光电信息系统设计总结

光电信息系统设计总结2017.12.15第1章绪论•1、光电系统的概念和意义？•2、光电成像系统构成？辐射源传输介质光学成像系统光电转换器件信号处理图像重现第2章光电图像的获取技术1、人眼的视觉的适应：人眼视觉响应分哪三类？明视觉响应：人眼适应大于或等于3cd/m2的视场亮度时，视觉由锥状细胞起作用。暗视觉响应：人眼适应小于或等于3×10-5cd/m2的视场亮度时，视觉由杆状细胞起作用。（夜间的灰白）中介视觉响应：视场亮度介于明、暗视觉响应之间时,视觉响应逐渐由锥状细胞转向杆状细胞起作用。人眼视觉响应随着外界视场亮度的变化可分三类:2、人眼的分辨力如何定义？受什么因素影响？第2章光电图像的获取技术第2章光电图像的获取技术2、影响图像探测极限的因素？（影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？）①景物细节的辐射亮度或单位面积的辐射强度；②景物细节对光电成像系统接收孔径的张角；③景物细节与背景之间的辐射对比度。3、光电成像的图像探测方程222min2,mSBrQCN人眼所需的阈值信噪比当满足上式时，图像可以被探测到。该表达式包含两类参数：①表征图像：图像的平均亮度Bm，图像的对比度C，图像的视角α；②表征光电成像系统：光电成像系统的接收孔径D，光电成像的光电转换量子效率η，光电成像的有效积分时间τ。2222min2mSBCDQN上式定量的描述了图像探测特性，Bm、α、C决定的图像细节可以被D、η、τ确定的光电成像系统探测到。第2章光电图像的获取技术–目标的等效条带：一组黑白间隔相等的条带状图案，其总高度为基本上能被识别的目标临界尺寸，及目标的最小投影尺寸，其长度为垂直于临界尺寸方向的横跨目标的尺寸，等效条带图案的可分辨力为目标临界尺寸所包含的可分辨的条带数(周／临界尺寸)。–约翰逊论证了等效条带图案可分辨力能用来预测目标的探测识别，通过实验确定了各类目标探测识别准则。4、约翰逊（Johnson）准则第2章光电图像的获取技术工业上一般采用以下判断准则：4、约翰逊（Johnson）准则第2章光电图像的获取技术电荷耦合器件（CCD）是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成。CCD的特点——以电荷作为信号CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移CCD工作过程——信号电荷的产生、存储、传输和检测5、光电耦合器件-CCD第2章光电图像的获取技术技术角度：（1）信息读取方式不同（2）速度不同（3）电源及功耗不同（4）成像质量不同内部结构不同：CCD：电荷转移CMOS：电荷-电压转换6、CCD与CMOS区别第2章光电图像的获取技术He-Ne信号读出信号处理时钟发生控制器计数显示器透镜细丝线阵CCDL微小尺寸的检测（10~500um）用衍射的方法对细丝、狭缝、微小位移、微小孔等进行测量。例：7、CCD与CMOS的应用第2章光电图像的获取技术d——细丝直径；K——衍射暗纹级次K=±1,2,3…；λ——激光波长；L——被测细丝到CCD光敏面的距离；θ——被测细丝到第K级暗纹的连线，与光线主轴的夹角；xk————第K级暗纹到光轴的距离。3θ012XkSdL根据夫琅和费衍射公式:kdsinsin/kd可以得到：当θ很小时（即L足够大时）Sinθ≈tgθ=xk/L代入sin/kdsLkxLxLkdkk/得到：S——暗纹宽度，S=XK/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S例：He-Ne激光λ＝632.8nm,L=1000mm±0.5mm,d=500μm,)(265.1mmdLs当CCD像元选用13±1μmms10测量误差：umSSLLSd2.42丝越细，测量精度越高（d越小S越大），甚至可达到Δd=10-2μm.8、夜视技术解决问题的基本思路？（四个）（1）使用大口径的望远镜，尽可能多的得到光能量；（2）像电子学那样，设法对微弱的光图像进行放大；（3）用红外线探照灯或红外照明弹对景物进行照明；（4）利用景物在红外波段的辐射能量实现热成像。第2章光电图像的获取技术S——暗纹宽度，S=XK/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S红外成像系统被动式红外成像系统（红外热像仪）利用物体自然发射的红外辐射主动式红外成像系统（红外夜视仪）利用不同物体对红外辐射的不同反射核心：如何将红外图像转变为可见光图像？第2章光电图像的获取技术9、红外成像系统的分类？10、简述微光夜视仪的结构组成与工作原理。微光夜视仪是在夜间低照度下，将目标反射月光、星光等微弱自然光形成的图像增强、放大成人眼可见图像的夜视器材。微光夜视仪由微光物镜、像增强器、目镜及电源等组成。其核心部分是像增强器，也称微光管，由光电阴极、电子透镜、荧光屏组成。微弱的光学图像自然景物微弱的电子图像增强的电子图像增强的光学图像物镜光阴极微通道板荧光屏目镜像增强器第2章光电图像的获取技术11、像增强器发展历程：一代管以三级级联增强技术为特征，增益高达几万倍，但体积大，重量重二代管以微通道板（MCP）增强技术为特征，体积小，重量轻，但夜视距离无明显突破三代管则采用了负电子亲和势（NEA）GaAs光电阴极，使夜视距离提高1.5-2倍以上第2章光电图像的获取技术第三章光电显示技术1.液晶的晶相？常见液晶的晶相有向列相（nematic）、胆甾相（cholesteric）和近晶相（smectic）等。2、液晶显示器的分类根据驱动方式分类，可将LCD产品分为扭曲向列（TN）型、超扭曲向列（STN）型及薄膜晶体管（TFT）型3大类。3、液晶显示器的工作原理？TFT-LCD使用的液晶为TN（TwistNematic）型液晶，分子成椭圆状。TN型液晶一般是顺着长轴方向串接，长轴间彼此平行方式排列；当接触到槽状表面时，液晶分子就会顺着槽的方向排列与槽中。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理当液晶被包含在两个槽状表面中间，且槽的方向相互垂直，则液晶分子的排列为：a）上表面分子：沿着a方向；b)下表面分子：沿着b方向；c）介于上下表面中间的分子：产生旋转的效应。因此液晶分子在两槽状表面间产生90°的旋转。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理当线性偏极光射入上层槽状表面时，此光线随着液晶分子的旋转也产生旋转。当线性偏极光射出下层槽状表面时，此光线已经产生了90度的旋转。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理当在上下表面之间加电压时，液晶分子会顺着电场方向排列，此时入射光线不再会旋转，因而光线直线射出下表面。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理偏光片特性：当非偏振光通过a方向的偏光片时，光线被过滤成与a方向平行的线性偏振光。上图：偏振方向相同，线性偏极光继续前进，通过第二片偏光片时，光线通过。下图：偏振方向不同，通过第二片时，光线被完全阻挡。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理偏振光透过液晶分子，偏振方向发生旋转，光线可通过偏光片。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理当液晶分子呈如图方向排列时，光线偏振方向将不再发生旋转，最终无法通过偏光片。液晶显示技术3液晶显示器件的显像原理DMD是一个利用二进制Pulsewidth(脉冲宽度PWM)调整技术来实现对基于半导体的微镜组进行精确数据交换的装置.DMD是DLP的核心。一个DMD可被简单描述成为一个半导体光开关。成千上万个微小的方形16x16um镜片，被建造在静态随机存取内存上方的铰链结构上而组成DMD。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜，+10度为“开”。-10度为“关”，当镜片不工作时，处于0度“停泊”状态。4、ＤＭＤ的工作原理？5、ＤＭＤ灰度和颜色的控制？灰度控制：由于DMD能断断续续的快速旋转来实现对光的反射和关闭，需要的光通过投影镜头反射到我们眼睛。DMD的转换响映时间是2毫秒,从机械动作的切换到微镜的稳定需要的时间15微秒,这远远快过人体对光线转换的反映时间，通过控制镜片的反射时间实现不同的灰度.颜色控制:颜色是利用高速旋转的分色轮同DMD镜片的有效反射获得的。通过一个色彩环系统过滤掉部分光线所产生的色彩加进影象中。该色彩轮依送入DMD数字信号的红，绿，蓝顺序旋转，小镜子根据像素的位置及色彩的多少被打开或关闭。双眼3D视觉：双眼视差：双眼从略微不同的角度注视物体，且双眼视像的差异随距离改变；会聚效应：左右眼在观看远近不同的两点时，眼球转动的程度也不一样，产生出的光角不同。单眼3D视觉：调节效应：物体的远近差异引起晶状体焦距及瞳孔直径的调节；单眼移动视差：位置的前后不同引起的移动时的差异（如速度）。光角视角6、人眼3D视觉原理视差(parallax)——左眼和右眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度,从而识别出立体图像；一般视差为6-7CM。6、人眼3D视觉原理3D显示技术立体图相对技术体显示技术全息技术裸眼式3D技术眼镜式3D技术色差式偏光式快门式视差屏障柱状透镜指向光源7、3D显示技术分类1、虚拟现实的概念特征组成要素：①逼真的感觉——视觉，听觉，触觉，嗅觉等②自然的交互——运动，姿势，语言，身体跟踪等③个人的视点——用户的眼、耳、身所感到的感觉信息④迅速的响应——信息根据视点变化和用户输入及时更新采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户从自己的视点出发，借助特殊的输入输出设备，采用自然的方式与虚拟世界的物体进行交互，相互影响。第四章典型光电信息系统虚拟现实系统基本特征2、虚拟现实的概念特征第四章典型光电信息系统3、虚拟现实与仿真的区别区别仿真技术虚拟现实多感知视觉、听觉视觉、听觉、触觉、力觉等存在感用户被视为“旁观者”用户沉浸其中，可视场景随用户的视点变化交互性不强调交互的实时性实时交互4、虚拟现实分类按照系统功能和实现方式的不同，可以分为三种类型：（1）沉浸型虚拟现实系统（“可穿戴”VR系统）（2）简易型虚拟现实系统（桌面VR系统）(3)分布式虚拟现实15、合成孔径光学成像技术如何提升作用距离？需求分析:随着现代战争技术发展，对于远距离领空的目标图像分辨率要求逐步提高。研制该系统可有效探测识别低小慢目标，对国家的领空安全至关重要。传统光学成像系统角分辨力受波长和系统孔径限制，而系统加工成本和飞行器有效载荷体积等因素限制系统孔径增大。因此，各国均将如何设计新型光学系统来满足大口径成像作为核心研究内容。第四章典型光电信息系统光电成像的探测方程：2222min2mSBCDQN探测能力与孔径尺寸的关系α=1.22λ/D望远镜分辨率公式：5、合成孔径光学成像技术如何提升作用距离？宽场仿生多孔径光学系统原理主成像光学系统探测器阵列中继透镜组研究目标孔径数：73个视场：125°×80°成像分辨率：1.5亿像素图像拼接处理速度：30fps6、仿生多孔径光学系统增加视场原理？第五章光电信息处理技术图像拼接(imagemosaic)技术是将一组相互间存在重叠部分的图像序列进行空间匹配对准,经重采样融合后形成一幅包含各图像序列信息的宽视角场景的、完整的、高清晰的新图像的技术。图像拼接技术主要包括图像配准和图像融合两个关键环节。图像配准是图像拼接的核心部分.按照配准算法所利用的图像信息，可以分为基于区域的方法和基于特征的方法。基于区域的匹配主要是模板匹配和基于相位（频率）的匹配方法；基于特征的匹配包括基于特征点集的匹配和基于线特征（图像中边缘信息）的匹配算法。7、图像拼接定义、核心技术？图像拼接图像坐标变换模型（a）原图像（b）刚体变换（c）仿射变换（d）投影变换（1）仿射变换仿射变换是指如果一幅图像中的直线经过映射后到另一幅图像上仍为直线，并且仍为平行关系。（2）刚体变换如果一幅图像中的两点间的距离，在经变换后转移到另一幅图像中仍然保持不变，则这种变换称为刚体变换。（3）投影变换如果一幅图像中的直线经过映射后到另一幅图像上仍为一条直线，但平行关系变化，则这种变换称为投影变换。7、图像拼接定义、核心技术？8、尺度不变特征变换（SIFT算法）主要思想？SIFT主要思想