光电探测与目标识别作业.doc

第一次作业
题一:什么是Johnson判则?
答:Johnson依据实验,将视觉辨别分为四类:探测、取向、识别和确认,并把人眼对目标的观察感知同对“等效条带图案”的视觉联系起来,使人们可以不必顾及目标的具体类别和形态,直接以其“临界尺寸”中所包含的可分辨条带数来评定视觉感知水平。Johnson判则给出了在50%概率等级上,所需的可分辨等效条带周数。通过这一方法探测能力大致与传感器的阈值条带图像分辨能力相关联,其实验结果已成为今天所用的目标辨别方法学的基础。在工业应用中,Johnson判则通常采用如下标准。
工业上采用的Johnson判则
辨别等级
含义
最小尺寸上的周数
探测
存在一个目标,把目标从背景中区别出来

识别
识别出目标属与哪一类别

确认
认出目标,并能够足够清晰地确定其类型

题二:观察2km外宽2m、,如果人眼的空间分辨能力是20线对/度,用一个望远镜观察该坦克,要求对目标的识别概率达到50%,试求望远镜的视放大率。
解:坦克最小尺寸对人眼的张角为
要使识别概率达到50%,需在最小尺寸上观测到4个线对,对应的张角为
则望远镜的视放大率应为
题三:如果某人的瞳孔间距为60mm,体视锐度为10”,试求(1)他的体视半径;(2)在50m距离上,他的体视误差。
解:体视半径为
在50m距离上的体视误差为
第二次作业
题一:一个年龄50岁的人,近点距离为-,远点距离为无限远,试求他的眼睛的屈光调节范围。
解:远点对应的视度为
近点对应的视度为
他眼睛的屈光调节范围是-。
题二:用人眼直接观察敌方目标,能在400m距离看清目标编号,要求使用望远镜能在2000m距离也能看清,试求望远镜的倍率。
解:设目标编号的大小为,在400m处与观测点形成的张角为;在2000m处与观测点形成的张角为;如果在2000m处通过望远镜可以看清目标编号,则目标编号通过望远镜后形成的张角为。则望远镜的倍率为
题三:画图标出望远系统的物镜、物镜后焦点、目镜、前焦点、像面、孔径光阑、视场光阑、入瞳和出瞳位置。
答:
物镜:在光学仪器中最先对实际物体成像的光学部件。
目镜:将物镜所成的像放大后供眼睛观察用的光学部件。
光阑:光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑。限制轴上物点光束口径的光阑称为孔径光阑;限制视场的光阑称为视场光阑。
入瞳:把孔径光阑在物空间的共轭像称为“入瞳”,入瞳的位置和直径代表了入射光束的位置和口径。
出瞳:光学系统的孔径光阑在光学系统像空间所成的像称为系统的“出瞳”。在望远系统中,一般情况下,物镜镜框是它的孔径光阑,也是系统的入瞳。
第三次作业
题一:一半径为的圆盘,其辐射亮度,其中是观察方向与圆盘面法线的夹角。求圆盘的辐出度、辐射强度以及距中心垂直距离为处点的辐照度。
解:辐射亮度—扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出辐射通量,单位W•sr-1•m-2。
辐出度—扩展源单位面积辐射的通量,单位W•m-2。
辐射强度—点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射能量,单位W•sr-1。
辐照度—投影到单位面积上的辐射通量,单位W•m-2。
计算辐出度
计算辐射强度(看作无究远处的点光源)
辐照度
题二:一只白炽灯,假设各向发光均匀,,用照度计测得正下方地面上照度为30lx,求该白炽灯的光通量。
解:光通量—人眼能够感受到的光强度。
单位换算:
lm在单位上相当于W,但与人眼有视觉特性有关
辐射通量—单位时间内发射、传播或接收的辐射能。
照度—投射在单位面积上的辐射通量。
由题意知白炽灯发光均匀,则白炽灯向空间各方向的辐射是均匀的。
可以求得在以白炽灯中心为球心,
可以求得白炽灯的光通量为
第四次作业
题一:物体与周围环境的对比定义为,其中为物体亮度,为背景亮度。按此定义,为物体与观测者之间的距离,当时,;当时,。对于正常人眼,对比阈值为。假设消光系数在可见光区不依赖于波长,试证视程(能见度)为。-1和100km-1,求它们的能见度分别为多少。
证明:利用Schwarzschild方程进行证明
根据题意,天空背景的亮度为
在位置处的目标亮度为
物体与周围环境的对比为
因为
所以
由于对比阈值的数值为,则
则有:
第五次作业
题一:简述第一、第二和第三代夜视仪的主要特点和区别。
答:微光夜视系统主要包括:强光力物镜、像增强器、目镜,如上图所示。微弱自然光经由目标表面反射,进入微光夜视系统;在强光力物镜作