光电成像系统 建模、仿真、测试与评估PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1 背景需求及目的意义 1

1.2 光电成像系统建模、仿真、测试与评估基本概念 5

1.3 光电成像系统图像质量与性能影响物理因素 7

1.4 光电成像系统建模、仿真、测试与评估主要思路及发展趋势 12

1.4.1 光电成像系统建模 12

1.4.2 光电成像全链路动态仿真 13

1.4.3 光电成像系统静态／动态性能测试 13

1.4.4 光电成像系统静态／动态性能评估 13

1.5 本书内容结构 14

本章参考文献 15

第二章 光电成像原理、系统类型及基本表征参数 16

2.1 光电成像基本成像原理 16

2.2 光电成像系统类型及工作模式 17

2.2.1 微光／紫外成像系统 17

2.2.2 可见光／红外成像系统 23

2.2.3 多光谱／高光谱成像系统 29

2.2.4 偏振成像系统 35

2.2.5 激光雷达成像系统 39

2.2.6 新体制光电计算成像系统 40

2.3 光电成像系统基本表征参数 51

本章小结 58

本章参考文献 58

第三章 光电成像物理效应建模理论与仿真方法 60

3.1 光电成像系统成像特性分析 60

3.2 主要成像链路模型及建模耦合准则 60

3.3 全链路光电成像信号响应转换特性建模与仿真 62

3.3.1 面源目标成像输出电压模型 62

3.3.2 点源目标信号响应特性模型 74

3.4 全链路光电成像空间传递特性建模与仿真 78

3.4.1 光学系统 79

3.4.2 探测器 80

3.4.3 平台运动拖影图像退化模型 81

3.4.4 信号处理电路 82

3.4.5 显示器 83

3.5 全链路光电成像空时域噪声效应建模与仿真 84

3.6 空间成像几何转换模型 85

3.6.1 摆扫式航空遥感器空间成像几何建模 86

3.6.2 卫星光学成像传感器空间成像几何转换模型 88

3.7 光电成像空间采样效应建模与仿真 91

3.8 数字图像重构算法增强模拟 97

3.9 光电成像系统典型成像物理仿真结果及分析 99

3.10 光电成像系统模型准确度验证方法 103

3.10.1 仿真模型验证方案及验证实验 103

3.10.2 逼真度评价准则及验证结果分析 109

3.10.3 MRTD仿真验证 114

本章小结 115

本章参考文献 116

第四章 新体制光电成像系统建模理论与仿真方法 117

4.1 微扫描光电成像特性建模与仿真 117

4.1.1 微扫描技术的研究现状 117

4.1.2 微扫描模式 118

4.1.3 微扫描成像特性分析模型 118

4.1.4 微扫描成像特性度量因子 122

4.1.5 微扫描成像分辨率的定量计算与分析 125

4.1.6 微扫描成像过程仿真 128

4.1.7 微扫描成像系统的现场性能分析 131

4.2 压缩感知与编码成像系统建模与仿真 136

4.2.1 压缩感知与编码成像理论框架 136

4.2.2 编码成像理论模型 137

4.2.3 时变焦平面编码成像模型 139

4.3 多孔径超分辨率红外成像系统建模与仿真 148

4.3.1 多孔径红外成像原理 148

4.3.2 数字仿真及结果讨论 150

4.4 偏振成像效应建模与仿真 155

4.5 激光雷达成像效应模型 159

本章小结 163

本章参考文献 163

第五章 全链路光电成像一体化数字仿真及应用 165

5.1 引言 165

5.2 全链路光电成像系统数字仿真原理 166

5.3 全链路光电成像一体化数字仿真发展动态 168

5.3.1 国外发展动态 169

5.3.2 国内发展动态 179

5.4 光电成像数字仿真开发平台设计 183

5.4.1 光电成像系统全链路数字仿真框架设计 183

5.4.2 光电成像一体化数字应用设计 185

5.5 三维光学场景动态仿真 186

5.5.1 三维光学场景仿真概述 186

5.5.2 三维光学场景几何要素建模与预处理 187

5.5.3 光学材质建模与辐射、散射物理特征预测 209

5.5.4 场景纹理生成方法与预处理 225

5.5.5 场景要素物理特性综合渲染集成 232

5.6 光电成像系统物理效应动态数字仿真 245

5.6.1 光电成像系统虚拟样机概述 245

5.6.2 成像系统效应建模与预处理 246

5.6.3 成像物理效应动态渲染 247

5.7 全链路光电成像数字仿真软件（FC-EOISS）及应用情况 250

本章小结 266

本章参考文献 266

第六章 光电成像系统性能模型与图像质量解译尺度 268

6.1 典型性能模型概述 268

6.2 最小可分辨温差定义及模型推导 270

6.2.1 一代红外成像系统MRTD理论模型的推导 271

6.2.2 二代红外成像系统MRTD理论模型 273

6.2.3 二代红外成像系统性能模型的推导 273

6.2.4 NVTherm模型 277

6.3 MRTD模型在现场性能预测中的应用 279

6.3.1 红外场景的表征描述 280

6.3.2 现场性能预测准则的确定 281

6.3.3 现场性能预测实现原理 283

6.3.4 现场性能仿真及分析 285

6.3.5 运动效应和背景杂波对现场性能影响的仿真 286

6.4 NVThermIP模型 292

6.4.1 NVThermlP模型的基本思想 292

6.4.2 NVThermIP模型的现场性能预测方法 295

6.4.3 光电成像系统的对比度阈值函数 297

6.5 系统固有效应对NVThermlP模型的修正 305

6.5.1 采样对NVThermlP模型预测性能的影响 305

6.5.2 两种等效模型的比较 307

6.6 基于野外测试图像和性能度量曲线的热成像系统探测与识别性能量化评估 313

6.6.1 性能预测基本思想 313

6.6.2 基于周期准则的野外性能预测新方法 314

6.6.3 性能度量曲线的量化评估模型 314

6.6.4 仿真结果及分析 315

6.7 NIIRS与目标获取模型之间的关系 318

6.7.1 美国国家成像解译尺度 318

6.7.2 通用图像质量方程GIQE 321

6.7.3 特定参数下NIIRS等级的确定及结果分析 323

6.7.4 NIIRS与鉴别概率的关系 326

本章小结 332

本章参考文献 332

第七章 光电成像系统TOD性能评估方法 335

7.1 TOD度量方法概述 335

7.1.1 TOD测试靶标 336

7.1.2 TOD曲线测量方法 336

7.1.3 视觉心理测量函数 338

7.2 TOD曲线精确度量 339

7.2.1 TOD测试平台 339

7.2.2 TOD测试及数据处理 341

7.3 TOD度量结果不确定度分析 345

7.3.1 △TEFF不确定度 345

7.3.2 △Usys不确定度 347

7.3.3 观察者响应的不确定度 347

7.4 客观TOD性能度量方法 349

7.4.1 客观TOD测量的必要性与要求 349

7.4.2 已有客观TOD测量模型分析 350

7.4.3 客观判别模型 351

7.4.4 客观判别模型的验证 356

7.4.5 数据拟合与TOD曲线分析 361

7.5 TOD性能预测理论模型 365

7.5.1 基于靶标仿真成像的TOD曲线预测 366

7.5.2 基于方程的TOD性能理论模型 370

7.5.3 TOD性能理论模型仿真结果及试验验证 383

7.5.4 基于TOD理论模型的成像系统匹配设计探讨 387

7.6 基于TOD曲线的目标获取模型 389

7.6.1 基本概念及目标获取模型 389

7.6.2 TOD准则的试验确定 392

7.6.3 基于TOD曲线的现场性能预测 397

7.7 基于三角形靶标的目标传递概率函数 400

7.7.1 目标传递概率函数 400

7.7.2 视觉锐度 400

7.7.3 无缝三角形网格划分算法 401

7.7.4 目标传递概率函数拟合 402

7.8 多光谱红外成像系统TOD性能表征方法 404

7.8.1 多光谱红外成像系统TOD测试靶标特征描述 405

7.8.2 多光谱红外成像系统TOD性能理论模型 406

7.8.3 TOD性能模型计算与结果分析 414

7.8.4 多光谱红外成像系统温差鉴别性能表征 420

7.9 基于TOD性能模型的多光谱红外成像系统作用距离预测 422

7.9.1 多光谱红外成像系统TOD性能模型修正 422

7.9.2 多光谱成像系统作用距离预测 423

7.9.3 计算实例与实验验证 424

本章小结 431

本章参考文献 432

第八章 复杂背景杂波量化及对成像系统性能的影响 434

8.1 背景杂波基本理论 434

8.1.1 背景杂波图像感知分析 434

8.1.2 杂波基本特性 438

8.1.3 杂波量化的难题和基本原则 440

8.2 背景杂波量化尺度 441

8.2.1 基于数学定义的杂波尺度 442

8.2.2 基于前期视觉的杂波尺度 445

8.2.3 基于后期视觉的杂波尺度 448

8.2.4 基于特征提取的杂波量化尺度 453

8.3 杂波对人眼视觉成像系统性能模型的影响 472

8.3.1 目标获取性能基本框架 472

8.3.2 杂波对人眼视觉目标获取性能模型的修正 473

8.3.3 修正模型的实验验证与分析 475

8.4 复杂背景修正的目标获取性能模型 477

8.4.1 局部目标探测概率模型 477

8.4.2 类目标探测概率模型 478

8.4.3 复杂背景下的目标探测概率模型 479

8.4.4 实验结果 479

8.5 杂波对机器视觉成像系统性能模型的影响 483

8.5.1 与ATR算法有关的背景杂波量化尺度 485

8.5.2 基于频域分析的背景杂波尺度 491

8.5.3 杂波对机器视觉目标获取性能模型的修正 492

本章小结 495

本章参考文献 495

第九章 光电成像系统性能测试与评价 500

9.1 性能测量概述 500

9.2 光电成像系统性能简易测试方法 501

9.3 光电探测器及焦平面阵列特性测试装置 504

9.4 光电成像系统静态性能测试装置及测试方法 510

9.4.1 光电成像系统静态性能测试装置 510

9.4.2 光电成像系统信号传递函数测试 516

9.4.3 非周期传递函数测试 520

9.4.4 系统噪声特性测量 523

9.4.5 光电成像系统MTF测量 529

9.4.6 最小可分辨温差（MRTD）曲线测试 532

9.4.7 最小可探测温差测试 536

9.4.8 红外图像的非均匀性测试 537

9.5 基于半实物仿真系统的光电成像系统性能测试 538

9.5.1 典型半实物仿真系统 538

9.5.2 半实物仿真系统的性能测试设置基本要求 544

9.5.3 基于半实物仿真系统的成像系统探测与识别性能预测 544

9.5.4 搜索跟踪系统的性能评估 545

9.5.5 信杂比评估 546

9.5.6 跟踪精度评估 546

9.5.7 跟踪稳定度评估 547

9.5.8 抗干扰能力评估 547

9.5.9 探测概率与虚警概率评价 548

9.5.10 处理时间评估 549

9.5.11 综合评估 549

9.6 光电成像系统室外测试评估 549

9.7 测试注意事项 550

9.8 光电成像系统测试与评价展望 550

本章小结 552

本章参考文献 552