紅外物理與技術(shù)(第2版)楊風(fēng)暴課后習(xí)題解答

-8為了制造一架紅外隱身飛機(jī)，可能采取的隱身措施有哪些？答：所謂隱身飛機(jī)，就是利用各種技術(shù)減弱雷達(dá)反射波、紅外輻射等特征信息，使敵方探測(cè)系統(tǒng)不易發(fā)現(xiàn)的飛機(jī)。目前，飛機(jī)隱身的方法主要有以下三個(gè)方面：一是減小飛機(jī)的雷達(dá)反射面，從技術(shù)角度講，其主要措施有設(shè)計(jì)合理的飛機(jī)外型、使用吸波材料、主動(dòng)對(duì)消、被動(dòng)對(duì)消等；二是降低紅外輻射，主要是對(duì)飛機(jī)上容易產(chǎn)生紅外輻射的部位采取隔熱、降溫等措施；三是運(yùn)用隱蔽色降低肉眼可視度。4-9在飛機(jī)尾焰中加入碳顆粒，可以將降低飛機(jī)尾焰3～5μm波段的輻射，試解釋其原因。答：由于3-5μm紅外波段具有低發(fā)射率，耐高溫的特點(diǎn)，在飛機(jī)尾焰中加入碳顆粒，可以實(shí)現(xiàn)光譜轉(zhuǎn)換（就是采用在窗口波段發(fā)射率低而在其他大氣吸收波段發(fā)射率高的材料）。

第5章紅外輻射的測(cè)量5-1名詞解釋?zhuān)?）多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫：當(dāng)采用超過(guò)兩個(gè)波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量溫度時(shí)，這種輻射測(cè)量方法被稱(chēng)作多波長(zhǎng)測(cè)溫。（2）比色測(cè)溫：指根據(jù)物體在兩個(gè)相鄰波長(zhǎng)下的輻射能量密度之比來(lái)確定物體的溫度。5-2填空題（1）單色儀是一種常用的分光儀器，可分為棱鏡單色儀和光柵單色儀兩類(lèi)。（2）輻射計(jì)一般由光學(xué)系統(tǒng)、光譜元件、探測(cè)器和電子部件等組成。（3）紅外半球全發(fā)射率的測(cè)量一般采用的方法是量熱法；法向光譜發(fā)射率測(cè)量時(shí)基本采用輻射度量比較法。（4）紅外分光光度計(jì)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征的不同，可分為單光束紅外分光光度計(jì)和雙光束紅外分光光度計(jì)兩種。（5）紅外輻射測(cè)溫的方法主要有全輻射式測(cè)溫、亮度測(cè)溫（又稱(chēng)為單色輻射測(cè)溫）和比色測(cè)溫。其中，對(duì)于發(fā)射率低的物體，全輻射式測(cè)溫和亮度測(cè)溫的相對(duì)誤差較大，對(duì)于發(fā)射率高的物體，三種測(cè)溫方法均適用。（6）對(duì)于不能使用透射法和反射法測(cè)量的固體材料，可測(cè)量材料的發(fā)射比來(lái)獲得相應(yīng)的透射比和吸收比。（7）反射比的測(cè)量一般取決于入射輻射的波長(zhǎng)及偏振狀態(tài)。（8）傅里葉變換紅外光譜儀主要由邁克爾遜干涉儀和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，前者得到的干涉圖函數(shù)包含光源的全部頻率和強(qiáng)度信息。（9）目前室內(nèi)的反射比測(cè)量系統(tǒng)主要有積分球反射計(jì)、熱腔反射計(jì)、半球反射計(jì)和橢球鏡反射計(jì)4種。5-3簡(jiǎn)述反射式單色儀的工作原理。答：反射式單色儀光路系統(tǒng)的工作原理如圖5-3所示。當(dāng)來(lái)自輻射源的輻射束穿過(guò)入射狹縫后，經(jīng)拋物面準(zhǔn)直反射鏡反射變成平行光束投射到平面反射鏡，再被反射進(jìn)入色散棱鏡，便被分解為不同折射角的單色平行光束，經(jīng)另一拋物面反射鏡反射，并聚焦于出射狹縫輸出。色散棱鏡與平面反射鏡的組合，稱(chēng)為瓦茨伏爾士（Wadsworth）色散系統(tǒng)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)該系統(tǒng)，可在出射狹縫后面獲得不同波長(zhǎng)的單色光束。圖5-1反射式單色儀光路系統(tǒng)的示意圖5-4簡(jiǎn)述雙光束光學(xué)自動(dòng)平衡系統(tǒng)和雙光束電學(xué)平衡系統(tǒng)的異同。答：兩者都屬于雙光束紅外分光光度計(jì)，結(jié)構(gòu)特征和工作原理有區(qū)別：雙光束電學(xué)平衡系統(tǒng)在光路的安排上，要求斬光器放在樣品槽之前，通過(guò)樣品的光束為間斷的脈沖光束，而雙光束光學(xué)自動(dòng)平衡系統(tǒng)無(wú)此要求；在參比光路上，雙光束電學(xué)平衡系統(tǒng)不使用光學(xué)衰減器，而是用斬光器將參比光束變?yōu)殚g斷的脈沖光束，然后分別將兩條光束的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后測(cè)量?jī)蓚€(gè)電信號(hào)的比率。5-5簡(jiǎn)述各類(lèi)輻射測(cè)溫法的特點(diǎn)。答：全輻射測(cè)溫沒(méi)有考慮物體所反射的環(huán)境輻射，因此求得的真實(shí)溫度不一定準(zhǔn)確；亮度溫度測(cè)量中也存在著光學(xué)系統(tǒng)效率低下的輻射能量損失，因此精度不高；比色測(cè)溫由物體在兩個(gè)相鄰波長(zhǎng)下的輻射能量密度之比來(lái)確定物體溫度，測(cè)溫精度高、抗干擾能力強(qiáng)；多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫，采用超過(guò)兩個(gè)波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量溫度，目前處于實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)用化還有一定困難。四種輻射測(cè)溫法的比較如下：1）全輻射溫度、亮溫度恒小于物體表面的真實(shí)溫度。2）對(duì)于發(fā)射率較小的物體，全輻射測(cè)溫和亮溫度測(cè)溫相對(duì)誤差都較大。對(duì)于發(fā)射率較高的材料，3種測(cè)溫法均適宜。3）全輻射測(cè)溫和亮溫度測(cè)溫都必須知道被測(cè)物體發(fā)射率的絕對(duì)值。而雙波長(zhǎng)輻射測(cè)溫則只要知道兩個(gè)波長(zhǎng)處光譜發(fā)射率之比值。5-6解：由公式，又知R最大為，紅外線(xiàn)波長(zhǎng)λ為，取其平均值為，得數(shù)值孔徑。5-7解：1）已知，則由公式得分辨率為2）5-8解：由分辨率公式R=bdn5-9解：已知K=1，N=300×50=15000，則由公式由分辨率公式R=mbdndλ，d5-10解：利用色散曲線(xiàn)的柯西公式，由于波長(zhǎng)變化范圍不大，只取前兩項(xiàng)，即：，代入得。鈉光譜線(xiàn)，三棱鏡在這個(gè)波長(zhǎng)附近的色分辨率本領(lǐng)，由棱鏡色散公式和得。5-11欲購(gòu)一臺(tái)紅外光柵光譜儀，利用光柵的一級(jí)光譜，使其適用于0.415～10微米波段，對(duì)其光柵有什么要求？答：對(duì)光柵有如下要求：（1）閃耀波長(zhǎng)，閃耀波長(zhǎng)為光柵最大衍射效率點(diǎn)，因此選擇光柵時(shí)應(yīng)盡量選擇閃耀波長(zhǎng)在實(shí)驗(yàn)需要波長(zhǎng)附近。（2）光柵刻線(xiàn)，光柵刻線(xiàn)多少直接關(guān)系到光譜分辨率，刻線(xiàn)多光譜分辨率高，刻線(xiàn)少光譜覆蓋范圍寬，兩者要根據(jù)實(shí)驗(yàn)靈活選擇。（3）光柵效率，光柵效率是衍射到給定級(jí)次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號(hào)損失愈小。為提高此效率，除提高光柵制作工藝外，還采用特殊鍍膜，提高反射效率。5-12假設(shè)天空為朗伯輻射體，如果用絕對(duì)輻射計(jì)測(cè)量天空的輻射亮度，對(duì)其接收器有什么要求？答：在能夠直接進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量的裝置中，必須將輻射能量或被吸收的輻射通量與一種定量的能量或者其它形式的功率作比較。另外，對(duì)于低精度的輻射計(jì)一般不采用參考黑體，而是用涂黑或高發(fā)射率的調(diào)制盤(pán)，以調(diào)制盤(pán)的葉片作為參考輻射源；對(duì)于商業(yè)用的輻射計(jì)，通常采用在可見(jiàn)光和紅外波段內(nèi)有均勻光譜響應(yīng)的熱電或熱阻探測(cè)器；對(duì)于軍用輻射計(jì)，為了對(duì)軍用目標(biāo)有大的作用距離和快速的目標(biāo)光輻射采樣頻率，一般采用在較窄光譜波段范圍內(nèi)有高靈敏度的光子探測(cè)器。5-13用單色儀在研究紅外輻射源的光譜特性時(shí)，為了不引入雜光、提高測(cè)量靈敏度、滿(mǎn)足全波段測(cè)量的要求，應(yīng)在輻射源與入射狹縫間加入什么光學(xué)元件？答：為了不引入雜光，提高測(cè)量靈敏度，滿(mǎn)足全波段測(cè)試的要求，應(yīng)在輻射源與入射狹縫間加入一個(gè)光柵元件，原因在于光柵具有衍射作用，從出射狹縫出來(lái)的光線(xiàn)為單色光。

第6章紅外輻射的大氣傳輸6-1名詞解釋?zhuān)?）標(biāo)準(zhǔn)大氣：是用以描述理想的中緯度狀況的物理量，即在太陽(yáng)黑子最多和最少活動(dòng)范圍內(nèi)的大氣年平均狀態(tài)。世界氣象組織（WMO）關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)大氣的定義是：“所謂標(biāo)準(zhǔn)大氣就是能夠粗略地反映周年，中緯度狀況的，得到國(guó)際上承認(rèn)的假想大氣溫度、壓力和密度的垂直分布。它的典型用途是做壓力高度計(jì)校準(zhǔn)，飛機(jī)性能計(jì)算，飛機(jī)和火箭設(shè)計(jì)，彈道制表和氣象制圖的基礎(chǔ)，假定空氣服從使溫度、壓力和密度與位勢(shì)發(fā)生關(guān)系的理想氣體定律和流體靜力學(xué)方程（2）波蓋爾定律：輻射通過(guò)介質(zhì)時(shí)的消光作用與入射輻射通量、介質(zhì)密度（）及所經(jīng)過(guò)的路徑成正 （6-1）式中，為處的入射輻射通量；為波數(shù)，（）；為光譜質(zhì)量的消光系數(shù)，單位是。由式（6-1）可得輻射衰減規(guī)律 （6-2）式中，為初始入射輻射通量。若介質(zhì)具有均勻的光學(xué)性質(zhì)，則式（6-2）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 （6-3）式中，為光程上單位截面中的介質(zhì)質(zhì)量，為介質(zhì)的光學(xué)厚度。該式稱(chēng)為波蓋爾（Bougner）定律。（3）大氣窗口：，在、、、、、、等波段有較（4）大氣的傳遞函數(shù)：人眼是一個(gè)比較理想的成像系統(tǒng)，對(duì)日間視覺(jué)來(lái)說(shuō)，人眼的閾值對(duì)比度為，大氣的傳遞函數(shù)為 （6-4）式中，為地平面天空亮度與背景亮度之比。由此可見(jiàn)，是和的函數(shù)，與目標(biāo)亮度無(wú)關(guān)，即只與目標(biāo)與探測(cè)器之間的大氣狀態(tài)有關(guān)。6-2填空題（1）大氣一般可劃分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱成層和散逸層，大多數(shù)光電探測(cè)器件工作在對(duì)流層和平流層下部。（2）大氣是由多種元素和化合物混合而成的，大致可分為干結(jié)大氣、水蒸氣、其它懸浮的固體和液體粒子。（3）輻射在大氣中的折射對(duì)光電成像系統(tǒng)的影響主要在長(zhǎng)距離的探測(cè)和遙測(cè)中較為明顯，而在短距離探測(cè)時(shí)，其影響可忽略。（4）常用的吸收帶模式主要包括愛(ài)爾撒司模式、統(tǒng)計(jì)模式、隨機(jī)模式和準(zhǔn)隨機(jī)模式4種。（5）氣象視程是指目標(biāo)與背景的對(duì)比度隨距離的增大而減小到原來(lái)的2%時(shí)的距離。（6）MODTRAN共包含大氣透過(guò)率運(yùn)行模式、熱輻射亮度運(yùn)行模式、帶散射的輻射亮度運(yùn)行模式和太陽(yáng)直射照度運(yùn)行模式4種運(yùn)行模式。（7）人眼視覺(jué)受大氣消光的影響要遠(yuǎn)大于被動(dòng)紅外成像系統(tǒng)受大氣消光的影響。（8）瑞利散射只適用于粒子尺寸小的情況，大氣中瑞利散射粒子主要是氣體分子，該散射與成反比，即短波散射比長(zhǎng)波散射強(qiáng)，故天空呈藍(lán)色。（9）霧滴的半徑遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，其形成的散射與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，故霧呈白色。（10）大氣單條吸收線(xiàn)的形狀主要分為洛倫茲線(xiàn)形、多普勒線(xiàn)形和混合線(xiàn)形。（11）霧天氣條件下的紅外路徑輻射由大氣自身的發(fā)射輻射和大氣散射輻射組成。6-3簡(jiǎn)述大氣層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和大氣的組成。答：依據(jù)溫度垂直分布的特征，大氣層常劃分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱成層和散逸層五個(gè)層次。對(duì)流層對(duì)人類(lèi)活影響最大，天氣過(guò)程主要發(fā)生在這一層，其厚度不到地球半徑的‰，卻集中了約的大氣質(zhì)量和以上的水汽。平流層位于大約范圍內(nèi)，集中了左右的大氣質(zhì)量，水汽已相當(dāng)少，而臭氧含量最為豐富。平流層的溫度變化與對(duì)流層相反，溫度遞減率變?yōu)榱慊蛘帪槠搅鲗禹?。這種溫度結(jié)構(gòu)的空氣十分穩(wěn)定，氣溶膠比較豐富。中間層為平流層頂至范圍，在該范圍內(nèi)溫度隨高度的增加而迅速下降，以上則保持不變或遞增。熱成層又稱(chēng)為電離層或暖層。其范圍自中間層頂至，該層大氣的溫度隨高度的增加而迅速上升，直到高度時(shí)，溫度可接近于左右。散逸層為熱成層以上的大氣層統(tǒng)稱(chēng)為散逸層，近代人造衛(wèi)星的探測(cè)結(jié)果表明，大氣的上界可以擴(kuò)展到處。大氣是由多種元素和化合物混合而成，大致可分為干潔大氣、水蒸氣以及其它懸浮的固體和液體粒子。6-4氣溶膠粒子的垂直分布及尺度分布各指什么？答：垂直分布是指由于重力作用，大氣氣溶膠粒子的濃度隨高度按指數(shù)形式衰減。如表6-1所示為不同地面（）能見(jiàn)度條件下的氣溶膠粒子的特征高度。表6-1不同地面（z=0）能見(jiàn)度條件下的氣溶膠粒子的特征高度地面能見(jiàn)度/km234568101325h0/km0.840.900.950.991.031.101.151.231.45尺度分布是指由于不同尺度（大?。┑牧Ｗ訉?duì)不同波長(zhǎng)光波的散射不同，因此應(yīng)知道氣溶膠粒子尺度分布。6-5輻射在大氣中傳輸主要有哪些光學(xué)現(xiàn)象？試簡(jiǎn)述其產(chǎn)生的物理原因。答：由多種成分組成的大氣是復(fù)雜的光學(xué)介質(zhì)，當(dāng)輻射在這種介質(zhì)中傳輸時(shí)，將產(chǎn)生折射、吸收和散射等物理過(guò)程，從而導(dǎo)致輻射能的衰減，這將使光電成像系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)產(chǎn)生直接誤差。同時(shí)這些現(xiàn)象也反映了大氣的狀態(tài)，為大氣遙感提供了依據(jù)。折射：原本直線(xiàn)前進(jìn)的輻射在穿越大氣層時(shí)，因空氣密度隨著高度變化而產(chǎn)生偏折的現(xiàn)象。吸收和散射：大氣對(duì)輻射強(qiáng)度的衰減主要是由大氣中的各種氣體分子及氣溶膠粒子對(duì)輻射的吸收與散射造成的。當(dāng)輻射在大氣中傳輸時(shí)，分子的選擇性吸收會(huì)導(dǎo)致輻射能衰減；輻射在大氣中遇到氣體分子密度的起伏及微小顆粒，使輻射改變方向（散射現(xiàn)象），從而使傳播方向的輻射能減少。在輻射的傳輸過(guò)程中，輻射與氣體分子和氣溶膠粒子相互作用。從經(jīng)典電子論的角度看，構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子內(nèi)的帶電粒子被準(zhǔn)彈性力保持在其平衡位置附近，并具有一定的固有振動(dòng)頻率。在入射輻射的作用下，原子或分子發(fā)生極化并根據(jù)入射光頻率做強(qiáng)迫振動(dòng)，此時(shí)可能產(chǎn)生兩種形式的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。=1\*GB3①入射輻射轉(zhuǎn)換為原子或分子的次波輻射能。在均勻介質(zhì)中，這些次波疊加的結(jié)果是使光只在折射方向上繼續(xù)傳播，在其他方向上因次波的干涉而相互抵消，所以沒(méi)有消光現(xiàn)象；在非均勻介質(zhì)中，由于不均勻質(zhì)點(diǎn)破壞了次波的相干性，因此在其他方向上出現(xiàn)散射光。在散射情況下，原波的輻射能不會(huì)轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，但輻射能向各方向的散射使沿原方向傳播的輻射能減少。=2\*GB3②入射輻射能轉(zhuǎn)換為原子碰撞的平動(dòng)能，即熱能。當(dāng)共振子發(fā)生受迫振動(dòng)，即入射輻射的頻率等于共振子的固有頻率（）時(shí)，這一過(guò)程會(huì)吸收特別多的能量，入射輻射被吸收而轉(zhuǎn)換為原子或分子的熱能，從而使原方向傳播的輻射能減少。6-6簡(jiǎn)述MODTRAN軟件中的大氣模式。答：MODTRAN共包含4種運(yùn)行模式，具體包括大氣透過(guò)率、熱輻射亮度、帶散射的輻亮度及太陽(yáng)直射照度運(yùn)行模式。大氣透過(guò)率的運(yùn)行模式（）可計(jì)算路徑的總透過(guò)率以及氣體分子帶吸收、連續(xù)吸收、氣溶膠吸收等分量的路徑透過(guò)率。熱輻射亮度運(yùn)行模式（）可計(jì)算路徑大氣輻射的輻亮度和路徑的總透過(guò)率，由于大氣輻射主要在熱紅外波段，故稱(chēng)為大氣熱輻射。熱輻射亮度模式的路徑輻亮度只考慮路徑大氣和地面的熱輻射，帶散射的輻亮度運(yùn)行模式（）的路徑輻亮度不僅考慮了路徑大氣和地面的熱輻射，還增加了路徑外輻射源（如太陽(yáng)、月、地球等）產(chǎn)生的大氣散射輻亮度和地面反射輻亮度。太陽(yáng)直射照度運(yùn)行模式（）可進(jìn)行大氣層外太陽(yáng)正入射的光譜輻照度、太陽(yáng)透過(guò)大氣到達(dá)觀察點(diǎn)的光譜輻照度及路徑透過(guò)率等的計(jì)算。注意，這里的大氣層外太陽(yáng)照度或觀察點(diǎn)太陽(yáng)照度約定為正入射照。6-7解：1）當(dāng)時(shí)a）對(duì)來(lái)說(shuō)：由，查表得飽和水蒸氣含量，則水平路徑：斜程（）：因此，時(shí)的光譜透射比為：水平：斜程：b）對(duì)來(lái)說(shuō)：水平：，斜程：，c）當(dāng)時(shí)，總吸收的光譜透射比為：水平：斜程：2）當(dāng)由上面結(jié)果：水平：斜程：水平：斜程：c）當(dāng)時(shí)，總吸收的光譜透射比為：水平：斜程：6-8解:1)在晴天下，由公式：帶入，x=3km，可求得=0.46再由對(duì)比度公式：帶入=0.3，K=，得=0.0902）同理可得，在陰天條件下：=0.096=0.0886-9解：（1）當(dāng)波長(zhǎng)為時(shí)：a）因?yàn)椋嗜?，，根?jù)透射率公式可得b）這里只取兩個(gè)組元的吸收，即水蒸氣和二氧化碳吸收的透射率，所以有。1）先求水蒸氣的透射率。的飽和水蒸氣密度為，絕對(duì)濕度為：，所以，全路程的可凝結(jié)水的毫米數(shù)為波長(zhǎng)為，可凝結(jié)毫米數(shù)為50mm時(shí)：=0.5482）求二氧化碳的透射率。波長(zhǎng)為，路程長(zhǎng)度為10km時(shí)：=0.9953）可得=0.5480.995=0.545所以，可求得（2）當(dāng)波長(zhǎng)為時(shí)a）根據(jù)透射率公式可得b）波長(zhǎng)為，可凝結(jié)水的毫米數(shù)為50mm時(shí)：=0.508波長(zhǎng)為，路程長(zhǎng)度為10km時(shí)：=1所以：=0.508所以，可求得6-10解：輸入文件：HY1太陽(yáng)散射輻亮度（全波段）.ltn。輸入?yún)?shù)：太陽(yáng)天頂角為0°。中緯度、夏天，23公里能見(jiàn)度，海水溫度300K，反射率0.03。輸出的全波段路徑輻亮度和總透過(guò)率曲線(xiàn)分別如圖（a）和（b）所示。中波、長(zhǎng)波波段的路徑輻亮度是海面和路徑大氣的熱輻射輻亮度之和大氣散射、海面反射均可忽略。（a）輻亮度曲線(xiàn)（b）總透過(guò)率曲線(xiàn)

第7章紅外熱成像技術(shù)7-1名詞解釋?zhuān)?）瞬時(shí)視場(chǎng)：當(dāng)光軸不動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)所能觀察到的空間范圍就是該系統(tǒng)的瞬時(shí)視場(chǎng)。瞬時(shí)視場(chǎng)取決于單元探測(cè)器的尺寸和紅外物鏡的焦距，瞬時(shí)視場(chǎng)是表征系統(tǒng)空間分辨力的物理量。（2）響應(yīng)度：紅外探測(cè)器的響應(yīng)度R用來(lái)表征紅外探測(cè)器對(duì)輻射的敏感程度或紅外探測(cè)器將入射的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能力，是紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)S與入射到紅外探測(cè)器的輻射功率P之比 （7-1）式中，R的單位是或。（3）噪聲等效溫差：由于紅外熱成像系統(tǒng)通過(guò)物體輻射溫度成像，因此系統(tǒng)本身與景象周?chē)妮椛洵h(huán)境將產(chǎn)生噪聲，其對(duì)圖像質(zhì)量均有較大的影響。噪聲等效溫差定義為：溫度為的均勻方形黑體目標(biāo)，處在溫度為的均勻黑體背景中，用紅外熱像儀對(duì)此目標(biāo)進(jìn)行觀察，當(dāng)系統(tǒng)輸出的信噪比為1時(shí)，黑體目標(biāo)和黑體背景的溫差稱(chēng)為噪聲等效溫差。（4）最小可探測(cè)溫差：是綜合評(píng)價(jià)紅外熱成像系統(tǒng)的重要參數(shù)之一。它既描述了系統(tǒng)的熱靈敏特性，又反映了系統(tǒng)的空間分辨能力，是目標(biāo)尺寸的函數(shù)。其定義為：在觀察者的觀察時(shí)間不受限制的情況下，當(dāng)在系統(tǒng)顯示屏上恰好能分辨出一定尺寸的方形或圓形目標(biāo)及所處的位置時(shí)，目標(biāo)與背景的溫差稱(chēng)為對(duì)應(yīng)目標(biāo)尺寸的最小可探測(cè)溫差，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （7-2）式中，表示方塊目標(biāo)經(jīng)系統(tǒng)所成的像的相對(duì)平均值。7-2填空題（1）紅外熱成像系統(tǒng)主要包括光學(xué)系統(tǒng)與掃描器、紅外探測(cè)器與探測(cè)器電子線(xiàn)路、數(shù)字化子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)和圖像重建子系統(tǒng)等。（2）表征紅外探測(cè)器性能的基本參數(shù)有響應(yīng)度、噪聲等效功率、探測(cè)率、光譜響應(yīng)、響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)等。（3）紅外熱成像系統(tǒng)中的掃描器有物方掃描（簡(jiǎn)稱(chēng)物掃）和像方掃描（簡(jiǎn)稱(chēng)像掃）兩種基本掃描方式。（4）紅外光子探測(cè)器一般用半導(dǎo)體材料制成，利用響應(yīng)元內(nèi)的電子直接吸收紅外輻射的光子能量來(lái)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致電導(dǎo)改變或電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，完成對(duì)入射輻射的度量。（5）根據(jù)感光元件的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)方式，紅外熱成像系統(tǒng)可分為光子探測(cè)成像系統(tǒng)和熱探測(cè)成像系統(tǒng)。（6）根據(jù)不同的工作原理劃分，紅外熱成像系統(tǒng)可分為光機(jī)掃描型紅外熱成像系統(tǒng)和非掃描型紅外熱成像系統(tǒng)。（7）一個(gè)紅外探測(cè)器至少有一個(gè)對(duì)紅外輻射產(chǎn)生敏感效應(yīng)的物體，稱(chēng)為響應(yīng)元。（8）紅外探測(cè)器的響應(yīng)僅依賴(lài)于吸收的輻射功率，與輻射的光譜分布無(wú)關(guān)。（9）常用的紅外熱成像系統(tǒng)的性能指標(biāo)有噪聲等效溫差、調(diào)制傳遞函數(shù)、最小可分辨溫差和最小可探測(cè)溫差等。（10）在紅外熱成像系統(tǒng)中，最小可分辨溫差是綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的溫度分辨力和空間分辨力的主要參數(shù)。7-3紅外熱成像系統(tǒng)的工作原理是什么？答：紅外熱成像系統(tǒng)通常包括5個(gè)主要的子系統(tǒng)：光學(xué)系統(tǒng)與掃描器、紅外探測(cè)器與探測(cè)器電子線(xiàn)路、數(shù)字化子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)和圖像重建子系統(tǒng)。其中，光學(xué)系統(tǒng)先將景物的紅外輻射匯集起來(lái)，再經(jīng)過(guò)光譜濾波和光機(jī)掃描，聚焦到探測(cè)器陣列上。探測(cè)器將強(qiáng)弱不等的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大和視頻處理形成視頻信號(hào)，送到顯示器上顯示。通常，光機(jī)掃描器包括兩個(gè)掃描鏡組：垂直掃描器和水平掃描器，且位于光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器之間。7-4紅外物鏡系統(tǒng)有哪些類(lèi)型？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：1）透射式光學(xué)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)擋光、球面鏡加工容易、通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)各種像差容易消除，但該類(lèi)系統(tǒng)的光量損失較大、裝配和調(diào)整較困難。2）反射式光學(xué)系統(tǒng)。反射式系統(tǒng)對(duì)材料要求不高、重量輕、成本低、光量損失小、不存在色差；但中心有擋光、軸外像差大，難以滿(mǎn)足大視場(chǎng)大孔徑成像的需要。3）折反射組合式光學(xué)系統(tǒng)。用球面鏡取代非球面鏡，并用補(bǔ)償透鏡來(lái)校正球面反射鏡的像差，可以獲得好的像質(zhì)。但是該類(lèi)系統(tǒng)的體積較大、成本較高、加工難度也較大。7-5試比較制冷型紅外探測(cè)器和非制冷型紅外探測(cè)器各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。答：制冷型紅外探測(cè)器需要制冷設(shè)備，在低溫下才能正常工作，對(duì)溫度穩(wěn)定性的要求較高，同時(shí)制冷型紅外探測(cè)器的材料（如

HgCdTe、InSB、AlGaAs）生產(chǎn)困難，導(dǎo)致系統(tǒng)成本高、功耗大、可靠性低，難以實(shí)現(xiàn)小型化；非制冷型紅外探測(cè)器采用大面陣的焦平面陣列，無(wú)須制冷系統(tǒng)和掃描裝置，可靠性大大提高，且具有體積小、質(zhì)量小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。7-6對(duì)于不同的紅外熱成像系統(tǒng)而言，噪聲等效溫差（NETD）與系統(tǒng)噪聲有什么關(guān)系？答：對(duì)于掃描型熱成像系統(tǒng)，它的噪聲分布在各個(gè)分系統(tǒng)中，由于掃描的作用，可以用時(shí)間性噪聲來(lái)表示；應(yīng)用噪聲功率譜，把系統(tǒng)噪聲等效為一個(gè)噪聲源，插入探測(cè)器后，一般用測(cè)量NETD時(shí)的基準(zhǔn)參考電子濾波器模擬一代熱成像系統(tǒng)的探測(cè)器后續(xù)系統(tǒng)的濾波效果。最后可以使用NETD與系統(tǒng)噪聲的帶寬來(lái)求出系統(tǒng)噪聲。對(duì)凝視型熱成像系統(tǒng)而言，二代NETD測(cè)量點(diǎn)往往被典型地設(shè)在視頻信號(hào)輸出口，系統(tǒng)顯示之前，NETD已不足掃描系統(tǒng)噪聲。首先，NETD的測(cè)量和計(jì)算都要求一個(gè)基準(zhǔn)參考濾波器，以之來(lái)模擬后續(xù)的系統(tǒng)信號(hào)處理電路，而事實(shí)上，二代熱成像系統(tǒng)的信號(hào)處理往往已出現(xiàn)在NETD的測(cè)量點(diǎn)之前；其次，從信號(hào)處理不均勻和焦平面不均勻性出來(lái)后的噪聲對(duì)系統(tǒng)噪聲有重大貢獻(xiàn)，甚至占據(jù)主要地位，而NETD顯然不能描述這些噪聲。7-7紅外熱成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)由哪幾部分組成？答：紅外熱成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）主要由光學(xué)系統(tǒng)的制傳遞函數(shù)（）、探測(cè)器的制傳遞函數(shù)（）、電路的制傳遞函數(shù)（）和顯示器的制傳遞函數(shù)（）這4個(gè)組成部分決定。整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)為：7-8MCT探測(cè)器的光敏面為直徑為0.5mm的圓，黑體輻射在光敏面的強(qiáng)度（功率密度）為13.5W/cm2,選頻放大器的通帶寬度，信噪比（VS+VN）/VN=100，求D*.解：探測(cè)器的光敏面積，則入射到探測(cè)器的輻射功率可得歸一化探測(cè)率：。

第8章紅外偏振成像的原理與技術(shù)8-1名詞解釋?zhuān)?）橢圓偏振光：電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)和方向都在有規(guī)律地變化，光矢量的末端沿著一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)的光稱(chēng)為橢圓偏振光。（2）自然光：若任意方向的電矢量E均可分為平行與垂直兩個(gè)方向的分量，而且電矢量的時(shí)間平均值相等，則這種光就是自然光，也稱(chēng)為非偏振光。（3）布儒斯特定律：光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，發(fā)生發(fā)射和折射現(xiàn)象。自然光在兩種各向同性媒質(zhì)分界面上反射、折射時(shí)，反射光和折射光都是部分偏振光。當(dāng)滿(mǎn)足某種條件時(shí)，反射光為振動(dòng)垂直于入射面的線(xiàn)偏振光。該條件為：反射光與折射光相互垂直，即入射角的正弦值等于該式即為布儒斯特定律。圖8-1電磁波的反射與折射8-2填空題（1）當(dāng)自然光正入射和掠入射時(shí)，反射光和折射光是自然光；在一般情況下入射時(shí)，反射光和折射光是部分偏振光。（2）光矢量方向不變、大小隨相位變化的光稱(chēng)為線(xiàn)偏振光。（3）在斯托克斯的4個(gè)參數(shù)中，I表示總的光強(qiáng)度，Q表示與方向的線(xiàn)偏振光分量之差，U表示與方向的線(xiàn)偏振光分量之差，V表示右旋與左旋圓偏振光分量之差。在一般工程計(jì)算中，可以認(rèn)為V為0。（4）密勒矩陣可以表示入射光的斯托克斯矢量通過(guò)偏振元件時(shí)的變化。（5）物體的偏振特性與其材料類(lèi)別、表面粗糙度、幾何形狀及內(nèi)部機(jī)理等密切相關(guān)，人工目標(biāo)的偏振度要高于自然目標(biāo)的偏振度。（6）按照偏振量獲取數(shù)量的不同，偏振成像方式可以分為2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)偏振量的成像方式和凝視型4種方式。（7）當(dāng)溫度相同時(shí)，水面油膜的偏振角明顯低于清水的偏振角，其同時(shí)隨溫度的升高而增加。8-3簡(jiǎn)單描述光的偏振的形成過(guò)程。答：對(duì)于縱波來(lái)說(shuō)，在通過(guò)波的傳播方向的所有平面內(nèi)，波的運(yùn)動(dòng)情況都是相同的，其中沒(méi)有一個(gè)平面顯示出特殊性，即縱波具有對(duì)稱(chēng)性。對(duì)于橫波來(lái)說(shuō)，通過(guò)波的傳播方向且包含振動(dòng)矢量的那個(gè)平面顯然和不包含振動(dòng)矢量的其他平面存在區(qū)別，這說(shuō)明波的振動(dòng)方向?qū)鞑シ较驔](méi)有對(duì)稱(chēng)性。振動(dòng)方向?qū)鞑シ较虻牟粚?duì)稱(chēng)性稱(chēng)為偏振，它是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，在光與物質(zhì)的相互作用中起主要作用的是電場(chǎng)矢量，因此一般情況下主要研究光波的電場(chǎng)矢量，在空間任意一點(diǎn)，電場(chǎng)矢量的大小和方向隨時(shí)間變化的方式稱(chēng)為光的偏振，通常用電場(chǎng)矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡來(lái)描述，由此偏振光可以分為線(xiàn)偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光，此外，光的宏觀偏振態(tài)還有自然光、部分偏振光。8-4光的偏振有幾種形式？答：通常用電場(chǎng)矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡來(lái)描述偏振，由此偏振光分為線(xiàn)偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光、部分偏振光。8-5偏振光的產(chǎn)生方式是什么？答：一般的光源（如太陽(yáng)、電燈、蠟燭）所發(fā)出的光通常是自然光，自然光在與物質(zhì)相互作用的過(guò)程中，如在發(fā)生反射、折射等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生部分偏振光或線(xiàn)偏振光。（1）反射及折射產(chǎn)生的偏振光：一束非偏振光入射到介質(zhì)表面并發(fā)生反射時(shí)（非正入射或掠入射），反射光和折射光均為部分偏振光；（2）紅外輻射產(chǎn)生的偏振光：根據(jù)基爾霍夫定律，物體的輻射率與其反射率有密切的關(guān)系，反射率不同可以引起反射輻射中偏振量的不平衡，從而產(chǎn)生偏振效應(yīng)。8-6紅外偏振成像與光強(qiáng)成像有什么不同？紅外光強(qiáng)成像：紅外熱成像系統(tǒng)利用景物各部分的溫度和輻射發(fā)射率的差異形成反映物體溫度分布和表面特征的熱輻射圖像。紅外偏振成像：紅外偏振成像利用目標(biāo)的紅外偏振特性進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別。紅外偏振圖像可以通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)紅外成像儀中的輻射強(qiáng)度信息進(jìn)行不同方向的偏振濾波，再進(jìn)行解算而得到。8-7請(qǐng)給出斯托克斯公式的推導(dǎo)過(guò)程。答：具體推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)書(shū)8.2.2小節(jié)中公式（8-33）到（8-43）。8-8簡(jiǎn)述紅外偏振成像的基本原理。答：不同表面特性的物體具有不同的偏振特性，在紅外波段的目標(biāo)反射及自身輻射電磁波的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生由自身特性所決定的偏振特性。紅外偏振成像利用目標(biāo)的紅外偏振特性進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別。對(duì)于任意目標(biāo)，只要從一個(gè)表面反射或折射，從一定的角度觀測(cè)，紅外輻射就會(huì)產(chǎn)生偏振光。利用這一原理，可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行紅外偏振成像。8-9略。

第9章紅外仿真技術(shù)9-1名詞解釋?zhuān)?）仿真：仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿，是對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)或某種特性的特定描述。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，仿真是一個(gè)相對(duì)的概念，任何逼真的仿真都只是對(duì)真實(shí)系統(tǒng)部分屬性的逼近。實(shí)際上，仿真是一個(gè)迭代的過(guò)程，即針對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)某一層次的特性，抽象出一個(gè)模型，通過(guò)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、判斷等不斷地修正模型及模型參數(shù)，直至迭代到滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)者對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)某一層次的仿真目的為止。（2）仿真模型：仿真模型的建立是一個(gè)算法設(shè)計(jì)的過(guò)程，目的是讓計(jì)算機(jī)能夠?qū)ο到y(tǒng)模型進(jìn)行接收和識(shí)別。由于在算法的設(shè)計(jì)過(guò)程中常常存在誤差，因此該模型實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的二次簡(jiǎn)化模型。仿真模型是對(duì)被仿真對(duì)象相似物或其結(jié)構(gòu)形式的一種模擬，其可以是物理模型，也可以是數(shù)學(xué)模型，但并不是所有對(duì)象都能建立物理模型。（3）仿真實(shí)驗(yàn)：仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是對(duì)模型運(yùn)算能力的一種體現(xiàn)，常常指所用的仿真軟件。該軟件可以是面向通用仿真的，也可以是面向某個(gè)領(lǐng)域的，只要可以為仿真技術(shù)提供算法支持、能夠描述模型和控制仿真實(shí)驗(yàn)即可。仿真實(shí)驗(yàn)是指通過(guò)實(shí)驗(yàn)可觀察系統(tǒng)模型的各變量變化的全過(guò)程。為了尋求系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，常常要在仿真模型上進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。（4）半實(shí)物仿真：又稱(chēng)數(shù)學(xué)物理仿真或混合仿真，是指將數(shù)學(xué)模型、物理模型和實(shí)體結(jié)合起來(lái)的復(fù)雜仿真。該類(lèi)仿真可提高仿真的可信度，適用于一些難以建模的實(shí)體。9-2填空題（1）仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿，是對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)或某種特性的特定描述。（2）按照研究對(duì)象，仿真可分為實(shí)物仿真、數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真；按照仿真系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí)間尺度上的關(guān)系，仿真可分為實(shí)時(shí)仿真、欠實(shí)時(shí)仿真和超實(shí)時(shí)仿真。（3）仿真技術(shù)的基本要素有實(shí)際/假設(shè)系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)。（4）地表與外界環(huán)境的熱量交換通常是通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)進(jìn)行的。（5）紅外紋理圖像中的平均灰度值由物體紅外輻射的平均值決定，灰度的空間分布由紅外輻射的方差決定，而紅外紋理的空間結(jié)構(gòu)由相關(guān)長(zhǎng)度決定。（6）JRM是一套基于物理計(jì)算的紅外場(chǎng)景特性合成仿真工具，可以模擬各種傳感器，能夠生成復(fù)雜場(chǎng)景的高分辨率可見(jiàn)光圖像、紅外圖像及SAR圖像。（7）JRM模塊主要包括JRM材質(zhì)庫(kù)、場(chǎng)景紅外特性建模工具（SigSim）、場(chǎng)景建模和材質(zhì)分類(lèi)工具（GenesisMC）、傳感器建模工具（SenSim）和場(chǎng)景紅外特性合成和渲染工具（OSV）。（8）地表與外界環(huán)境的熱量交換主要有太陽(yáng)短波輻射、大氣長(zhǎng)波輻射、低空大氣和地表的對(duì)流換熱、地表向地下的熱傳導(dǎo)、潛熱交換及地表自身向外界的輻射。9-3仿真技術(shù)的作用是什么？答：仿真技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在：（1）驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（2）重現(xiàn)系統(tǒng)故障，發(fā)現(xiàn)故障原因；（3）評(píng)價(jià)或分析系統(tǒng)性能，預(yù)測(cè)系統(tǒng)特性及其影響；（4）訓(xùn)練系統(tǒng)操作人員。9-4簡(jiǎn)述目標(biāo)與背景的數(shù)學(xué)仿真過(guò)程。答：（1）目標(biāo)數(shù)學(xué)仿真的方法根據(jù)不同目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)和工作原理及是否有內(nèi)部熱源等特點(diǎn)，考慮其與周?chē)尘暗哪芰拷粨Q關(guān)系（導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、太陽(yáng)輻射、大氣輻射等），建立描述目標(biāo)溫度分布的數(shù)學(xué)模型，求解目標(biāo)的溫度場(chǎng)，并根據(jù)目標(biāo)表面材料的紅外輻射特征參數(shù)，計(jì)算其紅外輻射特征，目標(biāo)的數(shù)學(xué)仿真建模過(guò)程如下圖所示。圖9-1目標(biāo)的數(shù)學(xué)仿真建模過(guò)程（2）背景數(shù)學(xué)仿真的方法目標(biāo)和背景是相對(duì)的概念。根據(jù)背景的類(lèi)型，如自然地表、水面、雪地、叢林等，考慮其與周?chē)h(huán)境的能量交換關(guān)系，建立背景的溫度分布計(jì)算模型，利用背景表面的紅外輻射特征數(shù)據(jù)建立背景的紅外輻射特征模型，背景的數(shù)學(xué)仿真建模過(guò)程如下圖所示。圖9-2地面背景的數(shù)學(xué)建模過(guò)程9-5如何進(jìn)行紅外地表仿真？答：（1）分析環(huán)境輻射對(duì)地表的影響，即地表與外界環(huán)境的熱量交換，進(jìn)而建立地表溫度場(chǎng)模型，研究地表溫度場(chǎng)；（2）為了更加逼真地仿真紅外圖像，將從可見(jiàn)光圖像中得到的灰度分布信息應(yīng)用到求地表溫度場(chǎng)的過(guò)程中，得到已知均值和方差的地表溫度場(chǎng)分布特性，再用紅外溫度-輻射模型和紅外輻射灰度映射模型生成加入大氣衰減與環(huán)境干擾的紅外圖像，具體算法如下：首先建立地表紅外輻射模型然后利用地表紅外輻射模型計(jì)算得到24地表溫度均值曲線(xiàn)，假設(shè)24地表溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線(xiàn)為；然后由可見(jiàn)光圖像求出圖像的灰度均值和標(biāo)準(zhǔn)差；再令；地表24溫度場(chǎng)；最后由溫度場(chǎng)得到紅外仿真圖像9-6如何利用JRM軟件對(duì)地表背景的紅外輻射特性進(jìn)行仿真？答：目標(biāo)與背景的紅外輻射仿真步驟，主要利用GenesisMC和JRM材質(zhì)庫(kù)，對(duì)目標(biāo)和背景紅外輻射特征進(jìn)行映射。以T72紅外特征為例，T72坦克主要熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)、履帶等。首先導(dǎo)入T72坦克的紋理，然后使用GenesisMC進(jìn)行熱源標(biāo)記和熱邊界識(shí)別。通過(guò)熱源賦予材質(zhì)、最終把材質(zhì)和熱特性信息存儲(chǔ)為MCM編碼的紋理圖片。建立好模型后，可以預(yù)覽建立的模型，并根據(jù)需要調(diào)整。9-7紅外建模涉及的光學(xué)參數(shù)和探測(cè)器有哪些？答：（1）光學(xué)類(lèi)（Optics）參數(shù)motionMTF：運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，指由物體與成像傳感器之間的運(yùn)動(dòng)所造成的成像信息的調(diào)制特性。aero-opticaleffects：氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，當(dāng)光波在飛行器周?chē)鲌?chǎng)中傳輸時(shí)，氣體介質(zhì)密度的變化會(huì)導(dǎo)致光波前發(fā)生畸變，從而對(duì)機(jī)載或其他運(yùn)動(dòng)載體的光學(xué)系統(tǒng)成像性能產(chǎn)生不利影響，這種作用稱(chēng)為氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)。transmittance/emittance：透射率/發(fā)射率，透射率是指光穿過(guò)透光介質(zhì)之后其出射光功率與入射光功率的比值，發(fā)射率是指物體通過(guò)表面向外輻射的電磁能與同溫度的黑體在相同條件下所輻射的電磁能的比值。STF：信號(hào)傳遞函數(shù)，用來(lái)描述場(chǎng)景輻射量值到成像系統(tǒng)輸出信號(hào)的能量傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程的函數(shù)。diffractionMTF：衍射調(diào)制傳遞函數(shù)，指光學(xué)系統(tǒng)衍射造成的成像信號(hào)的調(diào)制特性。designblurMTF：圖樣模糊的調(diào)制傳遞函數(shù)。vibrationMTF：振動(dòng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，用來(lái)描述振動(dòng)造成的成像信號(hào)的調(diào)制特性。（2）探測(cè)器類(lèi)（Detector）參數(shù)detectorIFOVsampling：探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)采樣，每個(gè)探測(cè)單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)瞬時(shí)視場(chǎng)，探測(cè)器通過(guò)瞬時(shí)視場(chǎng)對(duì)空間進(jìn)行劃分并采樣。detectorMTF：探測(cè)器調(diào)制傳遞函數(shù)，通常用來(lái)描述探測(cè)器的信號(hào)調(diào)制特性。detectorpitch：探測(cè)器像元間距。spectralresponse/efficiency：光譜響應(yīng)度/光譜響應(yīng)效率，指光陰極量子效率與入射波長(zhǎng)之間的關(guān)系。NET-calibrated(1/f

)n&whitenoise：噪聲等效溫度與白噪聲，噪聲等效溫度一般指在信號(hào)處理電路中，把噪聲等效為一個(gè)溫度為T(mén)的電阻的熱噪聲，這時(shí)把該溫度稱(chēng)為噪聲等效溫度，白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。back-endfiltering：后置濾波器。detectornon-uniformity：探測(cè)器非均勻性，是指在相同光照度的情況下，不同探測(cè)器單元的響應(yīng)電壓不同，通常需要非均勻性校正。NUC：非均勻性校正，指通過(guò)一定的算法使得對(duì)于相同的光照度，所有的像元輸出趨于一致。dead-pixels：盲元，通常是指探測(cè)器中一些自生產(chǎn)出來(lái)就不能使用的單元。9-8紅外建模涉及的電子光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)有哪些？答：紅外建模涉及的電子光學(xué)系統(tǒng)（Electronics）參數(shù)：pre-amplifier：前置放大，通常用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步處理。AC-coupling：交流耦合，是指通過(guò)隔直電容耦合，去掉直流分量。boostelexOTF：提舉電路的調(diào)制傳遞函數(shù)，表征提舉電路的調(diào)制特性。displayMTF：顯示設(shè)備的調(diào)制傳遞函數(shù)，表征顯示設(shè)備的調(diào)制特性。AGC/Gain-Level：自動(dòng)增益/自動(dòng)增益水平，一般指自動(dòng)調(diào)解放大器的增益倍數(shù)。real-timedisplay：實(shí)時(shí)顯示，對(duì)采集來(lái)的圖像信息立刻進(jìn)行顯示。9-9數(shù)學(xué)仿真的基本流程是什么？答：首先由目標(biāo)紅外輻射模型和背景紅外輻射模型共同構(gòu)建目標(biāo)與背景合成模型。再由大氣傳輸模型，紅外探測(cè)器參數(shù)與目標(biāo)與背景合成模型共同組建系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的紅外圖像序列。圖9-3目標(biāo)與背景紅外輻射特征數(shù)學(xué)仿真的基本框圖9-10略。

第10章紅外圖像處理技術(shù)10-1名詞解釋。（1）盲元：盲元是指紅外焦平面陣列（IRFPA）中的響應(yīng)過(guò)高或過(guò)低的像素。盲元包括死像素和過(guò)熱像素，死像素是指響應(yīng)率小于1/10的像素，而過(guò)熱像素是指響應(yīng)率大于平均響應(yīng)率的10倍的像素。（2）隨機(jī)共振：隨機(jī)共振是指當(dāng)非線(xiàn)性系統(tǒng)、弱的周期信號(hào)和適量的噪聲三者在一定條件下協(xié)作時(shí)，噪聲通過(guò)非線(xiàn)性系統(tǒng)對(duì)信號(hào)起積極作用的現(xiàn)象。10-2填空題（1）紅外圖像非均勻校正方法可分為基于參照源和基于場(chǎng)景的校正方法。（2）盲元包括死像素和過(guò)熱像素，前者是響應(yīng)率低于1/10的像素，后者是響應(yīng)率大于平均響應(yīng)率的10倍的像素。（3）圖像增強(qiáng)方法一般分為時(shí)間域、空間域和變換域三大類(lèi)。常用的方法有直方圖均衡化、自適應(yīng)分段線(xiàn)性變換、離散小波變換增強(qiáng)方法等。（4）均值濾波、雙邊濾波、中值濾波等是紅外圖像降噪的基本方法。（5）直方圖均衡化的實(shí)質(zhì)是使圖像中灰度概率密度較大的像素向附近灰度級(jí)擴(kuò)展，壓縮了概率密度較小的像素的灰度級(jí)，拉開(kāi)了灰度的層次。（6）Retinex理論將圖像變換到對(duì)數(shù)域處理，主要有對(duì)數(shù)形式接近人眼的亮度感知能力和可以將復(fù)雜的乘積運(yùn)算變換為簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算兩點(diǎn)好處。（7）一般的紅外圖像噪聲模型有高斯噪聲模型、瑞利噪聲模型、伽馬（愛(ài)爾蘭）噪聲模型、指數(shù)分布噪聲模型和均勻分布噪聲模型。（8）雙邊濾波器結(jié)合了空間域?yàn)V波和灰度域?yàn)V波，主要利用空間鄰近函數(shù)和灰度相似函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。10-3紅外圖像具有哪些特點(diǎn)？答：紅外圖像具有以下特點(diǎn)：（1）表征景物的溫度分布（灰度圖像），沒(méi)有立體感，對(duì)人眼而言，分辨率低；（2）受景物熱平衡、波長(zhǎng)、傳輸距離、大氣衰減等因素的影響，紅外圖像的空間相關(guān)性強(qiáng)、對(duì)比度低、視覺(jué)效果模糊；（3）紅外熱成像系統(tǒng)的探測(cè)能力和空間分辨率低于可見(jiàn)光CCD陣列，使得紅外圖像的清晰度低于可見(jiàn)光圖像；（4）外界環(huán)境的隨機(jī)干擾和紅外熱成像系統(tǒng)的不完善，給紅外圖像帶來(lái)多種多樣的噪聲，如熱噪聲、散粒噪聲、噪聲、光子電子漲落噪聲等；（5）由于紅外探測(cè)器中的各像素響應(yīng)特性不一致、光機(jī)掃描系統(tǒng)存在缺陷等，造成紅外圖像具有非均勻性，體現(xiàn)為圖像具有固定空間噪聲、串?dāng)_、畸變等。10-4紅外圖像的非均勻性產(chǎn)生的原因主要有哪些？答：從信號(hào)傳遞的過(guò)程來(lái)看，首先是探測(cè)器像素響應(yīng)率存在不一致性，紅外焦平面陣列由成千上萬(wàn)個(gè)像素組成，由于各像素的響應(yīng)參數(shù)不盡相同，因此即使在均勻輸入的情況下，各像素的響應(yīng)也不一致，這是導(dǎo)致紅外焦平面陣列非均勻性的主要因素；其次是讀出電路自身及讀出電路和探測(cè)器存在耦合因素等。10-5紅外圖像的非均勻性校正方法有哪些？原理是什么？答：10-6紅外圖像的常見(jiàn)噪聲模型有哪些？答：紅外圖像的常見(jiàn)噪聲模型有：高斯噪聲，瑞利噪聲，伽馬(愛(ài)爾蘭)噪聲，指數(shù)分布噪聲，均勻分布噪聲，脈沖噪聲(椒鹽噪聲)等。10-7基于雙邊濾波器的紅外圖像降噪處理步驟是什么？答：雙邊濾波（Bilateralfilter）是一種非線(xiàn)性的濾波方法，同時(shí)考慮空域信息和灰度相似性，達(dá)到保邊去噪的目的。雙邊濾波的主要步驟是：（1）用空間域低通濾波器（空間鄰近函數(shù)）用來(lái)計(jì)算由中心像素與鄰域像素存在空間距離差所產(chǎn)生的權(quán)值；（2）用灰度域低通濾波器（灰度相似函數(shù)）用來(lái)表示由中心像素與鄰域像素存在灰度差所產(chǎn)生的權(quán)值；（3）得到空間鄰近度計(jì)算的權(quán)值和像素值相似度計(jì)算的權(quán)值的乘積，優(yōu)化后的權(quán)值再與圖像作卷積運(yùn)算，從而達(dá)到保邊去噪的效果。10-8基于閾上隨機(jī)共振的紅外圖像降噪處理步驟是什么？答：本方法的關(guān)鍵在于通過(guò)多次隨機(jī)共振從被背景噪聲淹沒(méi)的紅外圖像中“揀”出有用的弱信號(hào)，而發(fā)生隨機(jī)共振需要有合適的噪聲。所以，面臨的問(wèn)題是添加何種類(lèi)型的噪聲、如何獲得合適的噪聲強(qiáng)度。（1）添加噪聲。第次噪聲添加得：式中，，，、分別是圖像的均值和方差。是噪聲函數(shù)，（2）對(duì)進(jìn)行二值化得到：。其中，（3）經(jīng)過(guò)次計(jì)算后，再求出最后的隨機(jī)共振結(jié)果：10-9略。

第11章紅外圖像融合技術(shù)11-1名詞解釋?zhuān)?）圖像融合：圖像融合是指將多源信道采集到的關(guān)于同一目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)處理等，最大限度地提取各自信道中的有利信息，最后綜合成高質(zhì)量的圖像，以提高圖像信息的利用率、計(jì)算機(jī)的解譯精度和可靠性、原始圖像的空間分辨率與光譜分辨率，利于監(jiān)測(cè)。（2）偏差熵：偏差熵反映了兩幅圖像像素的偏差程度，同時(shí)也反映了兩幅圖像信息量的偏差度，公式如下。單一偏差熵 （11-1）總體均方根偏差熵 （11-2）總體算術(shù)平均偏差熵 （11-3）總體幾何平均偏差熵 （11-4）總體調(diào)和平均偏差熵 （11-5）式中，分別為融合圖像與兩幅原始圖像的偏差熵。（3）特征級(jí)融合：特征級(jí)融合先對(duì)來(lái)自傳感器的原始信息進(jìn)行特征提取，然后對(duì)特征信息進(jìn)行綜合分析和處理。特征級(jí)數(shù)據(jù)融合又分為目標(biāo)狀態(tài)數(shù)據(jù)融合和目標(biāo)特性數(shù)據(jù)融合。目標(biāo)狀態(tài)數(shù)據(jù)融合主要應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，它首先對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。11-2填空題（1）信息融合分為三個(gè)層次，即像素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)。（2）常用的圖像融合方法包括HIS變換法、主成分分析融合法、代數(shù)法、小波變換法、擬態(tài)融合法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和圖像金字塔算法等。（3）圖像融合的應(yīng)用范圍有多聚焦圖像的處理、醫(yī)療診斷、軍事應(yīng)用和隱匿武器偵查。（4）由于圖像的許多細(xì)節(jié)表現(xiàn)與相鄰像素之間的取值具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此在融合中心像素時(shí)需要考慮相鄰其他像素的取值。（5）基于信息量的圖像融合效果評(píng)價(jià)參數(shù)有熵、交叉熵、相關(guān)熵、偏差熵和聯(lián)合熵等。（6）支持度變換是在最小二乘支持向量機(jī)的基礎(chǔ)上提出的一種圖像多尺度變換方法，同小波變換相比，其具有平移不變性、不會(huì)產(chǎn)生振鈴效應(yīng)、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。（7）隨著融合層次的提高，要求數(shù)據(jù)的抽象性越高，對(duì)探測(cè)器的同質(zhì)性要求越低。11-3如何選擇評(píng)價(jià)圖像融合效果的方法？答：圖像融合效果的評(píng)價(jià)是一項(xiàng)比較困難的工作，需要尋找一些可以客觀地評(píng)價(jià)圖像融合效果的方法，使計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)選取適合當(dāng)前圖像的、效果最佳的算法，從而為不同場(chǎng)合下選擇不同算法提供依據(jù)，也為一些融合算法的研究提供理論基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)方法的選取與圖像融合的目的緊密相關(guān)。圖像融合的目的不同，評(píng)價(jià)方法也不同，主要有以下幾個(gè)方面：①降噪處理：一般而言，從傳感器得到的圖像都是有噪聲的圖像，而后續(xù)的圖像處理一般要求噪聲在一定范圍內(nèi)，因此，可以采用融合的方法來(lái)降低噪聲，提高信噪比。對(duì)于這種情況，一般采用基于信噪比的評(píng)價(jià)方法。②提高分辨率：提高分辨率是圖像融合的一個(gè)重要目的，有時(shí)從衛(wèi)星得到的紅外圖像的分辨率不高，這就要求將其他傳感器得到的圖像（如光學(xué)圖像、合成孔徑圖像等）與紅外圖像進(jìn)行融合