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光電光學(xué)系統(tǒng)、紅外夜視光學(xué)、光電檢測(cè)系統(tǒng)

2011-02-11

                                        光電光學(xué)系統(tǒng)、紅外夜視光學(xué)、光電檢測(cè)系統(tǒng)

現(xiàn)代光電系統(tǒng)無(wú)一不把光學(xué)、精密機(jī)械、光電轉(zhuǎn)換、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)的數(shù)字化、圖像化、智能化和自動(dòng)化。為達(dá)到上述目的，除設(shè)計(jì)各種不同用途的光電光學(xué)系統(tǒng)外，光電能量轉(zhuǎn)換或光電圖像轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)信號(hào)采集與處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理與分析等都是實(shí)現(xiàn)上述目的所不可缺少的重要環(huán)節(jié)。由于本章篇幅所限，下面主要介紹二種光電光學(xué)系統(tǒng)。

一、紅外夜視光學(xué)系統(tǒng)

由 于紅外光輻射具有較強(qiáng)的輻射能量和在大氣中具有較高的穿透本領(lǐng)，因此紅外光探測(cè)系統(tǒng)在衛(wèi)星攝影、軍事目標(biāo)跟蹤和夜視觀察等方面得到了廣泛應(yīng)用。但由于紅外 光輻射對(duì)人眼不敏感，不可能用人眼來(lái)直接接收紅外光所成的光學(xué)圖像，所以必須把紅外光所成的圖像轉(zhuǎn)變成人眼可視的光學(xué)圖像。例如用于軍事上的紅外夜視觀察 儀器，其原理如圖L1為望遠(yuǎn)物鏡，L2為觀察目鏡，在望遠(yuǎn)物鏡的像面和觀察目鏡的物面之間加入一紅外變像管，其作用是把紅外光所成的圖像變成可視光圖像。 為了使紅外變像管的接收靶面能獲得均勻的像面光照度，望遠(yuǎn)物鏡應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成像方遠(yuǎn)心系統(tǒng)，以減小物鏡軸外像點(diǎn)的像方視場(chǎng)角。物鏡L1所成的不可見(jiàn)圖像y' 應(yīng)和變像管的接收靶面重合，y'經(jīng)紅外變像管后成倒像為y",y"應(yīng)與變像管的顯示屏重合，經(jīng)目鏡放大后供人眼觀察。因?yàn)閥"可看成是自發(fā)光圖像，目鏡的 光闌位置可單獨(dú)考慮。

二、光電檢測(cè)系統(tǒng)

由 于CCD光電器件具有高靈敏度、高分辨率、數(shù)據(jù)采集方便等優(yōu)點(diǎn)，且與計(jì)算機(jī)結(jié)合，很容易實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化。因此近年來(lái)利用CCD作為光電轉(zhuǎn)換 器件的尺寸自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)定位系統(tǒng)、圖像掃描系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。下面簡(jiǎn)要介紹CCD光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理和光學(xué)系統(tǒng)特性。

CCD 光電檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖，由光源發(fā)出的光經(jīng)照明系統(tǒng)均勻照射被檢測(cè)物體，被檢測(cè)物體經(jīng)物鏡成像在CCD器件的靶面上（檢測(cè)系統(tǒng)多采用線陣CCD），CCD 輸出反映物體大小或位置的脈沖信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)放大和二值化處理后送入微機(jī)，再由微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，后由顯示和打印系統(tǒng)輸出檢測(cè)結(jié)果。

光電檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖

在CCD光電檢測(cè)系統(tǒng)中,CCD傳感器的參數(shù)選擇與被檢測(cè)物體的成像放大率和測(cè)量精度有關(guān)。設(shè)成像系統(tǒng)的放大率為，根據(jù)幾何光學(xué)成像理論，則有

式中y為被檢測(cè)物體的大小，y'為其像的大小。由于y'不能大于CCD的有效光敏元大長(zhǎng)度，因此有，N為CCD的像素元個(gè)數(shù)，為像素元的分辨率（像素大小），可得

,設(shè)光電檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度為，CCD傳感器上的測(cè)量精度為

要想保證CCD傳感器上的精度為，至少應(yīng)占有二個(gè)CCD像素元大小的量，即,

例如我們選用2048線陣CCD作為光電檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器，其有效像素為2048個(gè)，每個(gè)像素的大小為14，因此CCD器件的有效光敏元長(zhǎng)度為

設(shè)成像系統(tǒng)的放大率為，被檢測(cè)物體的大尺寸不能超過(guò)57.344mm。

該光電檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度為0.056mm。