1、光學成像系統與光電成像系統的成像過程各有什么特點？

兩者都有光學元件并且其目的都是成像，而區別是光電成像系統中多了光電轉換器。

2、在光電成像系統性能評價方面通常從哪幾方面考慮？

靈敏度的限制，夜間無照明時人的視覺能力很差；分辨力的限制，沒有足夠的視角和對比度就難以辨認；時間上的限制，變化過去的影像無法存留在視覺上；空間上的限制，隔開的空間人眼將無法觀察；光譜上的限制，人眼只對電磁波譜中很窄的可見光區感興趣。

3、怎樣評價光電成像系統的光學性能？

利用分辨力和光學傳遞函數來判斷。分辨力是以人眼作為接收器所判定的極限分辨力。通常用光電成像系統在一定距離內能夠分辨的等寬黑白條紋來表示。光學傳遞函數：輸出圖像頻譜與輸入圖像頻譜之比的函數。對于具有線性及時間、空間不變性成像條件的光電成像過程，完全可以用光學傳遞函數來定量描述其成像特性。

4、影響光電成像系統分辨景物細節的主要因素有哪些？

景物細節的輻射亮度（或單位面積的輻射強度）；景物細節對光電成像系統接受孔徑的張角；景物細節與背景之間的輻射對比度。

5、像管的成像包括哪些物理過程？其相應的理論或實驗依據是什么？

（1）像管的成像過程包括3個過程

A、將接收的微弱的可見光圖像或不可見的輻射圖像轉換成電子圖像（外廣電效應、斯托列夫定律和愛因斯坦定律）

B、使電子圖像聚焦成像并獲得能量增強或數量倍增（利用的是電子在靜電場或電磁復合場中運動規律來獲得能量增強；或者利用微通道板中二次電子發射來增加電子流密度來進行圖像增強）

C、將獲得增強后的電子圖像轉換成可見的光學圖像（利用的是熒光屏上的發光材料可以將光電子動能轉換成光能來顯示光學圖像）

6、什么樣的透鏡叫短透鏡？

把對電子起有效作用的場——透鏡的作用區間限于一個有限的空間范圍內，稱此空間位透鏡空間，在此空間內，電子軌跡在場的作用下是連續變化的，而物與像則位于透鏡場外，透鏡場外的空間位等位空間。這種做了理想化的電子透鏡稱為短透鏡（或薄透鏡）。

7、成像物鏡主要分為哪幾種類型，各種類型的典型形式是怎樣的？

光電成像系統用物鏡系統分為三類：折射系統、反射系統和折反射系統。

（1）光電成像系統中常用折射物鏡有雙高斯型和匹茲伐型。雙高斯結構是微光成像系統中大相對孔徑的基本型，由于這種結構較容易在較寬光譜范圍內修正像差，屬于基本對稱型結構，使軸外像差能自動抵消。在儀器視場不大的情況下，可用匹茲伐型物鏡，其基本結構是兩個正光焦度的雙膠透鏡，結構簡單，球差和慧差校正較好，但視場加大時場曲嚴重。

（2）反射物鏡分為單反射鏡和雙反射鏡。最常見的是雙反射鏡。單反射鏡分為球面鏡喝非球面鏡（拋物面、橢球面和雙曲面鏡）系統。球面反射鏡和拋物面反射鏡可單獨使用，橢球面和雙曲面反射鏡由于其光學焦點和幾何焦點不重合，慧差大，像質欠佳，通常和其他反射鏡組合成雙反射鏡系統。

（3）把反射鏡的主鏡和次鏡都采用球面鏡，而用加入補償透鏡的方法校正球面鏡的球差，構成折反射物鏡系統。折反射物鏡可實現大口徑長焦距，常用的折反射物鏡有施密特系統、曼金折反射鏡、包沃斯-馬克蘇托夫系統以及包沃斯-卡塞格倫系統。

8、為什么要對像增強器進行強光保護，如何實現強光保護。

因為若觀察場景中一直存在強光源，則像管熒光屏會出現局部飽和，影響像管壽命，甚至造成像管不可逆的損壞。傳統的防護方法有分壓法和散焦法，但對觀察有不利影響。自動快門電路根據像管光電源大小對像管實施自動間斷供電，可以防強光。

9、攝像管的工作原理？

電視攝像是將兩維空間分布的光學圖像轉換為一維時間變化的視頻信號的過程，完成這一過程的器件稱為攝像管。

工作原理：

A、攝像管光敏元件接受輸入圖像的副照度進行光電轉換，將兩維空間分布的光強轉變為兩維分布的電荷量。

B、攝像管電荷存儲元件在一幀周期內連續積累光敏元件產生的電荷，并保持電荷量的空間分布，這一存儲電荷的元件稱之為靶。

C、攝像管電子槍產生空間兩維掃描的電子束，在一幀周期內完成全靶面的掃描，逐點掃描的電子束到達靶面的電荷量與靶面存儲的電荷量相關，受靶面存儲的電荷量的調制，在輸出電路上產生與被掃描點輻照射強度成比例的信號，即視頻信號。

10、攝像管的結構由幾部分組成，各部分的作用是什么？

主要由光電變換與存儲部分和信號閱讀部分兩大部分組成。

A、光電變換與存儲部分：將光學圖像變成電荷圖像，并在整個幀周期內在靶上連續地對圖像上的任一像元積累電荷信號。

B、信號閱讀部分：從靶面上取出信號。

11、CMOS器件與CCD器件在工作原理上的異同，各有什么優缺點？

CMOS圖像傳感器的光電轉換原理與CCD基本相同，其光敏單元受到光照后產生光生電子。而信號的讀出方法卻與CCD不同，每個CMOS源像素傳感單元都有自己的緩沖放大器，而且可以被單獨選址和讀出，工作時僅需工作電壓信號，而CCD讀取信號需要多路外部驅動。

優缺點比較：CMOS與CCD圖像傳感器相比，具有功耗低、攝像系統尺寸小，可將圖像處理電路與MOS圖像傳感器集成在一個芯片上等優點，但其圖像質量（特別是低亮度環境下）與系統靈活性與CCD的相比相對較低。

CCD靈敏度較CMOS高30%～50%，靈敏度代表傳感器的光敏單元收集光子產生電荷信號的能力。電子-電壓轉換率表示每個信號電子轉換為電壓信號的大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互補放大器結構，其電壓轉換率略優于CCD。動態范圍表示器件的飽和信號電壓與最低信號閾值電壓的比值，在可比較的環境下，CCD的動態范圍約比CMOS的高兩倍。CMOS圖像傳感器的響應均勻性較CCD有較大的差距。標準CMOS具有較高的暗電流（1nA/cm2，最低100pA/cm2），而精心制作的CCD的暗電流密度為2～10pA/cm2。由于大部分相機電路可與COMS在同一芯片上制作，信號及驅動傳輸距離縮短，電感、電容及寄生延尺降低，信號讀出采用X-Y尋址方式，CMOS工作速度優于CCD。

12、夜視成像系統對物鏡的基本要求是什么？

①大的同光口徑和相對孔徑。

②小的漸暈。

③寬光譜范圍的色差校正。

④物鏡有好的調制傳遞特性。

⑤最大限度的消除雜散光，雜散光對低信噪比的光電成像的影響比較明顯，減小物鏡的雜散光可減小像質的變壞。

⑥在紅外光學系統中，必須同時可慮聚光系統和掃描系統。

⑦盡可能減小被動紅外系統中冷反射所產生的圖像缺陷。

13、根據物體的輻射發射率可見物體分為哪幾種類型？

根據輻射發射率的不同一般將輻射體分為三類：黑體，=1；灰體，<1,與波長無關；選擇體，<1且隨波長和溫度而變化。

14、黑體輻射的幾個定律。

普朗克公式：普朗克公式描述了黑體輻射的光譜分布規律，是黑體理論的基礎。

斯蒂芬-波爾滋蔓公式：表明黑體在單位面積上單位時間內輻射的總能量與黑體溫度T的四次方成正比。

維恩位移定律：他表示當黑體的溫度升高時，其光譜輻射的峰值波長向短波方向移動。

最大輻射定律：一定溫度下，黑體最大輻射出射度與溫度的五次方成正比。

15、紅外物鏡相對于可見光物鏡有什么不同？

（1）大的通光孔徑和相對孔徑。限制微光成像系統視見能力的主要因素之一是來自景物的輻射噪聲。加大物鏡的孔徑能最大限度地接收來自目標的輻射，獲得大的靶面照度，即大的通光孔徑有利于提高微光系統的信噪比。

（2）小的漸暈。

（3）寬光譜范圍的色差校正。校正色差的光譜范圍取決于系統光譜響應波段，對主動紅外成像系統為～微米（，對微光成像系統為～微米，對熱成像系統為～14微米）。

（4）物鏡有好的調制傳遞特性。像管為低通濾波器，目前的極限分辨力為30～70lp/mm，通常要求物鏡在10lp/mm的空間頻率時MTF不低于75%。

（5）最大限度地消除雜散光，雜散光對低信噪比的光電成像的影響比較明顯，減小物鏡的雜散光可減小像質的變壞。

（6）在紅外光學系統中，必須同時考慮聚光系統和掃描系統。

（7）盡可能減小被動紅外系統中冷反射所產生的圖像缺陷。

16、紅外焦平面陣列探測器是什么

由紅外探測器和具有掃描功能的信號讀出器件組成的紅外焦平面陣列，是凝視型紅外熱成像系統的核心，紅外焦平面陣列包括光敏元件和信號處理兩個部分，可采用不同的光子探測器、信號電荷讀出器多路傳輸；可分為單片式紅外焦平面陣列、混合式紅外焦平面陣列、Z平面紅外焦平面等。

17、為什么說大氣后向散射對主動紅外夜視儀性能將產生不利影響？

在主動紅外成像系統中，照明系統安裝在接收器附近，在照射遠距離目標時，探照燈光軸非常接近系統光軸。照射光束在大氣傳輸過程中被大氣散射，其中一部分后向散射將進入觀察視場，在成像面上造成一個附加背景，從而降低成像的對比度和清晰度。在能見度差的情況下，這一影響是主動紅外成像系統性能的一個基本限制因素，會對主動紅外夜視儀性能產生不利影響。

18、紅外探測器的制冷器按制冷原理劃分可以分為哪幾種類型，其特點是什么？

（1）杜瓦瓶：結構簡單，制冷溫度穩定，冷量充足，制冷物質多為液氮。

（2）焦-湯制冷器：制冷物質為高壓氮氣。制冷部件體積小，重量輕，無運動部件，機械噪聲小，使用方便。缺點：氣源可得性差，高壓氣瓶較重，對工作氣體純度要求苛刻，雜質不能超過%，否則節流孔堵塞會停止工作。

（3）斯特林制冷器：結構緊湊，體積小，重量輕，制冷溫度范圍寬（77K-10K），啟動時間短，效率高，壽命長，操作簡單，可長時間連續工作。缺點：冷頭有高速運動活塞，機械振動大，容易引起器件噪聲增大，分置式可減小這一問題。

（4）半導體制冷器：制冷能力取決于半導體材料的性質和回路中電流的大小。目前一級半導體制冷器可產生60℃的溫差，為達到更冷，可將n個熱電偶串接起來。結構簡單，壽命長，可靠性高，體積小，重量輕，無機械振動和沖擊噪聲，維護方便，只耗電能。

（5）輻射制冷器：耗能極少，甚至不需要能源的被動式制冷器，使用壽命長，不需外加制冷功率，無運動部件，更不會產生振動、沖擊噪聲，可靠性高。缺點：要求衛星的軌道和姿態得到控制，保證輻射制冷式中對準超低溫的宇宙空間，不允許太陽光、地球等紅外輻射直射到制冷器的輻射器上。

19、紅外探測器要求哪些工作條件？為什么？

（1）工作條件：入射輻射的光譜分布（入射到探測器相應平面上的光譜分布及空間輻射頻率），探測器的幾何參數（探測器的面積、形狀及接受入射輻射信號的立體角），探測器的輸出信號（信號電壓和噪聲電壓），探測器的工作溫度與背景輻射，探測器的阻抗，特殊工作條件（對于某些特殊器件還有濕度、入射輻射功率、視場立體角以及背景溫度等）。

（2）原因：一個探測器的性能參數往往與探測器的測量方法和使用條件、幾何尺寸及物理性質密切相關。所以，在給出性能參數的同時，必須說明其工作條件。

20、熱成像系統中前置望遠系統和中繼透鏡系統的作用是什么？

前置望遠系統的作用：在采用平行光束掃描的熱成像系統中，為減小光學掃描部件的尺寸，在成像物鏡前加一組前置望遠系統。對于成像物鏡，加上前置望遠鏡后，入射光束口徑變小，視場變大，從而可縮小反射鏡或反射鏡鼓等掃描部件尺寸，有利于儀器小型化及提高掃描速度；另外，也可降低因衍射帶來的像點彌散斑尺寸，有利于提高像質；中繼透鏡組的作用：中繼透鏡組把沿軸向從一個位置傳送到另一個位置。在傳送過程中，圖像將反轉（成倒像）。連續使用一系列中繼透鏡，可以使圖像沿一條直徑限定的長管進行傳送。