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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GIQE321

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