红外焦平面成像系统性能测试与分析(3)
号，经过视频处理的信号，在同步扫描的显示器上显示出景物的热图像。 图2.1.1表示了热成像系统的工作过程。光学系统先将景物的红外辐射汇集起来，
再经过光谱滤波和光机扫描，聚焦到探测器阵列上。探测器将强弱不等的辐射信号转
换成相应的电信号，然后经过放大和视频处理，形成视频信号，送到监视器上显示出
来。 2.2 红外焦平面成像系统性能评价
热成像系统的设计和生产要求提供一系列系统性能参量，这些参量应能客观反映
系统的性能，以适应系统设计、总体性能评价和性能测试，质量控制等的需要。因此，
合理选择性能参量并建立性能模型是十分重要的，这也是热成像系统计算机模拟仿真
的基础。
热成像系统的性能主要包含静态性能和动态性能。静态性能描述系统对静态目
标的成像性能，即景物分布不随时间变化（或缓慢变化）。而动态性能描述系统对动
态目标的成像性能。通常，在性能模型以及性能参数的实验室测试中均以理想化目标
为对象来获取相应的结果。
在热成像系统的性能评价时，需注意以下几点：
（1） 线性滤波理论的适用范围
传递函数的基础是线性滤波理论，它适宜分析各种线性的，空间不变的和稳定
的系统对信号的响应。传递函数要求成像系统通过卷积运算能把物分布变换为像分布，
是成像系统像质评价和分析的重要手段。
传递函数要应用于热成像系统应满足四个条件：1）辐射探测不相干；2）信号
处理线性；3）成像空间是不变的；4）系统的变换是单值的（具体地说是非噪声的）。
但实际热成像像系统往往满足不了后三个条件。例如，由于像差使红外光学系统的像
质从视场中央到边缘有所改变，以及非线性扫描系统使用电子滤波对同一频率在视场
的不同部位具有不同的传递特性，则这种系统在空间上是变化的；探测器阵列在垂直
于扫描方向作周期取样，产生非卷积成像；探测器和电子学处理部件有噪声，违反单
值变换要求；模拟电路可能是非线性；在视频处理上可能使用非线性处理来改善系统
的动态范围。因此，热成像系统并不严格满足传递函数的条件。但是，正如在光学系
统、电视系统和其它光电成像器件中那样，在特定情况或某些近似下，忽略这些影响，
则传递函数仍可有效地应用于热成像系统，并真实地反映系统的性能。例如，在视场
局部区域可近似满足空间不变性，系统工作在线性区域等，则热成像系统沿扫描方向
满足传递函数条件；在分析的图像细节大于扫描间隔时，可忽略垂直扫描线方向的非
卷积过程，选择适当的系统角放大率，可忽略扫描光栅的影响，从而使在垂直扫描线
方向也可用传递函数来描述系统的成像质量。
（2） 空间频率
空间频率定义为周期量在单位空间上变化的周期数。在热成像系统中通常用单
位毫弧度中的周期数来表示
如图 2.2.1，设有亮暗相间的等宽度条纹图案，两相邻条形中心之间距离称为空
间周期（mm） ，若观察点与图案之间的距离为 R(m),则
/ ( ) xxT R mrad 称为周期角，其倒数为空间频率
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