论帮助，这对微光成像系统的改进、提高和发展也具有一定的指导意义。最后提出了一些改进微光成像系统视距性能的途径。     

一种基于强迫性选择MRC测量的新方法

与传统光电成像系统成像质量的评价方法相比,最小可分辨对比度(MRC)能够更全面地反映光电成像系统的极限性能。它考虑了系统的灵敏度、噪声、目标空间频率以及人眼视觉特性等因素对系统阈值对比度的影响,可用于光电成像系统的视距估算。在分析微光ICCD成像系统工作原理的基础上,研制了新型微光ICCD成像系统MRC特性测试仪。以该系统为实验装置、以Weibull心理测量方程为理论基础设计了一种选择性靶标。基于选择性靶标,提出了一种基于强迫性选择MRC测量的新方法,利用该方法对微光ICCD成像系统进行了实际测量。该方法对建立微光ICCD成像系统MRC理论模型具有重要的指导意义,对直视型微光成像系统MRC特性的测量具有借鉴意义,对光电成像系统成像质量的评价具有重要的使用价值。     

直视型微光夜视系统最小可分辨对比度模型

从信号检测和人眼视觉角度出发,研究了直视微光夜视系统综合性能评估理论,推导出直视型微光成像系统的MRC（最小可分辨对比度）模型。该模型将光学传递特性与系统信噪比结合,建立了系统直视微光夜视MRC与目标特性、直视微光夜视仪以及人眼各部分参数之间的数学关系。验证结果表明,由该模型得到的系统极限分辨率相较于系统实际测出的分辨率相对误差为3.08%。     

机载大气探测激光雷达人眼安全分析

 依据美国ANSI标准,模拟计算了0~12 km的高度范围内不同的激光束发散角和不同激光脉冲能量比例的532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量。给出两种532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案：(1)激光束发散角为0.3 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶2;（2）激光束发散角为0.4 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶1。分析了用这两种激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案探测模式大气时所对应的信噪比。分析结果表明：这两种方案既能保证机载激光雷达对模式大气探测时地面人眼安全又能达到探测所要求的信噪比。     

一种基于图像处理技术的视距估算方法

围绕视距估算,基于微光下的视觉探测方程和图像阈值对比度,利用图像处理技术和最小二乘数据拟合方法,提出了一种比较客观的夜视系统野外视距估算方法.为了验证该方法的有效性,针对六种夜视系统,分别进行了野外比较试验.试验结果表明：该方法有效地提高了微光夜视仪的视距检测速度,具有较高的估算准确度和很好的实用性.因此,该方法对于夜视系统性能分析具有科学的指导意义.     

用于微光夜视系统性能评估的新方法

为了全面、科学、合理地评价夜视系统的性能指标和作战效能，避免在野外实测微光夜视仪的过程中投入大量的人力、物力和财力，在微光成像夜视系统阈值探测理论和视景仿真技术的基础上，开发了一个集计算和仿真功能于一体的应用软件，提出了采用三维视景仿真软件作为夜视系统性能评估工具的新方法。该软件可以实现对微光夜视系统夜间成像的仿真和视距的评估。以三代微光夜视观瞄系统为试验对象，对其在不同夜间环境下进行了性能评估和野外测试。通过对结果的分析和比较，证实了该评估方法是实用的。     

星载光电成像系统探测能力分析与研究

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别,而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础,建立了系统极限探测距离的数学物理模型,分析了影响探测距离的因素,对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明:增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升;当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时,降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力,并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。     

物镜孔径、焦距及相对孔径对直视微光夜视系统探测能力的影响

一、前言为了弄清物镜孔径、焦距以及相对孔径对直视微光夜视系统探测能力的影响,不得不简要地叙述一下有关的基本原理。在微光下,通过直视微光夜视系统进行观察,其探测能力由夜天光—景物—象增强器系统—人眼这样一个视觉链决定。每一个环节都影响着最终的探测能力。人眼是这个链的终端接收器,整个视觉链的探测能力取决于在何种程度上满足人眼的需要。在这个     

微光像增强器信噪比理论极限问题研究

信噪比是微光像增强器的重要参数之一,其值的高低决定着微光成像系统在低照度条件下的探测距离和图像清晰度。根据线性系统信噪比链理论, 借助系统噪声因子关系式,分析了微光像增强器的理论极限信噪比(S/N)_limit。在系统各级不附加任何噪声（即N_F=1）,或仅受输入光子及光电子数涨落噪声限制的理想条件下,给出像管不同量子效率（η）之最大信噪比(S/N)_limit的表达式;在η=1的极限情况下,求得该像管的理论极限信噪比(S/N)_limit≤64。     

三代微光像增强器信噪比测量技术研究

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置,测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统,实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术,通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法,解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。     

时域递归滤波对微光成像视距影响的研究

 针对微光成像中噪声较大及视距较短的问题,提出了一种自适应时域递归滤波算法。该算法通过自动调节时域递归的滤波系数来提高信噪比和延伸视距。实验显示当滤波系数分别为0.50、0.75和0.875时,视距分别能延伸至原始的1.73倍、2.64倍和3.87倍,所得到的视距延伸与理论值基本保持一致。实验结果表明该算法在保持图像运动部分清晰的同时,还能有效地消除噪声并延伸微光成像系统的视距。     

人体目标光谱特性对微光像增强器视距的影响

为研究不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响,以夜天空辐射光谱特性和常见衣服的光谱反射系数为基础,建立了人体目标的反射光谱分布方程,分析了人体目标穿着不同材质和颜色衣服时的反射光谱特性,并从微光像增强器视距实际探测方程出发,讨论了微光像增强器对不同人体目标的探测能力。发现不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响主要体现在平均反射率和目标背景初始对比度C₀方面,棉质衣服的反射系数和光谱反射强度比涤纶衣服高,微光像增强器对穿着棉质衣服的人体目标的探测能力更强。微光像增强器对穿着同样颜色棉质衣服的人体目标的视距比穿着涤纶衣服远,对穿着浅色衣服的人体目标的视距比穿着深色衣服远,在满月情况下像增强器对衣服的材质更敏感。     

基于人眼视觉的直视型微光成像系统MRC模型

首次将最小可分辨对比度(MRC)的概念引入到了直视型微光成像系统。在人眼视觉的基础上,从信号检测的角度出发,推导出了直视型微光成像系统的MRC模型。该模型综合考虑了空间因素和时间因素对成像系统的影响,给出了系统在不同目标照度、不同对比度情况下探测图像时的极限灵敏阈。模拟结果表明,由此得到的直视型微光成像系统的极限分辨率与实际系统给出的分辨率基本一致,是一种能更全面地评价微光成像系统性能的模型。     

基于同心多尺度成像的机载光电系统探测能力分析

同心多尺度成像技术为突破传统光学成像中分辨率与视场之间的矛盾提供了一条有效的途径。将同心多尺度成像模式应用于机载光电探测系统,实现机载广域宽视场高分辨目标探测。综合分析了目标辐射空间分布、目标辐射传输和光学系统成像等特性,建立了表征同心多尺度成像系统的探测能力理论模型,得到了系统探测能力与组成单元透镜的口径、焦距、间距等参数之间的变化关系。并用光学设计软件Zemax设计了实际光学系统,数值模拟了空中来袭运动目标的光谱信号信噪比(SNR)响应特征。结果表明合理增加同心多尺度成像系统中的物镜焦距、减小目镜焦距、增大系统口径和降低探测信噪比阈值等能够有效提高成像系统的探测能力。