光电测试考试资料整理

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1、光电测试考试资料整理第一章：1. 试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。答 :1 电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题2 收到的 限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像 。 除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外 ，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在 X 射线 (Roen

2、tgen 射线 ) 与 y 射线 (Gamma 射线 ) 波段 。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？答 ： 1 应用 ： (1) 人眼的视觉特性 (2) 各种辐射源及目标 、 背景特性 (3) 大气光学特性对辐射传输的影响 (4) 成像光学系统 (5) 光辐射探测器及致冷器 (6) 信号的电子学处理 (7) 图像的显示2 突破了人眼的限制 : (1) 可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力 (2) 可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力 (3) 可以捕捉人眼无法分辨的细节 (4

3、) 可以将超快速现象存储下来3. 光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？答 ： 1 直视型 ： 用于直接观察的仪器中 ， 器件本身具有图像的转换 、 增强及显示等部分 ， 可直接显示输出图像 ， 通常使用光电发射效应，也成像管 .2 电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像 .4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。答： 1 变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。 2 像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像

4、增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像 。 3 异同 、 相同点 ： 二者均属于直视型光电成像器件 。 不同点 ： 主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。5. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？答： 1 转换系数（增益） 2 光电灵敏度（响应度）峰值波长，截止波长6. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？答 ： 主要包括 ： (1) 散粒噪声 (2) 产生一复合噪声 (3) 温度噪声 (4) 热噪声 (5) 低频噪声 (1/f 噪声 )(6) 介质损耗噪声 (7) 电荷藕合

5、器件 (CCD) 的转移噪声第二章 :1. 人眼的视觉分为哪三种响应？明 、 暗适应各指什么？答 ： 1 三种响应 ： 明视觉 、 暗视觉 、 中介视觉 。 人眼的明暗视觉适应分为 明 适应和暗适应 2 明 适应 ： 对视场亮度由暗突然到亮的适应 , 大约需要 23 min 3 暗适应 ： 对视场亮度由亮突然到暗的适应 , 暗适应通常需要 45 min , 充分暗适应则需要一个多小时。2. 何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？答： 1 人眼的绝对视觉阈 ： 在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。 2 阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，

6、察觉概率为 50% 时，不同背景亮度下的对比度。 3 光谱灵敏度（光谱光视效率 ） ：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应 ） 。3. 试述人眼的分辨力的定义及其特点。答： 1 定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角 ，其倒数为人眼分辨力。2 特点：眼睛的分辨力与很多因素有关 , 从内因分析 , 与眼睛的构造有关 ( 此处不再讨论 ) 。从外因分析 , 主要是决定于目标的亮度与对比度 , 但眼睛会随外界条件的不同 , 自动进行适应 , 因而可得到不同的极限分辨角 。 当背景亮度降低或对比度减小时 , 人眼的分辨力显著地降低 。 于中央凹处人眼的分辨力最高 , 故人眼在观察

7、物体时 , 总是在不断地运动以促使各个被观察的物体依次地落在中央凹处 , 使被观察物体看得最清楚。4. 简述下列定义： (1) 图像信噪比 (2) 图像对比度 (3) 图像探测方程答 :1 图像信噪比 : 图像信号与噪声之比 2 图像 对比度 : 指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小。3 当关系式成立时，表明图像可探测到，反之将不能探测。5. 目标搜索的约翰逊准则把探测水平分为几个等级？各是怎么定义的？答：分为四个等级分别为： 1 探测（发现 ） ：在视场中发现一个目标 2 定向：可大致区分目标是否对称及方位 3 识别：可将目标分类 4

8、辨别：可区分出目标型号及其他特征6. 人眼的凝视时间和瞥见时间答：搜索时，人眼注视一点后迅速地移到另一点进行注视，这一过程称为扫视，固定的注视称为凝视，被凝视的点称为凝视中心，凝视时间称瞥见时间。根据实验，通常人眼大约以每秒三点间断地移动，瞥见时间约为 1/3 s 。第三章：1. 波长为 0.7 m 的 1W 辐射能量约为多少光子 / 秒 ?答：2. 通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段？如：红外，可见光波长是什么？答：3. 试述辐射度量与光度量的联系和区别。答： 光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量 , 不受人眼主观视觉的

9、限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学 ） 。光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。4. 根据物体的辐射发射率可将物体分为哪几种类型？答： 通常 , 依发射率与波长的关系 , 将地物分为三种类型。1 黑体或绝对黑体 , 其发射率 =1 , 即黑体发射率对所有波长都是一个常数 , 并且等于 1 .2 灰体 , 其发射率 = 常数1 （ 因吸收率 1 ） 。 即灰体的发射率始终小于 1 , 不随波长变化 3 选择性辐射体 , 其发射率随波长而变化 , 而且 1 （因吸收率 也随波长而变化并且 1

10、 ） 。9 . 试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。答 ： 1 普朗克辐射定律 ： 普朗克定律描述了黑体辐射的光谱分布规律 ， 是黑体辐射理论的基础 2 斯蒂芬一玻尔兹曼定律：表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度 T 的四次方成正比 3 维恩位移定律：单色辐射出射度最大值对应的波长 m l4 斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律 : 表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关12 . 星的等级是如何定义的？ 8 等星的照度为多少？答 :1 （ 1 ）星的亮度用星等衡量，以在地球大气层外所接收的星光辐射产生的照度来衡得。（ 2 ）规定星等相差五等照度比为 100

11、倍，即相邻两等星得照度比为 2.512 倍。（ 3 ）规定零等星的照度为 2.65X10 -4 lx ，比零等星亮的星等为负。2 8 等星的吧照度为 -13. 黑体是什么，维恩位移公式，黑体辐射的计算答 ： 1 黑体模型的原理如下 ： 取工程材料 （ 它的吸收率必然小于黑体的吸收率 ） 制造一个球壳形的空腔 ， 使空腔壁面保持均匀的温度，并在空腔上开一个小孔。射入小孔的辐射在空腔内要经过多次的吸收和反射，而每经历一次吸收，辐射能就按照内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为所投入的辐射完全在空腔内部被吸收。2 简化的普朗克公式： 光辐射的计算： -（ 1 ）求出在

12、 T 温度下的峰值波长 （ 2 ）由要求的波段选择相应的波长（ 3 ）查黑体表，确定辐射出射度 （ 4 ）反复（ 2 ）步骤，求出所有波长的辐射出射度（ 5 ）绘制 T 温度下的黑体光谱辐射曲线 波段辐射的计算（ 1 ）求出峰值波长（ 2 ）求出 2 个 Z （ X ）函数（ 3 ）利用公式求出在某个波段的辐射出射度第四章：1. 简述下述名词：1 气溶胶粒子 : 大气中悬浮着的半径小于几十微米的固体和及液体粒子。2 绝对湿度 : 单位体积空气中所含水蒸汽的质量 , 叫做空气的 “ 绝对湿度 ” 。3 相对湿度 : 空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值 , 叫 做空气的 “

13、 相对湿度 ” 。4 波盖尔定律 : 辐射通过介质的消光作用与入射辐射能量、衰减介质密度和所经过的路径成正比5 大气窗口 : 大气窗口是指太阳辐射通过大气层未被反射 、 吸收和散射的 那些透射率高的光辐射波段范围 。6 大气传递函数 : 反映大气消光使目标与背景的对比度下降的程度 。 右式中 , K 为地平天空亮度与背景亮度之比。所以 Tc 是 K 和透过率 的函数 , 与目标亮度无关。2 . 辐射在大气中传输主要有哪些光学现象？试简述其产生的物理原因？答：主要有吸收和散射。 产生原因： 大气中吸收太阳辐射的主要成分是氧气、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等 ， 对长波辐射的主要吸收成分是水汽、二氧

14、化碳和臭氧。不同气体对不同波段辐射的吸收作用也不同。这种性质称为大气对辐射能的选择吸收。散射作用的强弱取决于入射电磁波的波长及散射质点的性质和大小。当散射粒子的尺度远小于波长时，称为分子散射或瑞利散射，散射系数与波长的四次方成反比，主要是空气分子的散射。当粒子尺度可与波长相比拟时 , 称为米氏散射 , 散射系数是波长和粒子半径的一个复杂函数。第五章：1. 像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论对应的核心器件是什么？答 ： 1 ） 将接受的微弱或不可见的输入辐射图像转换成电子图像 2 ） 使电子图像获得能量或数量增强 , 并聚焦成像 3 ）将增强的电子图像转换为可见的光学图像核心器件为： 1

15、）光阴极 2 ）电子光学系统 3 ）荧光屏2. 像管是怎样分代的？各代的技术改进特点是什么？答： 1 ）零代微光像增强器技术 2 ）一代级联式像增强器技术 3 ）采用微通道板 (MCP) 的二代像增强器 4 ） 采用 III-V 族光电阴极 （ 负电子亲和势光阴极 ） 的三代像增强器技术 ； 在三代像增强器的基础上 ， 通过改进 MCP技术 , 相继出现了 5) 超二代像增强器技术 6) 超三代像增强器技术 7 ）第四代像增强器技术3. 负电子亲和势光阴极的特点是什么？其较正电子亲和势光阴极有哪些特点？答：它的光电灵敏度目前可高达 3 000 A/1m 以上，因此三代像增强器具有高增益、低噪声的优点。而且负电子亲和势是热化电子发射，光电子的初动能较低，能量又比较集中 ,所以，三代像增强器又具有较高的图像分辨力4 试从静电场的高斯轨迹方程出发讨论其理想成像性质。 -