光电子技术学-红外成像系统的综合特性课件.pptVIP

光电子技术学-红外成像系统的综合特性课件.ppt

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* 光电子技术学课件之十七: ——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。 对比降低的程度和位相移动的大小是空间频率的函数,被称为红外成像系统的对比(调制)传递函数(MTF)和位相传递函数(PTF)。 这个函数的具体形式则完全由红外成像系统的成像性能所决定,因此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。 目标经系统成像后一般都是能量减少,对比降低和信息衰减。 通常所谓的分辩率,是将物体结构分解为线或点,这只是分解物体方法的一种。 另一种方法是将物体结构分解为各种频率的谱,即认为物体是由各种不同的空间频率组合而成的。这样红外成像系统的特性就表现为它对各种物体结构频率的反应:透过特性、对比变化和位相推移。 空间频率定义为周期量在单位空间上变化的周期数。 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 (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: 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)。 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 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,继而求得信号电压的变化量及信噪比,由定义可得到NETD的表达式。 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。 *

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