光電探測(cè)與目標(biāo)識(shí)別作業(yè)

1、題一：什么是判則?答：依據(jù)實(shí)驗(yàn)，將視覺(jué)辨別分為四類(lèi)：探測(cè)、取向、識(shí)別和確認(rèn)，并把人眼對(duì)目標(biāo)的觀察感知同對(duì)“等效條帶圖案”的視覺(jué)聯(lián)系起來(lái)，使人們可以不必顧及目標(biāo)的具體類(lèi)別和形態(tài)，直接以其“臨界尺寸”中所包含的可分辨條帶數(shù)來(lái)評(píng)定視覺(jué)感知水平。判則給出了在0概率等級(jí)上，所需的可分辨等效條帶周數(shù)。通過(guò)這一方法探測(cè)能力大致與傳感器的閾值條帶圖像分辨能力相關(guān)聯(lián)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果已成為今天所用的目標(biāo)辨別方法學(xué)的基礎(chǔ)。在工業(yè)應(yīng)用中，判則通常采用如下標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)上采用的判則辨別等級(jí)含義最小尺寸上的周數(shù)探測(cè)存在一個(gè)目標(biāo)，把目標(biāo)從背景中區(qū)別出來(lái)10識(shí)別U識(shí)別出目標(biāo)屬與哪一類(lèi)別0確認(rèn)認(rèn)出目標(biāo)，并能夠足夠清晰地確定其類(lèi)型0題二

2、：觀察外寬、高1的坦克，如果人眼的空間分辨能力是（線對(duì)度，用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡觀察該坦克，要求對(duì)目標(biāo)的識(shí)別概率達(dá)到50%，試求望遠(yuǎn)鏡的視放大率。解：坦克最小尺寸對(duì)人眼的張角為1.5/2000=0.00075rad0.04297B要使識(shí)別概率達(dá)到50%，需在最小尺寸上觀測(cè)到4個(gè)線對(duì)，對(duì)應(yīng)的張角為4/200.2Ht則望遠(yuǎn)鏡的視放大率應(yīng)為tan0.24.65tan0.04297題三：如果某人的瞳孔間距為60、，、體視銳度為10”，試求（1）他的體視半徑；（2）在50、距離上，他的體視誤差。解：體視半徑為Dmaxb/Dmaxb/min60mm.6.0U0攻1014.848印0防1237.6在距離上的體視誤差為

3、D,ID2/b10ml5Om/60mm=48二防115022.02m50mmin6,0U0e題一：一個(gè)年齡50題一：一個(gè)年齡50歲的人，近點(diǎn)距離為,遠(yuǎn)點(diǎn)距離為無(wú)限遠(yuǎn)，試求他的眼睛的屈光調(diào)節(jié)范圍。解：遠(yuǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的視度為SDf1/0近點(diǎn)對(duì)應(yīng)的視度為SD1/印.4HIE.5n他眼睛的屈光調(diào)節(jié)范圍是-2.。5題二：用人眼直接觀察敵方目標(biāo)，能在距離看清目標(biāo)編號(hào)，要求使用望遠(yuǎn)鏡能在距離也能看清，試求望遠(yuǎn)鏡的倍率。解：設(shè)目標(biāo)編號(hào)的大小為l，在處與觀測(cè)點(diǎn)形成的張角為；在處T1與觀測(cè)點(diǎn)形成的張角為；如果在處通過(guò)望遠(yuǎn)鏡可以看清目標(biāo)編號(hào)，則2目標(biāo)編號(hào)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡后形成的張角為1。則望遠(yuǎn)鏡的倍率為tan/2.l/4001

4、T5tan/2l/20002T題三：畫(huà)圖標(biāo)出望遠(yuǎn)系統(tǒng)的物鏡、物鏡后焦點(diǎn)、目鏡、前焦點(diǎn)、像面、孔徑光闌、視場(chǎng)光闌、入瞳和出瞳位置。答：物鏡：在光學(xué)儀器中最先對(duì)實(shí)際物體成像的光學(xué)部件。目鏡：將物鏡所成的像放大后供眼睛觀察用的光學(xué)部件。光闌：光具組件中光學(xué)元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱(chēng)為光闌。限制軸上物點(diǎn)光束口徑的光闌稱(chēng)為孔徑光闌；限制視場(chǎng)的光闌稱(chēng)為視場(chǎng)光闌。入瞳：把孔徑光闌在物空間的共軛像稱(chēng)為“入瞳”，入瞳的位置和直徑代表了入射光束的位置和口徑。出瞳：光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌在光學(xué)系統(tǒng)像空間所成的像稱(chēng)為系統(tǒng)的“出瞳”。在望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，一般情況下，物鏡鏡框是它的孔徑光闌，也是系統(tǒng)的入瞳。物鏡（孔徑光

5、闌/入瞳）視場(chǎng)光闌題一：一半徑為R的圓盤(pán)，其輻射亮度Lcos，其中是觀察方向與圓盤(pán)面法線的夾角。求圓盤(pán)的輻出度、輻射強(qiáng)度以及距中心垂直距離為d處尸點(diǎn)的輻照度。解：輻射亮度擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)發(fā)出輻射通量，單位-1輻出度一擴(kuò)展源單位面積輻射的通量，單位-輻射強(qiáng)度一點(diǎn)輻射源在給定方向上單位立體角內(nèi)的輻射能量，單位-輻照度一投影到單位面積上的輻射通量，單位-2（1）計(jì)算輻出度McosBsinIdIdLe00計(jì)算輻射強(qiáng)度（看作無(wú)究遠(yuǎn)處的點(diǎn)光源）ILcosdsR2Lcos）輻照度ELcossinIddLcosLcos、3d2cossin一d00LJI1cos-.R

6、21d2cossinId0LR2R2d2題二：一只白熾燈，假設(shè)各向發(fā)光均勻，懸掛在離地面的高處，用照度計(jì)測(cè)得正下方地面上照度為，求該白熾燈的光通量。解：光通量人眼能夠感受到的光強(qiáng)度。單位換算：1聞m睦.在單位上相當(dāng)于，但與人眼有視覺(jué)特性有關(guān)輻射通量單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能。照度投射在單位面積上的輻射通量。由題意知白熾燈發(fā)光均勻，則白熾燈向空間各方向的輻射是均勻的?？梢郧蟮迷谝园谉霟糁行臑榍蛐模霃綖榈那蛎娣e為S4R228.2743m2可以求得白熾燈的光通量為4R2128.2743IE0848.23/題一：物體與周?chē)h(huán)境的對(duì)比定義為CB吃，其中B為物體亮度，B為背景B00亮度。按此定義

7、，為物體與觀測(cè)者之間的距離，當(dāng)了時(shí)，BB；當(dāng)x00時(shí)，B0。對(duì)于正常人眼，對(duì)比閾值為BD.02。假設(shè)消光系數(shù)在可見(jiàn)光區(qū)不e依賴(lài)于波長(zhǎng)，試證視程（能見(jiàn)度）為x3.912/。如果包含背景氣溶膠的晴空e大氣和濃霧的消光系數(shù)分別為0.08km-i和100km-1，求它們的能見(jiàn)度分別為多少。證明：利用Schwarzschild方程進(jìn)行證明H1i.Hxp不H1,0ib.xp個(gè),s+電.,s1kIdsis根據(jù)題意，天空背景的亮度為BBHXp|M0,sHk9s在位置處的目標(biāo)亮度為BBHxps*一B*%tHl物體與周?chē)h(huán)境的對(duì)比為KBxps，k9sC口Bixp.0,sHk9sIXS0IXS0所以BIxp.HX,

8、s!0,IXkIdsCBIxp.10,sIk9sHlBxpm/1X,s，kdsexpC，喊電bexp.0,skdsHlexp.10,IXllexpkIdsIBxexpk喙.Hexpxe由于對(duì)比閾值的數(shù)值為BD.02，則exp1|vx.0.02eXln0.02”.912ex3.912/e則有：x3.912/0.0848.9km晴x3.912/1000.03912km霧題一：簡(jiǎn)述第一、第二和第三代夜視儀的主要特點(diǎn)和區(qū)別。答：微光夜視系統(tǒng)主要包括：強(qiáng)光力物鏡、像增強(qiáng)器、目鏡，如上圖所示。微弱自然光經(jīng)由目標(biāo)表面反射，進(jìn)入微光夜視系統(tǒng)；在強(qiáng)光力物鏡作用下聚焦于像增強(qiáng)器的光陰極面，激發(fā)出光電子；光電子在像

9、增強(qiáng)器內(nèi)部電子光學(xué)系統(tǒng)的作用下被加速、聚焦、成像，以極高速度轟擊像增強(qiáng)器的熒光屏，激發(fā)出足夠強(qiáng)的可見(jiàn)光，從而把一個(gè)被微弱自然光照明的遠(yuǎn)方目標(biāo)變成適于人眼觀察的可見(jiàn)光圖像，經(jīng)過(guò)目鏡的進(jìn)一步放大，實(shí)現(xiàn)更有效地目視觀察。第一代像增強(qiáng)器采用電子透鏡對(duì)光電子進(jìn)行加速，從而實(shí)現(xiàn)圖像的增強(qiáng)。單級(jí)像增強(qiáng)器的增益達(dá)40-50倍。第二代像增強(qiáng)器以微通道板的二次電子倍增效應(yīng)為圖像增強(qiáng)的主要手段，大大減少了儀器的體積和重量。與一代微光像增強(qiáng)器相比，二代微光像增強(qiáng)器具有更高的分辨力和靈敏度。一般微通道板的電子增益為103104量級(jí)，一只微通道板像增強(qiáng)器的圖像增強(qiáng)效果可達(dá)到三級(jí)級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)器同樣的水平。第三代像增強(qiáng)器采用具

10、有負(fù)電子親和勢(shì)的光陰極取代第一、二代微光夜視器件使用的多堿光陰極，具有更高的高靈敏度。題二：E2no-Blx,0.2,0.01,f100,D/f1/1.2,0.9,H1.6m,0oboooom試求其識(shí)別距離d;如果大氣消光系數(shù)0.8，忽略地平天空的輻亮度，求些R時(shí)的識(shí)別距離d。（可以把不考慮大氣影響時(shí)的結(jié)果作為初始值進(jìn)行迭代運(yùn)算）R解：給定迭代退出條件Id10m第一步：不考慮大氣影響，計(jì)算識(shí)別距離計(jì)算目標(biāo)的對(duì)比度CoC10.2B0.0111*.2B0,010.9oobob計(jì)算光陰極面照度EcE0.25E/fco0ooo0.25B0,2H2H0-3B0.9l.26.25Ift0-5lx校正到對(duì)比

11、度C1時(shí)的情況EEc26.25B10面B0.925.06H0-lxCc由E由E、C查表得到像增強(qiáng)器的極限分辨率N42lp/mm-icoc(LEW察)K變4計(jì)算視距d(i)fHN/n100H.642/41680mRomc50第二步，根據(jù)第一步計(jì)算的視距，由比爾-布格-朗伯定律計(jì)算大氣的透過(guò)率e.HReid.8h.680.26a計(jì)算目標(biāo)的表觀對(duì)比度C表，由于忽略了地平天空的輻亮度，則有C=C0.9表o計(jì)算光陰極面照度EcE0.25ED/fco0aooo0.25B0.2B2IE0-3H0.26B0.91.21.6250-5lx校正到對(duì)比度C1時(shí)的情況EEc23.31H0面B0.921.32H0ExC

12、c由E、C查表得到像增強(qiáng)器的極限分辨率N40lp/mm-1c表c計(jì)算視距d(2)fHN/n100H.6B40/41600mRomc50計(jì)算視距誤差d(2)d(1)1680W6008010RR進(jìn)入下一步迭代第六次作業(yè)機(jī)載行掃紅外系統(tǒng)采用光機(jī)掃描方式對(duì)地面進(jìn)行探測(cè)，如果飛機(jī)的飛行高度為，飛行速度為00,掃描視場(chǎng)為10,探測(cè)器的瞬時(shí)視場(chǎng)為0.01X1探測(cè)器的時(shí)間常數(shù)為瓜s求系統(tǒng)搜索角速度的上限和下限。解：探測(cè)系統(tǒng)的地面覆蓋寬度為D1BH9000157m180若探測(cè)器的行掃描頻率為/,則fDVfVfDVfV/D9000003600571.59Hz計(jì)算系統(tǒng)搜索角速度下限1.59H00.28rad/smi

13、n180計(jì)算系統(tǒng)搜索角速度上限I10*s1060.0106174.5rad/smax180第七次作業(yè)題一：利用紅外預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè),假設(shè)背景噪聲產(chǎn)生的輸出電壓幅值服從均方根誤差為0.的瑞利分布，當(dāng)門(mén)限電平設(shè)置為0.時(shí)，試求系統(tǒng)的虛警概率;如果系統(tǒng)電路的等效帶寬為1.0，試求系統(tǒng)的虛警時(shí)間。解：系統(tǒng)的虛警概率為PIexpII0.5II0.3/0.2I2II32%fa系統(tǒng)的虛警時(shí)間為T(mén)exp*1u:；10Bexp.5(0.3/0.2)23.08H0msfaIfI2IIII題二：利用紅外預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)，假設(shè)目標(biāo)產(chǎn)生的輸出電壓幅值為，背景噪聲和目標(biāo)產(chǎn)生的總的輸出電壓幅值服從均值為，均方根誤差為的高斯

14、分布，當(dāng)門(mén)限電平設(shè)置為時(shí)，試計(jì)算系統(tǒng)的探測(cè)概率、虛警概率df與漏警概率。m解：計(jì)算虛警概率Pexp.5.3/0.2132%fa計(jì)算系統(tǒng)的探測(cè)概率Pd1tuth-a,.jy!1,10,000870.99913計(jì)算漏警概率.5-.5-0.00087螃表利用紅外預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)幅值服從均方根誤差利用紅外預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)幅值服從均方根誤差的瑞利分布；目標(biāo)產(chǎn)生的輸出電壓幅值為，背景噪聲和目標(biāo)產(chǎn)生的總的輸出電壓幅值服從均值為bm均方根誤差為（0的高斯分布。假定目標(biāo)出現(xiàn)的概率為0.0，1試求：（1）給出基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策規(guī)則；（2給）出基于最小風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯決策規(guī)則（決策表如下）；如果要求漏警率不大于

15、，給出決策規(guī)則。如果有一信號(hào)x0.5mV，試用以上三種方法判斷是否存在目標(biāo)。解：令背景歸屬于,類(lèi)，目標(biāo)歸屬于，類(lèi)，則P0.99b021Xexpr2爾i：P0.01t0.221TOC o 1-5 h zP0.01t0.2212B0.22基于最小錯(cuò)誤率的貝葉斯決策規(guī)則plPpuH-iipurifX二tbtb1Xn.0.exppXl0.2%212BOZ0.212x.cptx11x-xsexpr2ik.22i9b存exp大IBli基于最小風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯決策規(guī)則TOC o 1-5 h zpipmhriiifirt*X二tb2111tb1n.0.exppl10.20aI2皿2210.2g12X.健高丁一x1xnexp-2i.bHexpiIBli給出決策規(guī)則111n.00.001exp.0.001*；2I210.21ln-L=:-。，In10.001：2210.2