光电成像原理与技术考试要点

光电成像原理与技术考试要点

第一章：

1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。

答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间

的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题

[2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。

对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的

图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。

目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。

2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？

答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示

[2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以

捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来

3. 光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？

答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像.

4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。

答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。

5. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？

答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长

6. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？

答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f 噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声

第二章:

1. 人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？

答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3 min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45 min,充分暗适应则需要一个多小时。

2. 何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？

答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。

3. 试述人眼的分辨力的定义及其特点。

答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。

[2]特点：眼睛的分辨力与很多因素有关,从内因分析,与眼睛的构造有关(此处不再讨论)。从外因分析,主要是决定于目标的亮度与对比度,但眼睛会随外界条件的不同,自动进行适应,因而可得到不同的极限分辨角。当背景亮度降低或对比度减小时,人眼的分辨力显著地降低。于中央凹处人眼的分辨力最高,故人眼在观察物体时,总是在不断地运动以促使各个被观察的物体依次地落在中央凹处,使被观察物体看得最清楚。

4. 简述下列定义：(1)图像信噪比(2)图像对比度(3)图像探测方程

答:[1]图像信噪比:图像信号与噪声之比[2]图像对比度:指的是一幅图像中明暗区

域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小。

[3]当关系式成立时，表明图像可探测到，反之将不能探测。

5.目标搜索的约翰逊准则把探测水平分为几个等级？各是怎么定义的？

答：分为四个等级分别为：[1]探测（发现）：在视场中发现一个目标[2]定向：可大致区分目标是否对称及方位[3]识别：可将目标分类[4]辨别：可区分出目标型号及其他特征

6.人眼的凝视时间和瞥见时间

答：搜索时，人眼注视一点后迅速地移到另一点进行注视，这一过程称为扫视，固定的注视称为凝视，被凝视的点称为凝视中心，凝视时间称瞥见时间。根据实验，通常人眼大约以每秒三点间断地移动，瞥见时间约为1/3 s。

第三章：

1. 波长为0.7μm的1W辐射能量约为多少光子/秒?

答：

2. 通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段？如：红外，可见光波长是什么？

答：

3. 试述辐射度量与光度量的联系和区别。

答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射度学：是建立在物理测量的基础上

的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等

必须采用辐射度学）。光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只

适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。

4. 根据物体的辐射发射率可将物体分为哪几种类型？

答：通常,依发射率与波长的关系,将地物分为三种类型。

[1]黑体或绝对黑体,其发射率ε=1,即黑体发射率对所有波长都是一个常数,并且等于1.[2]灰体,其发射率ε=常数＜1（因吸收率α＜1）。即灰体的发射率始终小于1,ε不随波长变化[3]选择性辐射体,其发射率随波长而变化,而且ε＜1（因吸收率α也随波长而变化并且α＜1）。

9.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。

答：[1]普朗克辐射定律：普朗克定律描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体辐射理论的基础[2]斯蒂芬一

玻尔兹曼定律：表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T 的四次方成正比[3]维恩位移

定律：单色辐射出射度最大值对应的波长m l

[4]斯蒂芬-玻尔兹曼定律:表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关

12. 星的等级是如何定义的？8 等星的照度为多少？

答:[1] （1）星的亮度用星等衡量，以在地球大气层外所接收的星光辐射产生的照度来衡得。

（2）规定星等相差五等照度比为100 倍，即相邻两等星得照度比为2.512 倍。

（3）规定零等星的照度为2.65X10-4lx ，比零等星亮的星等为负。

[2] 8 等星的吧照度为-----------------------------------

13. 黑体是什么，维恩位移公式，黑体辐射的计算

答：[1]黑体模型的原理如下：取工程材料（它的吸收率必然小于黑体的吸收率）制造一个球壳形的空腔，使空腔壁面保持均匀的温度，并在空腔上开一个小孔。射入小孔的辐射在空腔内要经过多次的吸收和反射，而每经历一次吸收，辐射能就按照内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为所投入的辐射完全在空腔内部被吸收。