光電信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

1、光電信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)2017.12.15第第1 1章章 緒論緒論 1、光電系統(tǒng)的概念和意義？、光電系統(tǒng)的概念和意義？ 2、光電成像系統(tǒng)構(gòu)成、光電成像系統(tǒng)構(gòu)成？輻射輻射源源傳輸傳輸介質(zhì)介質(zhì)光學(xué)光學(xué)成像成像系統(tǒng)系統(tǒng)光電光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器件器件信號(hào)信號(hào)處理處理圖圖像像重重現(xiàn)現(xiàn)第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)n1、人眼的視覺的適應(yīng)：人眼視覺響應(yīng)分哪三類？明視覺響應(yīng)：明視覺響應(yīng)：人眼適應(yīng)大于或等于人眼適應(yīng)大于或等于3cd/m2的視場(chǎng)亮度時(shí)，視覺由的視場(chǎng)亮度時(shí)，視覺由錐狀細(xì)胞起作用。錐狀細(xì)胞起作用。暗視覺響應(yīng)：暗視覺響應(yīng)：人眼適應(yīng)小于或等于人眼適應(yīng)小于或等于310-5cd/m2的視場(chǎng)亮度時(shí)

2、，的視場(chǎng)亮度時(shí)，視覺由桿狀細(xì)胞起作用。（夜間的灰白）視覺由桿狀細(xì)胞起作用。（夜間的灰白）中介視覺響應(yīng)：中介視覺響應(yīng)：視場(chǎng)亮度介于明、暗視覺響應(yīng)之間時(shí)視場(chǎng)亮度介于明、暗視覺響應(yīng)之間時(shí),視覺響應(yīng)逐視覺響應(yīng)逐漸由錐狀細(xì)胞轉(zhuǎn)向桿狀細(xì)胞起作用。漸由錐狀細(xì)胞轉(zhuǎn)向桿狀細(xì)胞起作用。人眼視覺響應(yīng)隨著外界視場(chǎng)亮度的變化可分三類人眼視覺響應(yīng)隨著外界視場(chǎng)亮度的變化可分三類:2、人眼的分辨力如何定義？受什么因素影響？第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)2、影響圖像探測(cè)極限的因素？、影響圖像探測(cè)極限的因素？（影響光電成像系統(tǒng)分辨景物細(xì)節(jié)的主要因素有哪些？

3、）（影響光電成像系統(tǒng)分辨景物細(xì)節(jié)的主要因素有哪些？）景物細(xì)節(jié)的輻射亮度或單位面積的輻射強(qiáng)度；景物細(xì)節(jié)的輻射亮度或單位面積的輻射強(qiáng)度；景物細(xì)節(jié)對(duì)光電成像系統(tǒng)接收孔徑的張角；景物細(xì)節(jié)對(duì)光電成像系統(tǒng)接收孔徑的張角；景物細(xì)節(jié)與背景之間的輻射對(duì)比度。景物細(xì)節(jié)與背景之間的輻射對(duì)比度。3、 光電成像的圖像探測(cè)方程光電成像的圖像探測(cè)方程222min2,mSB rQCN 人眼所需的閾值信噪比當(dāng)滿足上式時(shí)，圖像可以被探測(cè)到。該表達(dá)式包含兩類參數(shù)：當(dāng)滿足上式時(shí)，圖像可以被探測(cè)到。該表達(dá)式包含兩類參數(shù)：表征表征圖像：圖像的平均亮度圖像：圖像的平均亮度Bm，圖像的對(duì)比度，圖像的對(duì)比度C，圖像的視角，圖像的視角；表征表征

4、光電成像系統(tǒng)：光電成像系統(tǒng)的接收孔徑光電成像系統(tǒng)：光電成像系統(tǒng)的接收孔徑D，光電成像的光電轉(zhuǎn)換量，光電成像的光電轉(zhuǎn)換量子效率子效率，光電成像的有效積分時(shí)間，光電成像的有效積分時(shí)間。2222min2mSBCDQN上式上式定量的描述了圖像探測(cè)特性定量的描述了圖像探測(cè)特性， Bm 、 、 C決定的圖像細(xì)節(jié)可以被決定的圖像細(xì)節(jié)可以被D、確定的光電成像系統(tǒng)探測(cè)到。確定的光電成像系統(tǒng)探測(cè)到。第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù) 目標(biāo)的等效條帶目標(biāo)的等效條帶：一組黑白間隔相等的條帶狀圖案，其總：一組黑白間隔相等的條帶狀圖案，其總高度為基本上能被識(shí)別的目標(biāo)臨界尺寸，及目標(biāo)的最小投影高度為基本上

5、能被識(shí)別的目標(biāo)臨界尺寸，及目標(biāo)的最小投影尺寸，其長(zhǎng)度為垂直于臨界尺寸方向的橫跨目標(biāo)的尺寸，等尺寸，其長(zhǎng)度為垂直于臨界尺寸方向的橫跨目標(biāo)的尺寸，等效條帶圖案的可分辨力為目標(biāo)臨界尺寸所包含的可分辨的條效條帶圖案的可分辨力為目標(biāo)臨界尺寸所包含的可分辨的條帶數(shù)帶數(shù)(周臨界尺寸周臨界尺寸)。 約翰遜論證了約翰遜論證了等效條帶圖案可分辨力能用來預(yù)測(cè)目標(biāo)的探等效條帶圖案可分辨力能用來預(yù)測(cè)目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別，測(cè)識(shí)別，通過實(shí)驗(yàn)確定了各類目標(biāo)探測(cè)識(shí)別準(zhǔn)則通過實(shí)驗(yàn)確定了各類目標(biāo)探測(cè)識(shí)別準(zhǔn)則。4、約翰遜約翰遜（Johnson）準(zhǔn)則）準(zhǔn)則第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)n工業(yè)上一般采用以下判斷準(zhǔn)則：4、

6、約翰遜約翰遜（Johnson）準(zhǔn)則）準(zhǔn)則第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)n電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD）是由一系列排得很是由一系列排得很緊密的緊密的MOS電電容器組成。容器組成。nCCD的特點(diǎn)的特點(diǎn)以電荷作為信號(hào)以電荷作為信號(hào)nCCD的基本功能的基本功能電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移 nCCD工作過程工作過程信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)n技術(shù)角度：技術(shù)角度： （1）信息讀取方式不同）信息讀取方式不同（2）速度不同）速度不同（3）電源及功耗不同）電源及功耗不同（4）成像質(zhì)量不同

7、）成像質(zhì)量不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同：內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同： CCD：電荷轉(zhuǎn)移：電荷轉(zhuǎn)移 CMOS：電荷：電荷-電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換6、CCD與CMOS區(qū)別第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)He-Ne信號(hào)讀出信號(hào)讀出信號(hào)處理信號(hào)處理時(shí)鐘發(fā)生控制器時(shí)鐘發(fā)生控制器計(jì) 數(shù) 顯計(jì) 數(shù) 顯示器示器透鏡透鏡細(xì)絲細(xì)絲線陣線陣CCDL微小尺寸的檢測(cè)（微小尺寸的檢測(cè)（10500um）用衍射的方法對(duì)細(xì)絲、狹縫、微小位移、微小孔等進(jìn)行測(cè)量。用衍射的方法對(duì)細(xì)絲、狹縫、微小位移、微小孔等進(jìn)行測(cè)量。 例：例：7、CCD與CMOS的應(yīng)用第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)d細(xì)絲直徑；細(xì)絲直徑；K衍射暗紋級(jí)次衍射

8、暗紋級(jí)次K=1,2,3；激光波長(zhǎng)；激光波長(zhǎng)； L被測(cè)細(xì)絲到被測(cè)細(xì)絲到CCD光敏面的距離；光敏面的距離； 被測(cè)細(xì)絲到第被測(cè)細(xì)絲到第K級(jí)暗紋的連線，與光線主軸的夾角；級(jí)暗紋的連線，與光線主軸的夾角； xk第第K級(jí)暗紋到光軸的距離。級(jí)暗紋到光軸的距離。 3012XkSdL根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射公式根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射公式 :kdsinsin/kd 可以得到：可以得到：當(dāng)很小時(shí)（即L足夠大時(shí)）Sintg= xk/L 代入 sin/kd sLkxLxLkdkk/得到：S暗紋寬度，S=XK/K是相等的，則測(cè)細(xì)絲直徑d轉(zhuǎn)化為用CCD測(cè)S 例：例：He-Ne激光632.8nm, L=1000mm0.5mm, d=500

9、m, )(265. 1mmdLs當(dāng)CCD像元選用131mms10測(cè)量誤差：測(cè)量誤差：umSSLLSd2 . 42絲越細(xì)，測(cè)量精度越高（絲越細(xì)，測(cè)量精度越高（d越小越小S越大），甚至可達(dá)到越大），甚至可達(dá)到d=10-2m. 8 8、夜視技術(shù)解決問題的基本思路？（四個(gè)）、夜視技術(shù)解決問題的基本思路？（四個(gè)）（1 1）使用大口徑的望遠(yuǎn)鏡，盡可能多的得到光能量；）使用大口徑的望遠(yuǎn)鏡，盡可能多的得到光能量；（2 2）像電子學(xué)那樣，設(shè)法對(duì)微弱的光圖像進(jìn)行放大；）像電子學(xué)那樣，設(shè)法對(duì)微弱的光圖像進(jìn)行放大；（3 3）用紅外線探照燈或紅外照明彈對(duì)景物進(jìn)行照明；）用紅外線探照燈或紅外照明彈對(duì)景物進(jìn)行照明；（4 4

10、）利用景物在紅外波段的輻射能量實(shí)現(xiàn)熱成像。）利用景物在紅外波段的輻射能量實(shí)現(xiàn)熱成像。第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)S暗紋寬度，S=XK/K是相等的，則測(cè)細(xì)絲直徑d轉(zhuǎn)化為用CCD測(cè)S 紅外成像系統(tǒng)紅外成像系統(tǒng)被動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)（紅外熱像被動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)（紅外熱像儀）儀）利用物體自然利用物體自然發(fā)射的紅外輻發(fā)射的紅外輻射射主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)（紅外夜視主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)（紅外夜視儀）儀）利用不同物體對(duì)利用不同物體對(duì)紅外輻射的不同紅外輻射的不同反射反射核心：如何將紅外圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽鈭D像？核心：如何將紅外圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽鈭D像？第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)

11、9、紅外成像系統(tǒng)的分類？微弱的微弱的光學(xué)圖像光學(xué)圖像自然自然景物景物微弱的微弱的電子圖像電子圖像增強(qiáng)的增強(qiáng)的電子圖像電子圖像增強(qiáng)的增強(qiáng)的光學(xué)圖像光學(xué)圖像物鏡物鏡光陰極光陰極微通道板微通道板熒光屏熒光屏目鏡目鏡像增強(qiáng)器像增強(qiáng)器第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)11、像增強(qiáng)器發(fā)展歷程：、像增強(qiáng)器發(fā)展歷程：以以三級(jí)級(jí)聯(lián)三級(jí)級(jí)聯(lián)增強(qiáng)技術(shù)為特征，增益高達(dá)幾萬(wàn)倍，但體增強(qiáng)技術(shù)為特征，增益高達(dá)幾萬(wàn)倍，但體積大，重量重積大，重量重以以微通道板微通道板（MCP）增強(qiáng)技術(shù)為特征，體積小，重量）增強(qiáng)技術(shù)為特征，體積小，重量輕，但夜視距離無(wú)明顯突破輕，但夜視距離無(wú)明顯突破則采用了則采用了負(fù)電子親和勢(shì)

12、負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）GaAs光電陰極，使夜光電陰極，使夜視距離提高視距離提高1.5-2倍以上倍以上 第第2 2章章 光電圖像的獲取技術(shù)光電圖像的獲取技術(shù)1. 液晶的晶相？液晶的晶相？常見液晶的晶相有向列相（常見液晶的晶相有向列相（nematic）、膽甾相（）、膽甾相（cholesteric）和近晶相（和近晶相（smectic）等。）等。2 2、液晶顯示器的分類、液晶顯示器的分類 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分類，可將根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分類，可將LCDLCD產(chǎn)品分為扭曲向列（產(chǎn)品分為扭曲向列（TNTN）型、超扭曲向列（型、超扭曲向列（STNSTN）型及薄膜晶體管（）型及薄膜晶體管（TFTTFT）型）型3 3大類大類

13、。3、液晶顯示器的工作原理？液晶顯示器的工作原理？ TFT-LCDTFT-LCD使用的液晶為使用的液晶為TNTN（Twist NematicTwist Nematic）型）型液晶，分子成橢圓狀。液晶，分子成橢圓狀。TNTN型液晶一般是順著長(zhǎng)軸方型液晶一般是順著長(zhǎng)軸方向串接，長(zhǎng)軸間彼此平行向串接，長(zhǎng)軸間彼此平行方式排列；當(dāng)接觸到槽狀方式排列；當(dāng)接觸到槽狀表面時(shí)，液晶分子就會(huì)順表面時(shí)，液晶分子就會(huì)順著槽的方向排列與槽中。著槽的方向排列與槽中。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理 當(dāng)液晶被包含在兩個(gè)槽狀表面當(dāng)液晶被包含在兩個(gè)槽狀表面中間，且槽的方向相互垂直，則

14、中間，且槽的方向相互垂直，則液晶分子的排列為：液晶分子的排列為：a）上表面分子：沿著）上表面分子：沿著a方向；方向；b)下表面分子：沿著下表面分子：沿著b方向；方向；c）介于上下表面中間的分子：）介于上下表面中間的分子：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)。 因此液晶分子在兩槽狀表面因此液晶分子在兩槽狀表面間產(chǎn)生間產(chǎn)生90的旋轉(zhuǎn)。的旋轉(zhuǎn)。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理 當(dāng)線性偏極光射入上層槽當(dāng)線性偏極光射入上層槽狀表面時(shí)，此光線隨著液晶狀表面時(shí)，此光線隨著液晶分子的旋轉(zhuǎn)也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。分子的旋轉(zhuǎn)也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)線性偏極光射出下層槽當(dāng)線性偏極光射出下層槽狀表面

15、時(shí)，此光線已經(jīng)產(chǎn)生狀表面時(shí)，此光線已經(jīng)產(chǎn)生了了90度的旋轉(zhuǎn)。度的旋轉(zhuǎn)。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理 當(dāng)在上下表面之當(dāng)在上下表面之間加電壓時(shí)，液晶分間加電壓時(shí)，液晶分子會(huì)順著電場(chǎng)方向排子會(huì)順著電場(chǎng)方向排列，此時(shí)入射光線不列，此時(shí)入射光線不再會(huì)旋轉(zhuǎn)，因而光線再會(huì)旋轉(zhuǎn)，因而光線直線射出下表面。直線射出下表面。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理偏光片特性：偏光片特性：當(dāng)非偏振光通過當(dāng)非偏振光通過a a方向的偏方向的偏光片時(shí)，光線被過濾成與光片時(shí)，光線被過濾成與a a方向平行的線性偏振光。方向平行的線性偏振光。上圖

16、：偏振方向相同，線上圖：偏振方向相同，線性偏極光繼續(xù)前進(jìn)，通過性偏極光繼續(xù)前進(jìn)，通過第二片偏光片時(shí)，光線通第二片偏光片時(shí)，光線通過。過。下圖：偏振方向不同，通下圖：偏振方向不同，通過第二片時(shí)，光線被完全過第二片時(shí)，光線被完全阻擋。阻擋。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理偏振光透過液晶分子，偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光線可通過偏光片。偏振光透過液晶分子，偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光線可通過偏光片。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理當(dāng)液晶分子呈如圖方向排列時(shí)，光線偏振方向?qū)⒉辉侔l(fā)生旋轉(zhuǎn)，當(dāng)液晶分子呈如圖方向排列時(shí)，光線偏振方向?qū)⒉?/p>

17、再發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最終無(wú)法通過偏光片。最終無(wú)法通過偏光片。液晶顯示技術(shù)液晶顯示技術(shù)3 3 液晶顯示器件的顯像原理液晶顯示器件的顯像原理nDMD是一個(gè)利用二進(jìn)制Pulsewidth(脈沖寬度PWM)調(diào)整技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)基于半導(dǎo)體的微鏡組進(jìn)行精確數(shù)據(jù)交換的裝置.nDMD是DLP的核心。一個(gè)DMD可被簡(jiǎn)單描述成為一個(gè)半導(dǎo)體光開關(guān)。成千上萬(wàn)個(gè)微小的方形16x16um鏡片，被建造在靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存上方的鉸鏈結(jié)構(gòu)上而組成DMD。n鉸鏈結(jié)構(gòu)允許鏡片在兩個(gè)狀態(tài)之間傾斜，+10度為“開”。 -10度為“關(guān)”，當(dāng)鏡片不工作時(shí)，處于0度“停泊”狀態(tài)。 4、的工作原理？5、灰度和顏色的控制？灰度控制： 由于DMD能斷斷續(xù)續(xù)的快

18、速旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)光的反射和關(guān)閉，需要的光通過投影鏡頭反射到我們眼睛。DMD的轉(zhuǎn)換響映時(shí)間是2毫秒,從機(jī)械動(dòng)作的切換到微鏡的穩(wěn)定需要的時(shí)間15微秒,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)快過人體對(duì)光線轉(zhuǎn)換的反映時(shí)間，通過控制鏡片的反射時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同的灰度. 顏色控制: 顏色是利用高速旋轉(zhuǎn)的分色輪同DMD鏡片的有效反射獲得的。通過一個(gè)色彩環(huán)系統(tǒng)過濾掉部分光線所產(chǎn)生的色彩加進(jìn)影象中。該色彩輪依送入DMD數(shù)字信號(hào)的紅，綠，藍(lán)順序旋轉(zhuǎn)，小鏡子根據(jù)像素的位置及色彩的多少被打開或關(guān)閉。雙眼雙眼3D3D視覺：視覺：n雙眼視差：雙眼從略微不同的角度雙眼視差：雙眼從略微不同的角度注視物體，且雙眼視像的差異隨距注視物體，且雙眼視像的差異隨距離改變離改

19、變 ；n會(huì)聚效應(yīng)：左右眼在觀看遠(yuǎn)近不同會(huì)聚效應(yīng)：左右眼在觀看遠(yuǎn)近不同的兩點(diǎn)時(shí)，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的程度也不一的兩點(diǎn)時(shí)，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的程度也不一樣，產(chǎn)生出的光角不同。樣，產(chǎn)生出的光角不同。單眼單眼3D3D視覺：視覺：n調(diào)節(jié)效應(yīng)：物體的遠(yuǎn)近差異引起晶調(diào)節(jié)效應(yīng)：物體的遠(yuǎn)近差異引起晶狀體焦距及瞳孔直徑的調(diào)節(jié)；狀體焦距及瞳孔直徑的調(diào)節(jié)； n單眼移動(dòng)視差：位置的前后不同引單眼移動(dòng)視差：位置的前后不同引起的移動(dòng)時(shí)的差異（如速度）。起的移動(dòng)時(shí)的差異（如速度）。 光角光角 視角視角6 6、人眼、人眼3D3D視覺原理視覺原理 視差視差(parallax)左眼和右眼左眼和右眼所看到的物體的細(xì)微差異來感所看到的物體的細(xì)微差異來感知

20、物體的深度知物體的深度,從而識(shí)別出立體從而識(shí)別出立體圖像；圖像； 一般視差為一般視差為 6-7 CM。6 6、人眼、人眼3D3D視覺原理視覺原理3D顯示技術(shù)立體圖相對(duì)技術(shù)體顯示技術(shù)全息技術(shù)裸眼式3D技術(shù)眼鏡式3D技術(shù)色差式偏光式快門式視差屏障柱狀透鏡指向光源7 7、3D3D顯示技術(shù)分類顯示技術(shù)分類組成要素：組成要素： 逼真的感覺逼真的感覺視覺，聽覺，觸覺，嗅覺等視覺，聽覺，觸覺，嗅覺等 自然的交互自然的交互運(yùn)動(dòng)，姿勢(shì)，語(yǔ)言，身體跟蹤等運(yùn)動(dòng)，姿勢(shì)，語(yǔ)言，身體跟蹤等 個(gè)人的視點(diǎn)個(gè)人的視點(diǎn)用戶的眼、耳、身用戶的眼、耳、身 所感到的感覺信息所感到的感覺信息 迅速的響應(yīng)迅速的響應(yīng)信息根據(jù)視點(diǎn)變化和用戶輸

21、入及時(shí)更新信息根據(jù)視點(diǎn)變化和用戶輸入及時(shí)更新 采用以采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等一體化的虛擬環(huán)境一體化的虛擬環(huán)境，用戶從自己的視點(diǎn)出發(fā)，借助特殊的輸入輸出設(shè)備，采用用戶從自己的視點(diǎn)出發(fā)，借助特殊的輸入輸出設(shè)備，采用自然的方式自然的方式與虛擬世界的物體進(jìn)行與虛擬世界的物體進(jìn)行交互，相互影響交互，相互影響。第四章第四章 典型光電信息系統(tǒng)典型光電信息系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)基本特征基本特征第四章第四章 典型光電信息系統(tǒng)典型光電信息系統(tǒng)按照系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)方式功能和實(shí)現(xiàn)方

22、式的不同，可以分為三種類型：的不同，可以分為三種類型：（1）沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（）沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（“可穿戴可穿戴”VR系統(tǒng)）系統(tǒng)） （2）簡(jiǎn)易型）簡(jiǎn)易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（桌面VR系統(tǒng)）(3)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)15、合成孔徑光學(xué)成像合成孔徑光學(xué)成像技術(shù)如何提升作用距離？技術(shù)如何提升作用距離？ 第四章第四章 典型光電信息系統(tǒng)典型光電信息系統(tǒng)光電成像的探測(cè)方程：光電成像的探測(cè)方程：2222min2mSBCDQN探測(cè)能力與探測(cè)能力與孔徑孔徑尺寸的關(guān)系尺寸的關(guān)系=1.22/D望遠(yuǎn)鏡分辨率公式：望遠(yuǎn)鏡分辨率公式：5、合成孔徑光學(xué)成像合成孔徑光學(xué)成像技術(shù)如何提升作用距離？技術(shù)如何提升作用距離？寬場(chǎng)仿生多孔徑光學(xué)

23、系統(tǒng)原理研究目標(biāo)孔徑數(shù)：73個(gè)視場(chǎng)：12580成像分辨率：1.5億像素圖像拼接處理速度：30fps第五章 光電信息處理技術(shù)n圖像拼接圖像拼接(image mosaic)技術(shù)是將一組相互間存在重疊部分的技術(shù)是將一組相互間存在重疊部分的圖像序列進(jìn)行空間匹配對(duì)準(zhǔn)圖像序列進(jìn)行空間匹配對(duì)準(zhǔn),經(jīng)重采樣融合后形成一幅包含各圖像經(jīng)重采樣融合后形成一幅包含各圖像序列信息的寬視角場(chǎng)景的、完整的、高清晰的新圖像的技術(shù)。序列信息的寬視角場(chǎng)景的、完整的、高清晰的新圖像的技術(shù)。圖像拼接技術(shù)主要包括圖像配準(zhǔn)和圖像融合兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖像拼接技術(shù)主要包括圖像配準(zhǔn)和圖像融合兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖像配準(zhǔn)圖像配準(zhǔn)是圖像拼接的核心部分是圖像

24、拼接的核心部分.按照配準(zhǔn)算法所利用的圖像信息，可以分為按照配準(zhǔn)算法所利用的圖像信息，可以分為基于區(qū)域的方法基于區(qū)域的方法和和基基于特征的方法于特征的方法 ?；趨^(qū)域的匹配主要是模板匹配和基于相位（頻?；趨^(qū)域的匹配主要是模板匹配和基于相位（頻率）的匹配方法；基于特征的匹配包括基于特征點(diǎn)集的匹配和基率）的匹配方法；基于特征的匹配包括基于特征點(diǎn)集的匹配和基于線特征（圖像中邊緣信息）的匹配算法。于線特征（圖像中邊緣信息）的匹配算法。圖像拼接定義、核心技術(shù)圖像拼接定義、核心技術(shù) 圖像拼接圖像坐標(biāo)變換模型圖像坐標(biāo)變換模型 （a）原圖像）原圖像 （b）剛體變換）剛體變換 （c）仿射變換）仿射變換 （d）投

25、影變換）投影變換 （1）仿射變換）仿射變換 仿射變換是指如果一幅圖像中的直線經(jīng)過映射后到另一幅仿射變換是指如果一幅圖像中的直線經(jīng)過映射后到另一幅圖像上仍為直線，并且仍為平行關(guān)系。圖像上仍為直線，并且仍為平行關(guān)系。（2）剛體變換）剛體變換 如果一幅圖像中的兩點(diǎn)間的距離，在經(jīng)變換后轉(zhuǎn)移到另一如果一幅圖像中的兩點(diǎn)間的距離，在經(jīng)變換后轉(zhuǎn)移到另一幅圖像中仍然保持不變，則這種變換稱為剛體變換。幅圖像中仍然保持不變，則這種變換稱為剛體變換。（3）投影變換）投影變換 如果一幅圖像中的直線經(jīng)過映射后到另一幅圖像上仍為一如果一幅圖像中的直線經(jīng)過映射后到另一幅圖像上仍為一條直線，但平行關(guān)系變化，則這種變換稱為投影變

26、換。條直線，但平行關(guān)系變化，則這種變換稱為投影變換。圖像拼接定義、核心技術(shù)圖像拼接定義、核心技術(shù)8、尺度不變特征變換（、尺度不變特征變換（SIFT算法）主要思想？算法）主要思想？ nSIFT 主要思想：主要思想：SIFT算法是一種提取局部特征的算法，在尺度算法是一種提取局部特征的算法，在尺度空間尋找極值點(diǎn)，提取位置，尺度，旋轉(zhuǎn)不變量。空間尋找極值點(diǎn)，提取位置，尺度，旋轉(zhuǎn)不變量。nSIFT算法的特點(diǎn)有：算法的特點(diǎn)有：（1）SIFT特征是圖像的局部特征，其對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變特征是圖像的局部特征，其對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化保持不變性，對(duì)視角變化、仿射變換、噪聲也保持一定程度化保持不變性，對(duì)視

27、角變化、仿射變換、噪聲也保持一定程度的穩(wěn)定性；的穩(wěn)定性；（2）獨(dú)特性好，信息量豐富，適用于在海量特征數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行快）獨(dú)特性好，信息量豐富，適用于在海量特征數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的匹配；速、準(zhǔn)確的匹配；（3）多量性，即使少數(shù)幾個(gè)物體也可產(chǎn)生大量）多量性，即使少數(shù)幾個(gè)物體也可產(chǎn)生大量SIFT特征向量；特征向量；（4）高速性，經(jīng)優(yōu)化的）高速性，經(jīng)優(yōu)化的SIFT匹配算法甚至可以達(dá)到實(shí)時(shí)的要求；匹配算法甚至可以達(dá)到實(shí)時(shí)的要求；（5）可擴(kuò)展性，可以很方便的與其他形式的特征向量進(jìn)行聯(lián)合。）可擴(kuò)展性，可以很方便的與其他形式的特征向量進(jìn)行聯(lián)合。9、圖像融合的層次： 圖像融合可以在圖像融合可以在3個(gè)不同層次進(jìn)行，

28、一是像素層個(gè)不同層次進(jìn)行，一是像素層(pixel)，二是特征層二是特征層(feature)，三是決策層，三是決策層(dicision level)第五章 光電信息處理技術(shù) 10、穩(wěn)像技術(shù)分類？、穩(wěn)像技術(shù)分類？n機(jī)械式穩(wěn)像：機(jī)械式穩(wěn)像： 用機(jī)電的方法來達(dá)到穩(wěn)像目的。在大型用機(jī)電的方法來達(dá)到穩(wěn)像目的。在大型的武器系統(tǒng)中將整個(gè)儀器置于穩(wěn)定平臺(tái)上的武器系統(tǒng)中將整個(gè)儀器置于穩(wěn)定平臺(tái)上; 在電視攝像在電視攝像頭中，是將整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定起來。頭中，是將整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定起來。n光學(xué)穩(wěn)像：光學(xué)穩(wěn)像：用光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)圖像穩(wěn)定。在光路中設(shè)置用光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)圖像穩(wěn)定。在光路中設(shè)置一些光學(xué)元件來作為對(duì)不穩(wěn)定圖像的補(bǔ)償。

29、光學(xué)穩(wěn)像與一些光學(xué)元件來作為對(duì)不穩(wěn)定圖像的補(bǔ)償。光學(xué)穩(wěn)像與機(jī)械式穩(wěn)像都是采用專門的裝置，如各種陀螺儀。機(jī)械式穩(wěn)像都是采用專門的裝置，如各種陀螺儀。n電子穩(wěn)像：電子穩(wěn)像：應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理和電子技術(shù)的方法應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理和電子技術(shù)的方法來直接確定圖像序列的幀間偏移，從而進(jìn)行補(bǔ)償。該方來直接確定圖像序列的幀間偏移，從而進(jìn)行補(bǔ)償。該方法由于不需要額外增加精密機(jī)械、光學(xué)和電子元器件等法由于不需要額外增加精密機(jī)械、光學(xué)和電子元器件等設(shè)備，具有靈活性強(qiáng)、精度高及高智能化等特點(diǎn)。設(shè)備，具有靈活性強(qiáng)、精度高及高智能化等特點(diǎn)。第五章 光電信息處理技術(shù) 11、 電子穩(wěn)像的基本原理n電子穩(wěn)像是利用電子設(shè)備

30、和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的電子穩(wěn)像是利用電子設(shè)備和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的方法，通過檢測(cè)出參考圖像和被比較圖象的運(yùn)動(dòng)矢量，方法，通過檢測(cè)出參考圖像和被比較圖象的運(yùn)動(dòng)矢量，并利用其補(bǔ)償被比較圖像，從而消除或減輕視頻圖像序并利用其補(bǔ)償被比較圖像，從而消除或減輕視頻圖像序列幀間的不穩(wěn)定，獲取清晰而穩(wěn)定的視頻圖像序列。列幀間的不穩(wěn)定，獲取清晰而穩(wěn)定的視頻圖像序列。第五章 光電信息處理技術(shù) 2022/3/645 SIFTSIFT算法的實(shí)質(zhì)可以歸為在不同尺度空間上查找特征點(diǎn)（關(guān)鍵算法的實(shí)質(zhì)可以歸為在不同尺度空間上查找特征點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)）的問題點(diǎn)）的問題。第五章 光電信息處理技術(shù) 1、靜止背景下的目標(biāo)檢測(cè)、靜止

31、背景下的目標(biāo)檢測(cè) 幀差分法：幀差分法：13、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景)1,ttg x yfx yfx y靜態(tài)場(chǎng)景靜態(tài)場(chǎng)景 目標(biāo)檢測(cè)相對(duì)簡(jiǎn)單，研究漸趨成熟目標(biāo)檢測(cè)相對(duì)簡(jiǎn)單，研究漸趨成熟動(dòng)態(tài)場(chǎng)景動(dòng)態(tài)場(chǎng)景 相對(duì)復(fù)雜，成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)相對(duì)復(fù)雜，成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)第五章 光電信息處理技術(shù)n要檢測(cè)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，關(guān)鍵在于對(duì)場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)進(jìn)要檢測(cè)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，關(guān)鍵在于對(duì)場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，通過估計(jì)出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)補(bǔ)償其運(yùn)動(dòng)，最后使用幀行估計(jì)，通過估計(jì)出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)補(bǔ)償其運(yùn)動(dòng)，最后使用幀差法得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。差法得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。提取特征點(diǎn)提取特征點(diǎn)特征點(diǎn)匹配特征

32、點(diǎn)匹配最小二乘求最小二乘求運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)提取特征點(diǎn)提取特征點(diǎn)前一幀圖像前一幀圖像后一幀圖像后一幀圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀差法幀差法運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)13、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景)n 將目標(biāo)分片，建立目標(biāo)分片表現(xiàn)模型（模板）。將目標(biāo)分片，建立目標(biāo)分片表現(xiàn)模型（模板）。在目標(biāo)上一幀的位置周圍遍歷搜索，找到與目標(biāo)模在目標(biāo)上一幀的位置周圍遍歷搜索，找到與目標(biāo)模板相似度最高的候選目標(biāo)作為跟蹤結(jié)果。板相似度最高的候選目標(biāo)作為跟蹤結(jié)果。 其中相似度的度量是通過各片的空間直方圖匹配其中相似度的度量是通過各片的空間直方圖匹配來實(shí)現(xiàn)的。確定目標(biāo)位置后，判斷目標(biāo)中各片的有來實(shí)

33、現(xiàn)的。確定目標(biāo)位置后，判斷目標(biāo)中各片的有效性，僅利用有效片進(jìn)行下一幀的跟蹤。效性，僅利用有效片進(jìn)行下一幀的跟蹤。 被遮擋的區(qū)域被遮擋的區(qū)域片基本丟失片基本丟失14、分片跟蹤、分片跟蹤(部分遮擋目標(biāo)跟蹤部分遮擋目標(biāo)跟蹤)原理？原理？缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）對(duì)模式畸變較敏感，當(dāng)目標(biāo)發(fā)生尺寸或旋轉(zhuǎn)畸變時(shí)，相關(guān)）對(duì)模式畸變較敏感，當(dāng)目標(biāo)發(fā)生尺寸或旋轉(zhuǎn)畸變時(shí)，相關(guān)峰將降低；峰將降低；（2）零級(jí)衍射項(xiàng)強(qiáng)度很高而且寬度大，這將影響互相關(guān)峰的觀）零級(jí)衍射項(xiàng)強(qiáng)度很高而且寬度大，這將影響互相關(guān)峰的觀察；察； （3）背景較復(fù)雜時(shí)，互相關(guān)峰湮沒在彌散斑中；）背景較復(fù)雜時(shí)，互相關(guān)峰湮沒在彌散斑中；（4）背景中出現(xiàn)相似目標(biāo)時(shí)，

34、易發(fā)生誤判現(xiàn)象。）背景中出現(xiàn)相似目標(biāo)時(shí)，易發(fā)生誤判現(xiàn)象。 以上因素將導(dǎo)致系統(tǒng)的識(shí)別能力下降，要解決這些問題就以上因素將導(dǎo)致系統(tǒng)的識(shí)別能力下降，要解決這些問題就必須對(duì)功率譜進(jìn)行改造和優(yōu)化。必須對(duì)功率譜進(jìn)行改造和優(yōu)化。14、經(jīng)典聯(lián)合變換相關(guān)器的缺點(diǎn)及改進(jìn)方法？14、經(jīng)典聯(lián)合變換相關(guān)器的缺點(diǎn)及改進(jìn)方法？15、 模式識(shí)別系統(tǒng)的工作流程？模式識(shí)別系統(tǒng)的工作流程？信號(hào)空間信號(hào)空間特征空間特征空間52n傳統(tǒng)測(cè)試方法：傳統(tǒng)測(cè)試方法： 手動(dòng)目視；手動(dòng)目視； 主觀評(píng)測(cè)；主觀評(píng)測(cè)； 參數(shù)單一；參數(shù)單一； 重復(fù)性低。重復(fù)性低。n現(xiàn)代光電測(cè)試方法：現(xiàn)代光電測(cè)試方法： 光電自動(dòng)測(cè)試；光電自動(dòng)測(cè)試； 客觀評(píng)測(cè)；客觀評(píng)測(cè)； 多參數(shù)