鬼像及冷发射计算

鬼像及冷发射分析,小组成员：张淼 赵鹏鹏 郑旭 崔铮 何文家,Company Logo,,主要内容,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,冷发射（Narcissus effect）现象是热成像系统所特有的一种图像异态，在红外成像系统中，该现象指的是被制冷的探测器从透镜组光学表面的反射中看到自己，探测器自身作为目标，经光学系统反射而成反射像的现象。这种现象一旦产生，影像中心在呈现被摄物体像的同时还呈现探测器的影像。通常表现为图像中心的一个黑点。即便采用凝视型焦平面阵列探测器，也会产生冷反射现象，但凝视型系统中的冷反射现象是固定不变的，可以通过非均匀校正来消除，但会减少系统的动态范围。配置扫描机构的红外光学系统，冷发射现象较为显著。,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,冷发射的定量分析通常采用经验公式粗略估算一个特定表面的冷反射贡献：式中: 为由冷反射引起的图像中的表观温度变化； 为环境与探测器之间的温差； 为表面的反射率； 为冷反射点直径； 为正常像点直径。,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,冷发射的定量分析假定环境温度300k，探测器温度77k，R=0.015， ，则可得 虽然数值很小，但现在的红外系统的MRTD（最小可分辨温差）已达0.02K，冷反射在图像中产生一个明显的温差，超过了系统的最小可分辨温差，因此在图像上清晰可见。 从公式可以看出，冷反射贡献的量级与温差和反射呈线性变化的关系，但与反射点和成像点的直径呈平方变化关系。表明冷反射大小与点的面积以及探测器平面上反射路径的散焦也有关系。需要指出的是，如果反射光路中具有明显的渐晕效应并且模糊了反射点与成像点的直径比，那么就不会有明显的冷反射现象。,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,CODE V中冷反射的分析方法 在光学设计软件CODE V中，Narcissus的分析是针对扫描型光学系统进行的，分为近轴光线分析和真实光线分析。没有专门针对凝视型红外光学系统冷反射现象的分析方法。 默认的情况是近轴光线分析，它只是计算冷反射的轴线方向的强度。它的计算速度快，但是计算精度不高。可以粗略的估计各光学表面对Narcissus效应的贡献。 光学设计软件CODEV中近轴光线Narcissus的分析方法同样适用于凝视型红外光学系统。,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,鬼像（Ghost image）:对于成像光学系统，杂散光会增加像面上的噪声，特别是在像面附近出现的杂散光汇聚点会对成像产生严重影响，这些汇聚点叫做鬼像。杂散光是光学系统中非正常传输光的总称，产生于漏光、透射光学表面的残余反射和镜头内壁等非光学表面的残余反射，以及由于表面质量问题产生的杂散光，而红外光学系统还有因系统自身热辐射产生的杂散光。,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,鬼像对传函的影响若鬼像离像面稍远，在像面上形成大的弥散斑 增加了像面的背景照度，降低了像面对比度， 因而引起传函的下降一对面的鬼像引起的下降后的MTF系统的鬼像引起的下降后的MTFR-光瞳比（通常为1，异常系统不为1） R1、R2-第一个和第二个面的反射率， -平均反射率， n-面的总数,Company Logo,,冷发射与鬼像简介,CODE V中鬼像的分析方法 在光学设计软件CODE V中， Ghost image分析是针对二阶鬼像的近轴分析。 Ghost Image Analysis近轴近似法使用近轴近似公式并认为物面上一点的鬼像光束被真实像面所截，其光束截面上的照度是均匀的。其特点是简单， 计算量小， 但不够精确， 只能用于定性分析。 计算鬼像的目的，是要找到可能对像质造成明显影响的一个或几个面对，并设法降低鬼像影响。判断鬼像影响大小的依据就是鬼像聚焦点离像面 (或所关心面)的距离，以及在像面上的聚集程度，即弥散斑的大小。,Company Logo,,实验结果及分析,我们给出了对于一个波长范围是3.7到4.8微米、F数是2、焦距是100毫米、视场是6度的红外成像光学系统作为分析实例。,请看例子,Company Logo,,实验结果及分析,光学系统图,Company Logo,,实验结果及分析,近轴光线冷反射分析：环境温度、镜筒温度均为20度、探测器温度77K，透射表面反射率0.01,Company Logo,,实验结果及分析,YNI是近轴光线在反射面的入射高度， N为反射面的折射率，I为边缘光线在反射面的入射角度。降低冷反射，就是要提高冷光线在各个折射面上YNI的值, 使得冷光线返回探测器时产生离焦, 被冷光阑和其它孔径遮拦。在光学设计优化时, 可以通过控制系统各个折射面YNI的绝对值来抑制系统的冷反射。 I/IBAR表示进轴边缘光线的入射角和主光线的入射角的比值。即i角与ip角之比。 在系统优化时，可对冷反射进行控制，唯一的控制对象是YNI。设置方法是在冷反射控制对话框中，将控制模式设置为下限，将控制对象设置为1（大于1的数）。即YNI1。YNI大于1说明冷反射的像远离探测器，YNI越大越好。,Company Logo,,实验结果及分析,光学系统鬼像近轴分析,Company Logo,,实验结果及分析,光学系统鬼像近轴分析,REFL1:第一个反射面序号; REFL2:第二个反射面序号DBFL(Delta Back Focal Length)：像平面和鬼像像平面的距离，该值体现了一对光学面产生的二次成像远离焦面的多少。如果DBFL接近0，那么二次成像就在焦面近旁（鬼像面在像面前面为负）EFL（Effective Focal Length）：考虑反射后系统的焦距MAGNIFICATION：放大率，反射后的系统焦距与无反射时的焦距之比,Company Logo,,实验结果及分析,DISC(the semi-diameter of the reflected beam)：反射光束在初级像面上的半径值，该值越小，表明鬼像越接近像平面。通常情况下，只有当DBFL值很小时，DISC才会很小（正负取决于鬼像像方孔径角的正负）PUPIL RATIO：光瞳比，反射光线在光阑面上的投射高度与光阑半高的比值。准近轴边缘光线通过光阑的次数为1或3，取决于光阑是在两个反射面之间或之外。如果准近轴光线通过光阑面的高度大于光阑直径，那么比率就大于1，相应，光线不能穿过光阑，该对反射面产生的鬼像能量就减小,光学系统鬼像近轴分析,Company Logo,,实验结果及分析,对冷反射现象进行优化,Company Logo,,实验结果及分析,冷反射优化结果,Company Logo,,实验结果及分析,利用宏命令对冷反射进行进一步优化AUT ! EFL=100！约束焦距YNI S81 ! 约束第8反射面YNI1YNI S31 ! 约束第3反射面YNI1GO !,对冷反射进行进一步优化,Company Logo,,实验结果及分析,冷反射进行进一步优化结果,Company Logo,,实验结果及分析,利用宏命令对鬼像进行优化AUT ! EFL=100！约束焦距ghost= =ghost(4,1,12,1) ！获得4-1 面的鬼像大小 ghost15！约束DBFL大于15GO !,对鬼像进行优化,Company Logo,,实验结果及分析,利用宏命令对鬼像进行优化AUT ! EFL=100！约束焦距ghost= =ghost(11,6,12,1) ！获得11-6 面的鬼像大小 ghost15！约束DBFL大于15GO !,对鬼像进行优化,Company Logo,,实验结果及分析,鬼像优化结果,Company Logo,www.themegaller