《光电子成像技术》-1

1.1光电子成像技术的意义和作用本章将从顶层设计理念上，介绍光电子成像技术的意义和作用，探讨光电子成像技术基本科学问题和总结本书的编著思路和技术特点。下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用1.1.1神奇的人眼视觉及其局限性大家知道，人眼是一种结构非常灵巧、功能非常齐全的成像系统，它与人脑视神经系统相结合，能分清外界场景的五光十色，能用其体视感判断目标的远近、大小、细节及灰度层次，能用其暗适应和亮适应能力自动调节输人照度的强弱。正是这种独特的“视觉”分辨能力使人类从生下来开始，与其他感觉器启’(耳—声觉、鼻—嗅觉、舌—味觉、身—触觉)一起，去逐渐认识世界，增长知识，服务社会。在这种主客观信息交流互动的过程中，人类通过裸眼(不佩戴其光学、光电成像器材)所获得的视觉信息，占上述所有感觉信息的80%以上。但是，人眼视觉却天生具有以下四大局限性:上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用(1)光谱响应范围有限:只能分辨可见光(红橙黄绿青蓝紫,0.38-0.76μm);(2)时间响应速度有限:只能分辨静止或运动速度很慢的目标，时间分辨率几十毫秒级;(3)照度动态范围有限:只能在自天有正常的视力，照度范围10-105lx;CPU空间分辨能力有限:正常照度下，正常视觉角分辨能力≥1(弧度分)，对再远或细节再小的目标就无能为力了。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用1.1.2

光电子成像系统的物理功能及技术特点为了满足人类不断增长的物质文明和精神文明建设的需要，人们发明了各种各样的光学和光电子成像系统，用来弥补人眼的上述固有缺陷，提高其空间分辨能力和时间分辨能力，拓宽其光谱响应范围和照度动态范围。这些光学及光电仪器包括:光学成像仪器:显微镜、望远镜和照相机及各类光电子成像系统;光谱分析仪器:棱镜/光栅光谱仪器，傅里叶变换光谱仪等;光学计量仪器:长度、角度、平直度、表面粗糙度、光学、光度、光谱计量设备;光学测试仪器:测量显微镜、工具显微镜、侧角仪、经纬仪、象限仪、水准仪等。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用本书只涉及光电子成像系统。所谓光电子学(photoelectronics)，是专门研究目标信息载体—光子、光电子或电子/空穴对之间相互转换、增强、处理、发送、接收和显不等物理过程的一门学科，而现代光电子成像(PEI)技术是光电子学的重要组成部分，它通过一些特殊设计制造的高灵敏度、宽光谱、快响应、大动态范围的光电子成像器件及系统，弥补或克服上述人眼在空间、时间、灵敏度和响应波段等方面存在的视觉局限性，上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用把人们天生不能看见或不易看见的微弱光、红外光、紫外光、X光、丫光及其他电磁辐射下之静态的和动态的景物，变为可见光图像，从而成为人类当今获取80%以上外界信息的重要高新技术手段，在观察、瞄准、测距、跟踪、制导、告警，以及航天遥感、高速摄影、弱光探测、医疗诊断和生物研究等军民两用领域，得到愈来愈广泛的应用，为人类精神文明和物质文明的进步，提供了强有力的技术支撑。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用光电子成像系统若按其光谱响应波段划分，可分类为丫线成像系统、X线成像系统、紫外线成像系统,可见光成像系统、微光成像系统、红外线成像系统和微波成像系统等;若按其使用目的划分可分类为观察系统、瞄准系统、测距系统、跟踪系统、制导系统、告警系统和诊断系统等。它们作为各类装备的“眼睛”，担负着对目标图像信息的捕捉、转化、处理、显示、识别和分析等功能，在军事上完成提前发现敌人和歼灭敌人的任务;上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用在民用上，完成工业测控、农业预报、科研分析、公安侦破、医学诊断等光电子视觉任务。为了很好地完成这些任务，光电子成像技术作为一个整体，应具备如图1-1所示的宽光谱响应(从Y线、X线、紫外线,Al一见光、红外线和微波线等)、大动态范围昼夜兼容(10-5一105lx)、快响应速度(ms-μs-ns-ps-fs)，超远距离传输(视频记录和通信)，以及满意的可靠性、体积、质量、价格等技术特点。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用1.1.3光电子成像系统构成、工作原理及工作模式如图1-2所示，光电子成像(PEI)系统通常由被观察的目标(景物、现象)、传输介质(例如大气、水雾、沙尘)、光学成像物镜、光电子成像器件、电源及电子处理单元、末端显不器或伺服机构等部分组成。其成像的物理过程是:上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用被观察景物的辐射或反射图像信息，通过一定传输介质的衰减后，由PEI系统光学物镜聚焦成像到光电子成像PEI器件的光敏面上，借助PEI器件特有的光电转换、倍增、处理和显不等功能Al一以把人眼不可见或不易见的微弱光、红外光、紫外光、X光、r光及其他电磁辐射下之静态和动态景物，变为可见光图像。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用光电子成像系统有三种工作模式:直视工作模式、电视工作模式和可视化重构工作模式。直视工作模式:指PEI器件输出的图像通过目镜或放大镜，直接提供人眼观察，例如各种观察镜、瞄准镜、夜视眼镜等;此类系统结构简单，携带方便，应用广泛。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用电视工作模式:指PEI器件的输出图像通过光学的、光纤的或其他手段，传递给电视摄像器件(如CCD)上，并转换为监视器上显不的可见光图像，供人们观察和分析;或者PFI器件本身就是视频器件(如CCD,CMOS-CCD或数码相机)，它们直接提供视频图像。这种PEI系统的数字视频工作模式非常有利于景物图像的优化处理、压缩存储和远距离传送，是通过卫星实现数字化、网络化远程教学、远程医疗、远程观赏的有效技术手段。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用电脑可视化重构工作模式:指的是它不直接从PEI器件的输出端取得图像信号，而是根据大量已知的及测得的数据矩阵，或作者的经验及灵感，按照被考察物理量与再现图像细节一灰度一色彩一投影等参数相关的数理模型，通过电脑重构出来的一幅幅三维图像。例如，医用X线CT图像、核磁共振图像和虚拟世界三维场景图像等。这种技术不仅可广泛应用于模拟仿真、军事演练、游戏娱乐中，而且特别在医用PEI系统中，例如，显示人体内器官辐射吸收特性的三维分布，以及显不其分子的或原子的核磁共振特性三维分布，从而为人类疾病的旱期发现和生命科学的不断进步提供佐证和技术支持。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用1.1.4光电子成像器件和显示器件一般原理光电子成像器件是光电子成像系统的核心部件，它是系统完成特定目标探测、识别和辨认任务的基础和关键，也是系统其他部分(例如光学透镜单元、电子学图像处理单元等)研究设计的出发点。本书用第三章、第四章和第五章分别阐述了固体光电子成像器件技术、真空光电子成像器件技术和图像显不技术。概括起来，它们完成光电转换、倍增、处理和显不功能的工作机理分别是:上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用固体光电子成像器件:其结构形式是单元探测器、线阵列探测器或面阵列探测器;工作原理基于半导体内光电效应，即光生伏特或光电导效应，工作时，它能把输人到其光敏面上的景物辐射图像转换为各像索上与输人光子数成比例的光生电荷(光电压、光电导)信号，然后在内外驱动信号的控制下，按照一定的电视制式，逐帧逐行扫描，输出为视频信号，上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用提供末端显示器显不观察或处理为跟踪、制导等用途的景物位置信息，或同时通过天线发射视频载波无线电信号，提供远程观察、分析和引用。属于这一类的器件有中波(3-5μm)、长波(8-12μm)红外探测器、数码相机中的CCD，近期发展异常迅速的CMOS-CCD(光敏阵列、驱动电路、A/D电路集成在一个芯片上)，以及带有雪崩电子内倍增机构的EMCCD(微光CCD)等。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用真空光电子成像器件:结构形式多为超高真空像增强器模式，内含光阴极、微通道板(MCP)、荧光屏、电子光学透镜和集成高压电源等。工作原理基于半导体外光电效应，即利用不同光谱响应光阴极的外光电效应，把输人到其光敏面上的景物辐射或反射图像，转换为各像索上与输人光子数成比例的真空光电子图像，进而经电子光学透镜聚焦获得能量，轰击微通道板电子倍增(ϕ25内有近百万根微通道的电子倍增器—MCP)和末端荧光屏的电光转换，上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用得到104倍亮度增强的可见光图像，提供人眼直视观察，或耦合到CCD上供电视观察。属于此类器件的有各代微光像增强器、X光像增强器、紫外像增强器、近红外像增强器、高速摄影条纹像管等;微光视频器件包括ICCD(像增强CCD),EBCCD(电子轰击CCD),高帧频、低噪声微光图像光子计数器等。上一页下一页返回1.1光电子成像技术的意义和作用图像显示器件:包括电致发光荧光屏(CRT)、分子取向受图像信号调制的液晶显示器(LCD)、等离子放电发光受图像信号调制的等离子体显示器(PDP)、半导体发光二极管阵列显示器(LED)和有机半导体发光二极管阵列显示器(OLED)，以及作为光谱“上转换”的X线荧光转换屏和丫线荧光转换屏等，后两者为医用诊断和深空短波辐射探测系统提供可见光图像。此外，还有激光束受图像信号声光调制的计算机扫描仪和激光打印机，以及大型投影显不器件和系统等。上一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨人们耳熟能详的“成像”二字，来源于照相机拍的照片、书报杂志印刷的图形图像、美术家的雕刻和绘画、摄影/摄像机拍摄的电影电视动态场景画面，以及用于军事上的被打击目标的图像细节等。对它们的评价分三个层次:精神层次评价、艺术层次评价和物理层次评价，即在精神上追求“戏如人生，人生如戏”;在艺术上追求“画如江山，江山如画;在物理上追求“形态相像，像自形态”。下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨前两个层次自然分别追求以图像为媒体的文艺作品，能够给人以精神上的启迪、教育和享受;艺术形式应该以返普璞归真，景色宜人，角色鲜明，喜闻乐见为原则，其水平的高低自然留待资深的政治评论家和艺术评论家们子以考量。本书仅对光电子成像技术相关的物理层次评价问题子以讨论，即成像的本质是什么?成像的目的是什么?成像的物理效果如何评价?主要影响因索是什么?很显然，这些都是涉及成像过程物理基础的基本科学问题，也是其他两个层次评价方法的基础和前提。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨1.2.1

“成像”一词的来源作者对“成像(Image,Imaging)”一词的中、英文来源作了初步考证和推敲。我们中华民族的老祖先用象形文字“像”来表不一个事物与另一个事物形貌上相似，形态上相像。那么为什么不用豺狼虎豹或鸡鸭猪牛等动物来做这个“像”字的偏旁呢?可能的原因是豺狼虎豹生性凶残，难以为友，且出没无常，视觉影像极不深刻;鸡鸭猪牛形象特征不明显，且为人所食，属低等动物;而大象则不然，大象与人为友，力大无比，兽中之土，是人类最旱的交通工具之一，尤其是大象的形象特征特别明显，洁自的象牙、弯弯的鼻子、粗壮的四肢，多能的尾巴，连刚学会说话的孩童，只要大人教一次，他(她)就会在一大群动物中首先指出“大象!大象!”在哪里!上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨在远古时代，人类除了他们的眼睛以外，没有任何光学成像仪器可以利用，但他们能从清澈的河水中看到对岸小孩骑大象的图像时，发现河中的“像”与岸上的“物”何等相似，相像?!从而启发了他们对光反射定律的认识和对这个带“单立人”(有人介人)的象形文字“像”的发明。再说“成”字，《辞海》告诉我们，抓壮丁的“丁”字与卫戍部队的“戍”字，合并为“成”字;不言而喻，它意味着经过努力而获得的成果，如成长、成人、成家、成功等。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨在这里，“成像”二字自然代表了先人们按照他们的灵感进行涉及图像的文艺创作(雕刻、绘画)时，追求的是作品应首先在物理层次上与原物尽量“形相似，貌相像”，或所谓“形态相像，像自形态”;其次才是在艺术层次上如何突出“画如江山，江山如画”的艺术效果;以此二者为基础，才能达到作者原本想达到的“戏如人生，人生如戏”的精神层次效果。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨1.2.2现代光电子成像技术的数理含义在科学技术高度发达、蒸蒸日上的今天，成像的含义已远远超出了原来以手工临摹为主要创作手段的年代，它所面临的研究景象可以大至整个宁宙，小至一个原子核内部的结构;景象的辐射或反射光谱范围可以覆盖宁宙射线(α、β、γ射线),X线、紫外线,Al一见光线、红外线、微波线及其他辐射线;景象随时间的变化可以发生在毫秒(ms)一微妙(μs)一纳秒(ns)一皮秒(ps)一飞秒(fs)之间;景象的辐射(光)照度范围可以遍及10-10lx-106lx;上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨在医学和生命科学应用中所关心的景象，不仅是器官组织的形态，还有它们的功能，甚至细胞分裂、疾病产生瞬间的分子行为的动态图像;在军事对抗中，景象即可以被看成要打击目标的信息源，又可以是迷惑对方的干扰源……。它们几乎综合了以上宽光谱、大动态、快响应、全时空的诸多特点。所以，所谓“现代光电子成像技术”，应该定义为“能够充分利用现代光学、光电子、微电子和计算机技术，把人们感兴趣景象(目标)所在的时空特性分布(简称物方分布)，通过光电子技术手段，逼真地再现到用户监视平台上的时空特性分布(简称像方分布)的一种可视化技术”。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨如前所述，现代光电子成像技术有三种工作模式:直视模式、电视模式和电脑重构模式。无论哪种模式，人们追求的是如何尽可能逼真地把景物的“物方分布”再现为其“像方分布”，或者说“形相似，貌相像，质相近”。需要说明的是，上述定义中的“特性分布”指的是广义的景物特性，包括形态(几何特征)、灰度(光子数强度)、颜色(波长λ)、速度(变化快慢)、物理及化学特性(例如，生命组织的辐射吸收特性μ、原子核磁共振特性ρ,T1,T2)等;定义中的“可视化”一词主要指人眼视觉，也包括“机械视觉”，即机器人视觉，或武器跟踪/制导系统中能感知目标时空变化的伺服传感器视觉等。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨上述光电子成像过程可以抽象为以下数理问题:即设景物的物方特性分布f物及像方特性分布f像分别为两个多维函数，即上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨式中包括了时一空变量(x，y，z，t及x'，y'，z'，t'),辐射波长(λ及λ')、辐射偏振度(P及P')、(医学)组织吸收率(μ及μ')、质子密度(ρ及ρ')和质子自旋弛豫时间(T1,T1'及T2,T2')等。为简单计，我们只考虑图像光子数强度的时间一空间一波长分布，它们适用于大部分民用及军用图像工程的需要，即上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨对以上两式左右两端分别取微分，则有特别值得指出的是，式[1-3(a)]和式[1-3(b)]右端的各个偏微分表达式，分别表示出物方分布和像方分布沿特定坐标(维)方向上的变化率，在信息频谱论中叫“带宽”。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨例如，及分别叫作物(像)方沿空间x方向及时间t

方向上的变化速率，如果，x方向和t方向上的大小分别用mm和s来度量，则及就是以空间频率(1p/mm)和时间频率(c/s，或Hz)表示的空域带宽和时域带宽。其他自变量偏导数的物理概念，依此类推。用这种“带宽”的概念来描述物方和像方特性分布的实际意义在于:上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨(1)关于对物方特性分布的分析，在于了解我们要成像的景物对象具备了怎样的空间分布细节尺寸(正比于空间调制频率)、随时间变化的快慢(正比于时间调制频率)、颜色分布饱和度和色纯度如何?它们是光电子成像(PEI)系统研究设计的前提和分析评价的客观依据;(2)关于对像方特性分布的分析，在于对已经设计制造出来的光电子成像系统，在多大逼真程度上再现了所感兴趣景物的主要特征，是否达到了“形相似，貌相像，时相随”了。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨根据信息频谱理论可知，如果有一个十全十美的理想PEI系统，它在上述多维方向上均能以ξ脉冲响应函数(具有∞带宽)，对物方分布特性分布进行逐点采样，则上述像一物特性分布的函数关系变为在空域在时域在能谱域上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨式中:kx,ky,kz分别是x，y，z方向上的尺寸线性缩放系数，若kx=ky=kz=k，则景象分布被线性三维同比例缩放;kt,kλ分别是时域和能谱域的线性缩放系数。这就是说，对于理想PEI系统，像分布完全(100%)再现了物分布，只是根据实际需要，进行了适度的空域尺寸线性缩放时域长短线性缩放和能谱域的线性选取而已。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨为了说明这一理想成像过程，让我们分析一下一个高水平画家如何把一幅毛主席画像由画册上，画在一面宣传广告牌上的“成像”过程，见图1-3。这个画家具有非常锐敏的洞察力，他能一目了然，并记住原画的所有场景比例、细节尺寸、灰度层次、颜色搭配以及神态特征，然后，他左手拖着各色齐备(能谱带宽不限)、浓淡任选(灰度层次不限)的颜料盘，右手从各种应有尽有粗细不等的画笔(空间带宽…)中选取一个画笔，便能在一个已经画上方格子的广告牌上完成创作，展现了他超凡的绘画才能。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨在这一理想成像过程中，画家的“视觉”完成对景物特性的分析、分类和记忆，相当于完成对景物图像信息的采集、转换、处理工作，他的手在大脑的指令下，通过画笔和颜料，一点一点、一块一块，把“毛主席1921年在安源”的画像，100%逼真地再现到广告牌上。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨实际上，这种“理想”成像过程是不存在的，也是无法实现的。这是因为世界上的各类景物特性从总体上讲是无所不包的，但与具体成像任务相关联的感兴趣的具体景物，不可能是在空间带宽、时间带宽、能谱带宽、灰度带宽等特性上都是无限的;另一方面，一个具体的高水平PEI系统，并不是无所不能的，而是有所能，有所不能的;工程实践中，往往要钊对影响PEI系统性能的多个相互制约因索，进行必要的综合平衡和总体优化后，才能使其设计制造的PEI系统达到优异水平。下面将就为达此目的而涉及的一些光电子成像技术的基本科学问题，分别子以必要说明，具体的理论和方法，留待本书其他各章节及相关参考文献详细讨论。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨1.2.3现代光电子成像技术基本科学问题诊释图1-4是我们经过多年研制生产实践，总结出来的一套光电子成像器件和系统总体设计思路的网络图，它实际上就是用户方和研制方就某项PEI产品合同进行磋商的技术对话平台。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨从左到右，是用户根据他们的任务需要，确定PEI系统的作用距离或图像清晰度;这一指标又分成探测、识别和辨认三个档次，档次越高，所提指标越严;这些指标进一步具体化到PEI系统的“空间分辨能力”、“时间分辨能力”、“灰度分辨能力”和“能谱分辨能力”等，提交研制方深人研究，提升其对PEI系统能量传递、对比度(MTF)传递和信噪比(S/N)传递研制水平;上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨从右到左，研制方从“能量传递链”、“对比度传递链”和“信噪比传递链”这三个PEI技术基本科学问题人手，开展理论和实验研究，找准影响上述生个分辨能力的制约因索，制定切实可行的方案，研制并提交合格产品，与用户方一起，通过现(靶)场对PFI系统作用距离及图像清晰度等指标的进行考核验收。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨名词解释(1)系统视距:指系统完成既定观察瞄准任务的作用距离(m)，进一步可分为探测视距、识别视距和辨认视距三个级别。(2)图像清晰度:指所需要的最小可分辨目标特征面元的细节大小(mm)，其倒数即为系统的极限空间频率或带宽(1p/mm)。根据光学成像原理，目标愈远，它在像面上的细节尺寸愈小，愈难辨认。(3)探测、识别及辨认级别:能从视场中判断目标的有无，谓之“探测”(Detection);分辨目标的类别，谓之“识别(Recognition);认清目标的细节及属性，谓之“辨认”(Identification)。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨这三个视觉任务级别与上述“特征面元”尺寸的大小紧密相关联，级别愈高，要分辨的特征面元尺寸愈小，空间分辨力要求愈高。(4)空间分辨能力:系统对景物空间强度分布变化的分辨能力，或空间带宽，用每毫米上的线对数表示(1p/mm)。(5)时间分辨能力:系统对景物空间强度分布随时间变化的分辨能力，或时间带宽，用每秒(s)上的振荡次数，即时间频率表示(c/mm，或Hz)表示。PFI系统本身及其所观察的目标大部分都处于运动状态中，因此，系统的动态对比度时空传递特性(MTF)起着关键作用。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨(6)灰度分辨能力:系统对景物相邻面元间光子数强度差△I的分辨能力，用△I/I之百分比表示，它包含黑自及彩色(R,G,B)光子数对比度，是军用远程目标探测和医用组织识别的基本信息源。(7)能谱分辨能力:又名颜色分辨能力，指系统能分辨的最小能(光)谱间隔，用对单色输人光谱响应分布的半高宽与其波长(频率)之比来表示。在遥感多光谱或高光谱探测等应用中，颜色意味着不同的作物及其不同的生长期，为全球经济态势评估及预测提供真实数据。工业及科学研究中，分析物质成分需要探明受激光激发后的荧光光谱来计算和测绘不同原子、不同分子及其键价结构等。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨2.PEI系统对比度(MTF)传递链相关科学问题如上所述，PEI系统必须具备足够好的空间分辨能力和时间分辨能力，它们的度量单位分别是1p/mm和c/s(或Hz)，其倒数即为最小可分辨细节间距(mm)和最小可分辨时间间隔(s)。这些指标是PEI系统研究设计的出发点和归宿。这里，“分辨”意味着对信号对比度或调制度(△I/I)的感知，“细节”意指可分辨的空间间距或时间间隔，能够把“分辨”和“细节”两个物理量联系起来的理论是空域及时域线性不变系统的傅里叶频谱理论，其振幅属性为调制传递函数(MTF)，它代表了系统对不同空间(或时间)频率(N)的输人信号调制度M(N)的衰减程度，且M(N)≤1;上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨通常取M(N)=0.03(有时为达到更高的正确判别概率，常取为-3db)的N值为系统的极限空间(时间)分辨率。关于PEI系统对比度(MTF)传递链研究应解决的科学问题及设计理论有:(1)PEI系统静态MTF传递链的数理表达式:按照傅里叶频谱理论，视PEI系统为多级线性级联系统，探讨系统输出MTF及分辨率与各环节子系统MTF及分辨率的关系，寻找瓶颈影响因索，指导PEI系统MTF及分辨率特性的改进提高。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨影响系统总体静态MTF的因索及环节包括:目标尺寸及空间频率特性、各类大气MTF传输特性、物镜衍射极限及MTF传输特性、PEI器件MTF传输特性、末端显示及视频器件MTF传输特性、电子控制及随动系统MTF传输特性等。(2)PEI系统动态MTF传递链的数理表达式:在以上PEI系统静态MTF理论的基础上，考虑目标及载体同时处于运动状态下的MTF及分辨率，及其与各环节子系统时间弛豫特性间的关系，寻找瓶颈影响因索，指导PEI系统动态MTF及分辨率特性的改进提高。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨影响系统动态MTF的因索及环节包括:目标尺寸、运动状态、运动速度、各类大气扰动MTF传输特性、PFI器件动态弛豫MTF传输特性、末端显示T及视频器件动态弛豫MTF传输特性、电子控制及随动系统动态弛豫MTF传输特性等。(3)PEI系统MTF链在观察、瞄准、测距、制导、告警、测绘等应用中的总体设计及效果评价。(4)稳像稳瞄条件下PEI系统MTF链对瞄准精度及武器精确打击精度之间关系的研究和预测。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨3.PEI系统能量传递链相关科学问题为满足宽光谱、大动态、全时空工作的需要，应在上述线性MTF传递链基础上，研究解决PEI系统在实战条件下从景物(目标)、大气、光学物镜、成像器件、电子学处理、末端显不及控制机构的信息传递效率问题，该效率的高低将大大影响系统的MTF及分辨率。关于PEI系统能量传递链研究应解决的科学问题及设计理论有:(1)PEI系统能量传递链的数理表达式:按照辐射能传播及光电转换理论，探讨PEI系统像面照度与景物(目标)、大气、光学物镜、成像器件、电子学处理、末端显不及伺服机构等环节光学、光电转换效率间的关系，寻找瓶颈影响因索，指导PEI系统能量传递特性的改进提高。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨影响系统能量传递效率的因索及环节包括:目标/背景辐射或反射光谱特性、大气吸收和散射光谱特性，物镜辐射能收集和衰减特性、成像器件光谱量子效率特性、光电转换灰度γ特性、电子增益特性、末端显不及视频器件时间响应特性、电子控制及随动系统能量传输特性等。(2)宽光谱、大动态、智能化相关的PEI器件/系统新理论、新技术:光敏面光谱拓宽技术、双色及多色传感器技术、超短波辐射转换成像技术、增益自动控制(ABC)及强光自动保护(BPC)门控电源技术、PEI器件数字化、网络化技术、图像处理技术以及高效光学薄膜技术等。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨4.PEI系统信噪比(S/N)传递链相关科学问题PEI系统内外部各种干扰和附加噪声将严重影响系统的最终图像质量，对低照度、远距离、小细节目标的成像任务的准确性，将构成严重影响，它们是进一步提高PEI系统总体性能的最终瓶颈因索。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨关于PEI系统信噪比(S/N)传递链研究应解决的科学问题和设计理论有:(1)PEI系统信噪比传递链的数理表达式:以噪声因子为特性参数，把系统输出信噪比与系统各环节的噪声因子及增益特性联系起来，寻找瓶颈影响因索，指导PEI系统信噪比及整体性能的改进提高。影响系统信噪比的因索及环节包括:低照度或小面元上的目标光子数统计涨落特性、大气扰动引起的光子数统计涨落特性、物镜系统杂光抑制、成像器件光电转换及倍增过程中的暗背景及附加噪声特性、电子电路、图像处理及随动系统的噪声特性等。上一页下一页返回1.2光电子成像技术基本科学问题探讨(2)综合考虑MTF、能量和S/N传递链后，PEI系统的视觉探测方程及其实验验证。(3)综合考虑MTF、能量和S/N传递链后，PEI系统动态瞄准精度与武器精确打击精度之间关系的研究和预测。(4)PEI系统综合特性计算机模拟仿真和测试评价研究。上一页返回1.3本书的编著思路和技术特点(1)本书是完全按照国家工业和信息化部[2007]191文“关于‘十一五’规划教材、专著、院士文库和职业教育教材立项的通知”的精神，经过中请、评审、网上公不后，批准立项撰写的一部具有国防特色的专著，它是编著者在学习、参考前人成果的基础上，经过数十年从事光电子成像技术研究、生产、硕士/博士研究生培养、理论研究和工程实践中，抛砖引玉，总结成书的，以求能满足我们团队和感兴趣的同行们温故知新、不断创新发展的需要。下一页返回1.3本书的编著思路和技术特点(2)本书论及的成像技术覆盖面很宽。主要内容涉及从军用到民用、从器件到系统、从短波到长波、从静态到动态、从低照度到高照度等各类光电子成像器件和系