金超 閆偉

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展進步，也在很大程度上推動了我國光電成像領(lǐng)域的發(fā)展進程，人們也逐漸增強對其的重視度，所以本文主要立足于光電成像系統(tǒng)當(dāng)中的性能優(yōu)化，展開了深入的研究與分析，以此期望為我國今后在對于光電成像系統(tǒng)當(dāng)中的性能優(yōu)化問題上，提供一些參考性的建議。

關(guān)鍵詞：光電成像；系統(tǒng)性能；實時優(yōu)化；分析總結(jié)

光電成像系統(tǒng)性能的評價所涉及的范圍是非常廣泛的，其主要涉及了：光學(xué)系統(tǒng)以及陣列探測器構(gòu)成的光電成像系統(tǒng)，而下文則主要針對于這兩個系統(tǒng)的整體性能上進有效的優(yōu)化設(shè)計。通常來講，光電成像鏈路主要是包含了：目標(biāo)以及背景、大氣傳輸、光學(xué)系統(tǒng)、探測器、電子線路、圖像處理、籌夠等等多方面，這些環(huán)節(jié)上也包含了光學(xué)、材料以及機械學(xué)、圖像處理等多種領(lǐng)域。

1 光電成像系統(tǒng)的物像關(guān)系概述

在基于一般的CCD相機成像系統(tǒng)的物面光強分布當(dāng)中，對于以及與著像面光強分布的之間的關(guān)系則備定義為：=。那么在此公式當(dāng)中，對于當(dāng)中，則是將其作為光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中的點擴散函數(shù)，而則是代表著整個CCD像元間距在x，y方向的數(shù)值。那么*則是代表著整個卷積[1]。

在對于此種公式進行傅里葉變換的過程當(dāng)中，就能夠很好的到處了像與物空間頻譜之間所存在的某種關(guān)系則公式為：那么，在此公式當(dāng)中，H則是代表著為光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，在對于則主要是代表著CCD像元尺寸決定的CCD幾何光學(xué)的傳遞函數(shù)。針對于這兩種的乘積上，則主要是代表著光學(xué)系統(tǒng)與CCD接收器總的光電成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)[2]。

2 取樣定律概述

在這里設(shè)函數(shù)的截止空間頻率上為uc那么在當(dāng)像面的取樣間隔為d<1/2uc的過程當(dāng)中，站在空間頻譜的角度上來看，就沒有發(fā)生混疊的現(xiàn)象，那么也就意味著像不失真。而在當(dāng)像面的取樣間隔上為d>1/2uc的過程當(dāng)中，也是站在空間頻譜的角度上來看，就發(fā)生了一定程度上的混疊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了像失真問題的發(fā)生。而這里的uc也是被稱之為帶極限空間頻率，也稱作奈奎斯特頻率，uc=1/2天的[3]。

3 理想光電成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)概述

像元尺寸主要設(shè)置為dxd的、陣列探測器，自身所形成尺寸大約為dxd的方形點擴散函數(shù)，在這針對于這點上來看，光學(xué)的傳遞函數(shù)，從本質(zhì)上來講也就是點擴散函數(shù)的傅里葉變化，本文將對于歸一化的空間頻率上具體設(shè)定是：為整個像元的尺寸，而探測器所自身截止空間的頻率上則是設(shè)定為1/d，u，將其黨作為沒有歸一化空間自身的頻率。那么此時探測器的集合傳遞函數(shù)則是為：

光電成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，也是在整個探測器以及光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，占據(jù)著非常重要的地位，也是兩者在傳遞函數(shù)的主要乘積。如果探測器的傳遞函數(shù)上，將其歸一化為，那么針對于理想化的光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的歸一化上則是為的過程當(dāng)中，那么不管是對于探測器上，還是針對于理想光學(xué)系統(tǒng)上，兩者都是具有一定程度上的相同歸一化頻率的[4]。

4 光電成像系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計

在本文當(dāng)中，所提出的主要光電成像系統(tǒng)的性能優(yōu)化目標(biāo)上，是為了能夠在最大限度上滿足于日常使用過程當(dāng)中所對其提出的各種要求，在此基礎(chǔ)之上，將光學(xué)與電學(xué)設(shè)計上進行折中，從而使得整個光電成像系統(tǒng)對于自身的投資成本上以及完成的時間上得到最低的標(biāo)準(zhǔn)。

探測器的傳遞函數(shù)，通常都是會通過利用探測器自身的幾何尺寸以及電荷擴散、轉(zhuǎn)移和位相始終等多方面的關(guān)鍵因素所決定的，光學(xué)系統(tǒng)的函數(shù)傳遞上，也主要是通過利用光學(xué)系統(tǒng)的有效設(shè)計、加工裝配、環(huán)境試驗、像移、姿態(tài)穩(wěn)定等多方面的因素來進行決定的。探測器影響到傳遞函數(shù)的因子上是與著光學(xué)系統(tǒng)影響傳遞函數(shù)的因子之間是不具有聯(lián)系性的，并且是各自獨立的。即兩者的系統(tǒng)上也是區(qū)分開來的，兩者的系統(tǒng)上的傳遞函數(shù)之間相乘所得到傳遞函數(shù)，也是最終光電成像系統(tǒng)當(dāng)中的傳遞函數(shù)[5]。

本文主要先依照與理想化的光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中的直徑以及陣列探測器像元尺寸設(shè)置為d，那么對于理想化的光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的介質(zhì)頻率則是為1/λF，那么對于探測器自身的幾何傳遞函數(shù)的截止頻率上則顯示為1/d，一旦，直徑占據(jù)著一個像元尺寸的過程當(dāng)中，那么就會出現(xiàn)嚴(yán)重的欠采樣系統(tǒng)，也可以將其看做成為探測器受限制系統(tǒng)。在對于奈奎斯特頻率上，自身是具有較大的傳遞函數(shù)的，這樣就會在很大程度上導(dǎo)致出現(xiàn)頻譜混疊效應(yīng)的發(fā)生，這樣也會使得像失真的狀況。例如：立足于當(dāng)紅外大尺寸的像元陣列探測器自身的紅外光電成像系統(tǒng)，那么此時就能夠很好的通過增加空間采樣頻率的方式，來在很大程度上提升整個分辨率。

當(dāng)直徑是完全等同于2個像元時的傳遞函數(shù)過程當(dāng)中，也是作為一種欠采樣系統(tǒng)，這里一般的較大口徑長焦距的光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，主要包括了：空間心機、天文望遠(yuǎn)鏡、航空相機等一些較大口徑長焦距的光學(xué)系統(tǒng)，因為自身不管是在加工裝配方面上來看，還是在對于自身的使用環(huán)境上來看，都是受到了非常多因素條件的限制，這樣就意味著，在實際對其進行使用的過程當(dāng)中，傳遞函數(shù)要比原本設(shè)計的數(shù)值上明顯的偏低，因此，通常都會采用這種設(shè)計方案。

當(dāng)直徑完全等同于3個像元時的傳遞函數(shù)過程當(dāng)中，通常情況來講，一些中小型的光點成像系統(tǒng)，是最能夠有效的滿足于當(dāng)直徑完全等同于3個像元時的傳遞函數(shù)過程時的采樣。那么此時的光電成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的位置上，就會處于在奈奎斯特頻率處，這樣的主要目的也是能夠很好的滿足實現(xiàn)達(dá)0.1標(biāo)準(zhǔn)所對其提出的各種要求。

當(dāng)直徑是完全等同于4個像元時的傳遞函數(shù)過程當(dāng)中，這也是作為采樣之間間隔足夠密的光學(xué)受限制系統(tǒng)，這里的光電成像系統(tǒng)自身的分辨率也在最大限度上滿足于達(dá)到的光學(xué)系統(tǒng)自身分辨率所對其提出的各種要求，那么在此時的奈奎斯特頻率之上的傳遞函數(shù)則明顯處于較低的狀態(tài)，完全可以忽視掉頻譜混疊效應(yīng)。在針對于一般的短焦距鏡頭配備陣列探測器的過程當(dāng)中，以及在某個實驗室或者是一些較為良好的環(huán)境下來對光電成像系統(tǒng)進行使用當(dāng)中，都是可以采用這種良好的設(shè)計，此外，在對于彈道相機以及星敏感器等實際應(yīng)用的過程當(dāng)中，是不需要將分辨率考慮自其中的，而是要重點加強對于目標(biāo)的定位精度的重視度。具體做法：用目標(biāo)在不筒的像元當(dāng)中，所形成出來的灰度值，然后在合理的通過利用質(zhì)心計算，從而有效的確定好目標(biāo)自身的亞像元精度的確切位置。

5 結(jié)論

只有真正的增強對于光電成像系統(tǒng)的性能優(yōu)化的重視度，才能夠更好的推動我國光電成像系統(tǒng)的發(fā)展進程。

參考文獻

[1]韓昌元.張振中，李阿楠.淺談光電成像系統(tǒng)的性能優(yōu)化分析與探索[J].光學(xué)精密工程，2015，（1）：1-9.

[2]張穎，牛燕雄，呂建明，等.星載光電成像系統(tǒng)建模與性能評估[J].激光與光電子學(xué)進展，2015，（2）：148-154.

[3]張發(fā)強，張玉發(fā)，鄧強，等.基于MTF的光電成像系統(tǒng)建模仿真[J].激光與紅外，2015，（5）：549-554.

[4]陳自寬，翟宏琛，母國光.光電成像系統(tǒng)中的光學(xué)傳遞函數(shù)[J].光學(xué)技術(shù)，1998，（1）：57-60，41.

[5]楊紅，康登魁，姜昌錄，等.可見光光電成像系統(tǒng)整機綜合參數(shù)校準(zhǔn)技術(shù)研究[J].應(yīng)用光學(xué)，2015，（2）：253-258.

（作者單位：長春理工大學(xué)）