光电成像系统建模及性能评估理论 - 中国高校教材图书网
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书名： |
光电成像系统建模及性能评估理论
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| ISBN： | ISBN 978 - 7 - 5606 - 2478 - 5 |
责任编辑： | |
| 作者： |
张建奇, 王晓蕊
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥45.00
折扣价：￥42.75
折扣：0.95
节省了2.25元
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字数： |
576千字
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| 出版社： |
西安电子科技大学出版社 |
页数： |
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| 出版日期： |
2011-02-01 |
每包册数： |
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| 国家规划教材： |
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省部级规划教材： |
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| 入选重点出版项目： |
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获奖信息： |
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| 内容简介： |
内容简介
本书综合集成了光电成像系统建模所涉及的辐射物理、光学、固态传感器、电子线路、显示图像、人员视觉解译、机器视觉等多个学科的相关技术，并针对新型的光电成像系统类型，将目标背景－大气辐射传输－成像传感器作为广义系统进行理论阐述，系统地论述了光电成像环境的建模理论与方法、光电成像系统的基本建模理论、国际最新的性能评估理论体系、 典型性能测试方法等内容。
本书是一本具有国际水平的、系统性的光电成像系统评估理论专著，是一本难得的连接光电成像理论与工程实践的指导书。本书不但可作为工程技术人员的参考书，也可作为高等学校相关专业高年级本科生及研究生的教材。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
第一章 绪 论
1.1 光电成像系统评估的目的及意义 3
1.2 光电成像系统建模的概念及影响图像质量的因素 4
1.3 光电成像系统性能评估的研究现状 7
1.3.1 基于信息理论的成像系统评价方法 8
1.3.2 基于建模仿真的成像系统评价方法 8
1.3.3 基于性能模型的成像系统评价方法 9
1.3.4 基于背景杂波量化的成像系统评价方法 12
1.4 本书内容结构 13
本章参考文献 14
第二章 光电成像原理及系统组成
2.1 光电成像系统的构成 21
2.2 红外热成像系统原理 21
2.3 红外热成像系统的类型和组成 23
2.3.1 光机扫描型红外成像系统 23
2.3.2 凝视型红外成像系统 24
2.4 多光谱成像仪概述 25
2.4.1 成像分光技术 25
2.4.2 成像光谱仪 27
2.5 光电成像系统基本参数 30
2.5.1 瞬时视场 30
2.5.2 总视场 31
2.5.3 空间角频率 31
2.5.4 帧周期和帧频 32
2.5.5 扫描效率 32
2.5.6 过扫比 32
2.5.7 驻留时间 33
2.5.8 时间频率和空间频率的关系 33
2.5.9 光谱分辨力 33
2.5.10 辐射分辨力 34
2.5.11 参数的标定 34
本章参考文献 34
第三章 光电成像系统建模仿真理论
3.1 焦平面成像系统典型物理效应 39
3.2 系统分析模型的选择 40
3.2.1 连续输入/连续输出模型（C/C模型） 40
3.2.2 离散输入/离散输出模型（D/D模型） 40
3.2.3 连续输入/离散处理/连续输出模型（C/D/C模型） 40
3.3 响应特性理论分析 41
3.4 成像系统物理效应建模仿真 43
3.4.1 系统空间传递特性建模仿真 43
3.4.2 系统非线性效应建模仿真 48
3.5 成像系统建模合理性的验证 63
3.6 基于微扫描的焦平面成像特性分析 65
3.6.1 微扫描技术的研究现状 65
3.6.2 微扫描模式 66
3.6.3 微扫描成像特性分析模型 67
3.6.4 微扫描成像特性度量因子 70
3.6.5 微扫描成像分辨率的定量计算与分析 74
3.6.6 微扫描成像过程仿真 77
3.6.7 微扫描成像系统的现场性能分析 80
3.7 仿真模型置信度验证方案 85
本章参考文献 92
第四章 光电成像系统数字仿真
4.1 光电成像系统数字仿真原理与方法 97
4.1.1 光电成像系统数字仿真概述 97
4.1.2 光电成像系统数字仿真发展动态 100
4.1.3 光电成像数字仿真开发平台设计 104
4.2 三维红外场景仿真 110
4.2.1 三维红外场景仿真概述 110
4.2.2 三维红外场景建模与预处理 111
4.2.3 三维红外场景驱动与生成 130
4.3 红外成像系统虚拟样机 140
4.3.1 红外成像系统虚拟样机概述 140
4.3.2 成像系统建模与预处理 141
4.3.3 成像系统效应动态渲染 142
本章参考文献 145
第五章 基于周期靶标的光电成像系统性能评估
5.1 典型性能模型概述 151
5.2 最小可分辨温差定义及模型推导 151
5.2.1 一代红外成像系统的MRTD理论模型推导 153
5.2.2 二代红外成像系统MRTD理论模型 154
5.2.3 二代红外成像系统性能模型推导 155
5.2.4 NVTherm模型 159
5.3 MRTD模型在现场性能预测中的应用 161
5.3.1 红外场景的表征描述 161
5.3.2 现场性能预测准则的确定 163
5.3.3 现场性能预测实现原理 165
5.3.4 现场性能仿真及分析 167
5.3.5 运动效应和背景杂波对现场性能影响的仿真 168
5.4 NVThermIP 模型 174
5.4.1 NVThermIP模型的基本思想 174
5.4.2 NVThermIP模型的现场性能预测方法 178
5.4.3 光电成像系统的对比度阈值函数 180
5.5 系统固有效应对NVThermIP模型的修正 188
5.5.1 采样对NVThermIP模型预测性能的影响 189
5.5.2 两种等效模型的比较 191
5.6 基于野外测试图像的探测识别性能评估 197
5.6.1 性能预测基本思想 198
5.6.2 基于周期准则的野外性能预测新方法 198
5.6.3 性能度量曲线的量化评估模型 199
5.6.4 仿真结果及分析 200
5.6.5 结论 203
5.7 NIIRS与目标获取模型之间的关系研究 203
5.7.1 美国国家成像解译尺度 203
5.7.2 通用图像质量方程GIQE 206
5.7.3 特定参数下NIIRS等级的确定及结果分析 209
5.7.4 NIIRS与鉴别概率的关系研究 211
本章参考文献 219
第六章 光电成像系统TOD性能评估方法
6.1 TOD度量方法概述 225
6.1.1 TOD测试靶标 226
6.1.2 TOD曲线测量方法 226
6.1.3 视觉心理测量函数 228
6.2 TOD曲线精确度量 229
6.2.1 TOD测试平台 229
6.2.2 TOD测试及数据处理 231
6.3 TOD度量结果不确定度分析 235
6.3.1 ΔTeff不确定度 236
6.3.2 ΔVsys不确定度 237
6.3.3 观察者响应的不确定度 238
6.4 客观TOD性能度量方法 241
6.4.1 客观TOD测量的必要性与要求 241
6.4.2 已有客观TOD测量模型分析 241
6.4.3 客观判别模型 242
6.4.4 客观判别模型的验证 247
6.4.5 数据拟合与TOD曲线分析 253
6.5 TOD性能预测理论模型 258
6.5.1 基于靶标仿真成像的TOD曲线预测 258
6.5.2 基于方程的TOD性能理论模型 263
6.5.3 TOD性能理论模型仿真结果及试验验证 277
6.5.4 基于TOD理论模型的成像系统匹配设计探讨 281
6.6 基于TOD曲线的目标获取模型 284
6.6.1 基本概念及目标获取模型 284
6.6.2 TOD准则的试验确定 287
6.6.3 基于TOD曲线的现场性能预测 292
6.7 基于三角形靶标的目标传递概率函数 296
6.7.1 目标传递概率函数 296
6.7.2 视觉锐度 296
6.7.3 无缝三角形网格划分算法 297
6.7.4 目标传递概率函数拟合 298
本章参考文献 300
第七章 背景杂波尺度与成像系统性能预测
7.1 概述 305
7.1.1 杂波在目标获取性能模型中的引入 305
7.1.2 国内外研究动态 310
7.2 杂波对人眼视觉成像系统性能模型的影响 313
7.2.1 背景杂波量化尺度 313
7.2.2 杂波对人眼视觉目标获取性能模型的修正 325
7.3 杂波对机器视觉成像系统性能模型的影响 330
7.3.1 背景杂波量化尺度 332
7.3.2 杂波对机器视觉目标获取性能模型的修正 340
本章参考文献 343
第八章 光电成像系统性能测试与评价
8.1 性能测量概述 351
8.2 典型红外性能测试装置 352
8.3 信号传递函数测试 354
8.3.1 信号传递函数的定义 354
8.3.2 测试方法 355
8.3.3 数据处理及结果分析 355
8.4 系统噪声特性测量 357
8.4.1 Di算子 358
8.4.2 噪声的组成 359
8.4.3 噪声等效温差度量噪声 360
8.5 光电成像系统MTF测量 361
8.5.1 测试原理 362
8.5.2 测试结果 363
8.5.3 结论分析 364
8.6 最小可分辨温差曲线测试 364
8.6.1 MRTD主观测量 364
8.6.2 MRTD客观度量方法 366
8.7 最小可探测温差测试 368
8.8 红外图像的非均匀性测试 369
8.9 基于半实物仿真系统的性能测试 370
8.9.1 半实物仿真系统的性能测试设置基本要求 372
8.9.2 基于半实物仿真系统的成像系统探测识别性能预测 373
8.9.3 搜索跟踪系统的性能评估 374
8.10 红外成像系统室外测试评估 377
8.11 测试中应注意的事项 378
本章参考文献 379
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| 精彩片段： |
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| 书 评： |
从现代信息理论的观点来看，光电成像技术是对景物辐射信息源在多维空间上经光/电转换产生适合人眼观察图像的技术。光电成像技术促成了人类视觉探测领域的光谱延伸、阈值扩展和时间暂留，近几十年来发展十分迅速，在航天遥感、交通监控、医学影像、天文观测、水下勘探、机器人视觉、军事侦察、成像制导等民用和军事领域都表现出卓越的功能和巨大的潜力，已成为光电子技术发展的重要标志。
光电成像系统是光、机、电、算、控多种技术集成的产物，如何将光电成像系统所涉及的各种技术进行匹配设计以获取最优的系统性能，始终是光电成像系统发展历程中所要解决的关键技术之一。要解决这一关键技术，就必须对成像系统各组成模块进行深入分析，建立相应的理论模型，构建成像系统的性能模型，从而将光电成像系统基本设计参量与系统综合性能指标进行有效的结合，使性能模型预测结果与系统性能实验测量结果准确吻合，方可作为光电成像系统的优化设计模型。根据光电成像系统的发展可知，光电成像系统的优化设计理论模型与系统性能评价是紧密联系的，并且光电成像系统集成设计的优化理论研究也是以光电成像系统的性能评估为前提开展的。
本书是在整理、精选课题组多年来科研成果的基础上，同时吸收国内外在光电成像建模评估理论方面的最新进展，汇总而成的。鉴于国内外关于光电成像系统建模和性能评估理论大都是以红外成像系统为典型系统而开展的，本书以红外成像系统为主线，全面、系统地论述了光电成像系统建模的基础理论、评估方法和性能测试技术，并从应用角度出发，将目标背景－大气辐射传输－成像传感器作为广义系统，重点论述了基于周期和非周期靶标的性能评估方法、大气环境和背景杂波对模型的影响。这些理论模型和性能评估方法仅需作适当修正即可适用于其它波段的光电成像系统。
全书共八章。第一章介绍了光电成像系统建模及性能评估的研究背景，系统地分析了国内外在这一领域的研究现状和发展趋势； 第二章介绍了不同类型系统的光电成像转换机理及其组成，并给出了光电成像系统各模块的基本参数； 第三章针对典型的凝视和推扫型红外成像系统，系统论述了红外成像系统主要物理效应模型和仿真方法； 第四章从辐射信号的传递与转换的角度出发，阐述了三维场景、大气辐射传输、成像系统的建模、模块耦合以及高逼真度设计和渲染方法； 第五章依据光电成像系统性能评估模型的发展历程，系统地介绍了基于周期靶标的光电成像系统性能评估模型； 第六章系统地介绍了基于三角方向鉴别阈值的光电成像系统性能评估模型； 第七章介绍了光电图像背景杂波量化度量方法，以及在光电成像系统性能评估中的应用； 第八章介绍了红外成像系统性能测试原理和测试装置，论述了实验室静态性能测试与外场动态性能评估方法。
本书的第一、二章由张建奇撰写，第三、五章由王晓蕊撰写，第四章由黄曦、刘德连撰写，第六章由王晓蕊、何国经撰写，第七章由何国经、常洪花、杨翠撰写，第八章由王晓蕊、刘鑫撰写，全书最后由张建奇、王晓蕊统稿定稿。
本书由西安电子科技大学石顺祥教授、安毓英教授主审，两位教授对本书的结构、内容乃至公式、符号均提出了许多宝贵的建议。 本书撰写过程中，得到西安电子科技大学出版社、西安电子科技大学技术物理学院红外技术系教师和同学的支持与帮助，在此一并表示感谢。
由于著者水平有限，且本书部分内容涉及光电成像系统建模及性能评估的新领域和新方向，难免有不足之处， 热诚希望读者批评指正。
张建奇 王晓蕊
2010年6月
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