维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第５期 应用光学 Ｖｏ１．２３ ＮＯ．５ ２００２ ２００２矩 文章编号：１００２—２０８２（２００２）０５—０００１—０６ 微光夜视系统新的阈值探测理论 和视距探测方程研究 艾克聪 ，周立伟。，曾桂林 ，梁燕熙 （１．西安应用光学研究所 陕西西安７１００６５； ２．北京理工大学，北京１０００８１） 摘 要： 在对各种阈值探测理论和视距探测方程进行深入研究分析的基础上，从人眼阈值特性和微 光视觉理论出发，建立微光夜视系统新的阈值探测理论模型，导出微光夜视系统新的视距综合探测方 程。 关键词： 微光夜视系统；阈值探测理论；视距探测方程；分辨角；亮度；对比度；信噪比 中图分类号：ＴＮ２２３—３４ 文献标识码：Ａ 引言 基于光量子噪声起伏理论和阈值信噪比的推 导思路，即将人眼作为微光条件下受光量子噪 声起伏的一种量子探测器来进行描述的， 通常称为人眼的“量子探测器模型”。４０年代， 对微光夜视系统的阈值探测理论和视距 探测方程的研究至今已有６０多年的历史。在 此期间，许多著名的专家学者曾对微光夜视系 统的探测性能进行了深入的理论分析和大量 的实验研究。他们依据人眼的视觉特性建立了 各种不同形式的阈值探测理论和视距探测方 程，从而奠定了微光夜视系统对夜间目标探测 的理论基础。 随着光量子噪声起伏理论的兴起，线性滤波理 论也得到了蓬勃发展。谢德［６ 是将线性滤波理 论成功地应用于电光系统和人眼视觉特性研 究的先驱和奠基人。他第一次直接测量了人眼 的正弦波响应，提出人眼的“线性滤波器视觉 模型”。坎贝尔 、萨克斯 、斯特罗迈耶 。 等 人进一步发展了这一理论，他们认为人眼并不 对微光夜视系统探测理论的研究首先是 从微光视觉理论和理想成像系统开始的。由于 影响因素太多和相互关系太复杂，使得人们在 研究时不得不把条件一再简化和理想化。于 是，实际的微光夜视系统首先被简化为“理想 成像系统”来研究。罗斯 、戴维斯 、科尔特 曼 、理查兹 、夏根 等人的研究为理想成 是一个单独的线性滤波器，而是多通道窄带调 谐滤波器的包络线或总和；且每一通道的噪声 统计是互不相关的。这就是人眼的“多通道线 性滤波器视觉模型”。 虽然基于光量子噪声起伏理论和信噪比 思路导出的“理想成像系统的探测方程”将人 像系统和微光视觉理论奠定了基础，他们都是 收稿日期：２００１—０４—０８ 作者简介：艾克聪（１９５０一），男，西安应用光学研究所研究员级高工，北京理工大学在职博士生，主要从事微光夜 视器件及系统和理论方面的研究工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 眼观察的３大要素，视角、亮度、对比度与信噪 比联系在一起，但在这些理想探测方程中未能 反映系统调制传递函数以及系统放大率、像管 增益等许多因素的影响；同时，由于在导出时 将条件一再简化和理想化，因此有着较大的局 限性。许多专家学者对“理想成像系统的探测 方程”作了进一步修正和改进，以使其尽量与 实际情况相一致，从而导出了许多不同形式的 探测方程。这些方程被称为“实际成像系统的 探测方程”。其中具有代表性的有理查兹 ］、罗 塞尔、施尼茨勒、布莱克勒等人［１ Ｍ 导出的 １０种探测方程。在这些方程中有的考虑了对 比度修正和用目标反射率、大气透过率的光谱 积分来代替均值；有的考虑了二代像增强器中 微通道板引入后系统信噪比的变化和噪声因 子的影响等。这些改进和修正无疑使导出的探 测方程更为精确和接近于实际。但目前这些改 进和修正仍有较大的局限，还不能完全解决理 想成像系统探测方程存在的问题和不足。 本文在对微光夜视系统各种阈值探测理 论、视距探测方程进行深入研究分析口 们和 文献 ］的基础上，从人眼的阈值特性和微 光视觉理论出发，建立了微光夜视系统新的阈 值探测理论，导出了微光夜视系统新的视距综 合探测方程。 １微光成像系统新的阈值探测理论 由于从目标、大气、微光夜视系统到人眼 是一个统一的观察体系，而微光夜视系统摄取 的目标图像最终是供人眼观察的，因此目标背 景和微光夜视系统的众多参量对系统成像和 对人眼观察的影响最终都要与人眼的各种视 觉特性相吻合，以满足人眼观察的需要。而目 标能否被探测到则完全取决于微光夜视系统 提供给人眼观察的图像是否能满足人眼各种 阈值特性的要求。因此，如何将上述众多参量 与人眼的各种视觉特性结合和统一起来是建 立微光夜视系统新的阀值探测理论和视距探 ２ 测方程的关键和核心问题。 微光夜视系统的工作原理可用图１表示。 由图１可以看出，微光夜视系统观察的是目标 图像经光谱变换、增强、放大后呈现在系统显 示屏上的图像。此显示屏上目标图像提供给人 眼的图像亮度、对比度、信噪比和分辨角与目 标在系统第一光敏面或光阴极面上所成光电 子图像的亮度、对比度、信噪比和分辨角是有 很大差别的。这是因为前述各种理想系统和实 际成像系统的探测方程都是以微光夜视系统 的第一光敏面为基准面来讨论问题的，所以必 然会出现与实践情况差距较大，与人眼视觉特 性脱节等局限性。 １．入射窗；２．物镜人瞳；３．像增强器； ４．目镜人瞳；５．目镜出瞳；６．人眼 图１ 微光夜视系统工作原理图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌ ｅ ｏｆ ｌ ｏｗ Ｉｉｇｈｔ ｌｅｖｅｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 为此，本文将以人眼视网膜作为基准面， 运用光量子噪声起伏理论和线性滤波理论来 计算从目标、背景、大气、微光夜视系统至人眼 整个视觉链中亮度、对比度、信噪比、分辨角的 变化；并以人眼相应的各种阈值特性作为目标 能否被探测的标准来建立微光夜视系统新的 阈值探测理论和视距探测方程。当目标和背景 的反射率、夜天光照度和微光夜视系统的性能 参数一定时，根据约翰逊准则 ，以目标的大 小尺寸和对目标发现、识别、认清等不同要求， 代入导出的视距探测方程即可求出相应的探 测距离，从而达到预测微光夜视系统对目标的 探测性能和探测距离，以及实现在一定距离上 对目标的发现、识别或认清的目的。 本文与文献中的各种微光夜视系统的阈 维普资讯 http://www.cqvip.com 值探测理论和视距探测方程的重要区别就是 间频率来确定。实际上这只是在目标亮度较高 的情况下才成立，是只适应于一定亮度和频率 范围的简化处理。由该文图６和图９可以清楚 以人眼的视觉理论和阈值特性为基础，建立了 光量子噪声起伏理论和线性滤波理论之间的 有机联系。根据人眼的３种视觉类型，在人眼 地看出，当目标亮度在ｉ００一ｌＯ００ｎｉｔ时，人眼 的闽值对比度曲线已很接近，由调制度为２ 夜间视觉（视杆视觉）情况下，由于目标亮度较 低，光量子的噪声比较明显，因此宜用光量子 噪声起伏理论来描述。在人眼的日间视觉（视 锥视觉）情况下，由于目标的亮度高、信号强， 光量子噪声的影响已不明显，因此宜用线性滤 波理论来描述。而在中介视觉（视杆视锥联合 视觉）情况下，用此两种理论单独来描述都会 或５ 确定的空间频率误差很小；但当目标亮 度降低时，亮度相差越大，相应的阈值对比度 的差别也越大，由其确定的系统极限分辨力也 会显著不同。因此，显示屏上的亮度和与此对 应的人眼阈值对比度将决定由线性滤波理论 导出的系统极限分辨力。只有在上述人眼视觉 理论和阈值特性的基础上，才能建立起光量子 噪声起伏理论与线性滤波理论之间的正确联 系。 有较大的误差。若用光量子噪声理论和线性滤 波理论共同来描述，则应是比较合理的理论延 伸。 由文献［２１］中的表４一表７、图６一图ｌ１ 可以看出，当显示屏亮度不同时，人眼的阈值 对比度和极限分辨角是不同的。线性滤波理论 ２微光夜视系统新的视距综合探测方程 由于显示屏上的目标图像总是处于一定 的背景之中，本文取背景和目标面积相等，以 与实验室测试的矩形图案相一致，如图２所 示。 认为，系统的调制传递函数与目标的亮度无 关，系统的极限分辨力通常由系统的调制传递 函数曲线上与调制度为２ 或５ ９／６相对应的空 图２显不屏上目标和背景面元与人眼分辨角示意图 Ｆｉｇ・２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｆｏｒ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃｒｅｅｎ ｔｏ ｅｙｅ 图２（ａ）是人眼需要分辨的长为 、宽为 距离。 的矩形目标面元 和背景面元ｂ。图２（ｂ）是当 系统要分辨两矩形面元的任一目标面元 时， 按照上述微光夜视系统新的阈值探测理 论，称目标和背景面元在像增强器荧光屏或显 目标宽度对人眼或目镜的张角ｑ，即人眼的半 分辨角；Ｌ。为显示屏上目标面元的亮度．ｒ，是 人眼瞳孔的半径； 为孔径角，它是眼瞳直径 示屏上所成的像对人眼的张角为人眼的全分 辨角。在阈值探测情况下，人眼总的阈值分辨 角ＣＣｔｈ 可以表示为 Ｄ 对目标的张角。对微光直视系统而言，人眼 瞳孔就是仪器的出瞳， 是目镜焦距；对微光 电视系统而言，则 是人眼到显示屏的观察 ＣＣｔｌｕ一（％ｐ十 ） ‘ 式中，乜ｆ 一一［ｒｒｐｒ］．～（１） （２） （３） ３ ｔｅｒ；ｒ．ＬＣ ￣ｈｓｉｎ２０．ｆｚ，］ ．．Ｏ：ｔ 一 Ｉ（ｎ ／ｆ。） 维普资讯 http://www.cqvip.com ｓｉｎ ０ ・ 一 （４） ｒ。— ，。 当ｒ；＜＜ （５） （２）式可以表示为 ｑ 一Ｌ一［ 两 厕 ］Ｌ／ （６） 以上（１）一（６）式中各参量的定义如下： ｑ 是由光量子噪声起伏理论导出的人眼的阈 值分辨角；ｑ 为由线性滤波理论导出的人眼 阈值分辨角； 为目镜焦距；Ｄ，为人眼瞳孔直 径； 为人眼瞳孔半径；￡为目标和背景矩形面 元的长宽比；＂ｇｉ为目镜透过率。ｔ，为人眼有效积 分时间； 为人眼透过率； 为人眼积分量子 效率，随光谱不同而发生变化，白光时约为 １ 一３％；户为荧光屏或显示屏上目标背景图 像发出的每秒每流明光通量所含光子数，此光 子数取决于目标背景图像的光谱分布，对白光 而言，户一３×１０ （ｐｔ／ｌｍ・５）； 为系统总的 放大率（ 一巩。 ，，巩。一ｆ。／ｆ，， 。是光学系 统放大率， ，是像增强器的放大率，厂。是物镜 焦距， 是目镜焦距）；Ｃ 为与观察图像亮度 相对应的人眼阈值对比度； 为人眼阈值信 噪比； ，为与人眼阈值对比度Ｃ 相对应的微 光夜视系统和人眼的极限分辨力；Ｌ 为像增 强器荧光屏或微光电视显示屏上目标背景的 平均亮度，其值可由目标背景、大气、微光夜视 系统直至人眼的整个能量传递链来求出，表达 式为 Ｌ 一（Ｅ 十Ｅ ） Ｇ６ （７） Ｅ 一 ｒ一 ｒ ｒ０ｒ０Ｅｏ也ｏ Ｐ，ｎ （８） （７）、（８）式各参量的定义如下： 为像增 强器的内外等效背景照度之和； 为光阴极对 不同光源的光谱转换因数， 一Ｓ ／ｓ ，Ｓ 是光 电阴极对标准 光源的光谱阴极灵敏度； 是 光阴极对目标背景的光谱灵敏度； 为大气透 过率，当主要考虑大气散射的影响时，其表示 式为 ｒ。一Ｐ一 ‘ （９） 式中，ａ（ ）是散射系数；Ｅ。为目标和背景上的 照度；Ｇｂ为像增强器的增益，可以用实测数 据，也可用公式来求出。对于含有微通道板的 二代、三代和超二代微光像管，Ｇ 的表达式为 Ｇｂ一 （１Ｏ） （９）、（１Ｏ）式中， 为微光像增强器荧光屏的发 光效率；Ｖ 为荧光屏上所加电压；Ｇ， 为微通道 板（ＭＣＰ）的增益。 由能量传递链求出Ｌ 后与人眼的阈值亮 度相比较，当目标背景像的亮度大于人眼的阈 值亮度时，目标才有可能被探测到。 对于人眼的视觉对比度Ｃ ，当使用微光 夜视仪器观察时，它可由目标、大气、光学系 统、微光像增强器直至人眼的整个对比度传递 链来求出，可转换为调制传递函数表示为 Ｑ Ｃ 一兰ｃｏＭ ＭｏＭ ＭｐＭ （ｕ） 式中，Ｃ。为目标和背景的初始对比度，定义为 Ｃ。一（Ｌ。一 ）／（Ｌ ＋Ｌ ） （１２） 式中，Ｌ 和 是目标、背景的亮度，Ｍ 、Ｍ。、 Ｍ，、Ｍ 和Ｍ，分别是大气、物镜、像管、目镜 （对微光电视则为中继透镜和ＣＣＤ摄像系统） 和人眼调制传递函数。只有Ｃ，大于或等于人 眼的阈值对比度Ｃ 时，目标才有可能被探测 到。 使用微光夜视仪器观察时，要求系统的输 出信噪比 要大于人眼的阈值信噪比 。 系统的输出信噪比 可表示为 Ｆ一（Ｓ／Ｎ）Ｕ（５／Ⅳ） 一 （１３） 式中，Ｆ为噪声功率因子； 为光阴极面上的 入射信噪比，可表示为 一． （ ５。Ｅ ／ｅＢ Ｆ） （１４） 式中， 为阴极面面积；Ｂ 为像管和人眼的等 效带宽；ｅ为电子电荷。 只有微光夜视系统的输出信噪比大于该 目标的形状和识别概率所对应的人眼阈值信 噪比时，此目标才能被探测和识别。 应用上述公式，我们可以导出微光夜视系 维普资讯 http://www.cqvip.com 统的视距综合探测方程： Ｒ一＾／（ ） （１５） 式中，ａ 一‰／ （１６） ｑ 为在阈值探测情况下，人眼刚刚能够分辨 的目标背景对微光成像系统第一光敏面的张 角； 为系统总的放大率；＾为目标尺寸。 为 要求发现、识别、认清的线对数，依据约翰逊准 则分别为１；４：８；Ｒ为使用微光成像系统探 测目标时，目标能够被发现、识别、认清的距 离。 将目标背景大小和反射率、夜天光照度、 大气透过率、微光夜视系统和微光像管等有关 参量和相关公式代入（１６）式，就可以求出相 应微光夜视系统对目标的探测距离尺。有关公 式的应用、公式中参量的数据选取和计算实例 将另文给出。 参考文献 ［１］ Ａ Ｒｏｓｅ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｐｉｃｋｕｐ ｔｕｂｅｓ，ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｉｌｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ ＩＲＥ，１９４２，３０：２９３—３００． ［２］ Ｈ Ｌ ＤｅＶｒｉｅｓ．Ｔｈｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｂｅａｒｉｎｇ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｖｉｓｉｏｎ．ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．ａｎｄ ｖｉｓｕａｌ ａｃｕｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｙｅ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃａ，１ ９５４，１０：５５３—５６４． ［３］ Ｊ Ｗ Ｃｏｌｔｍａｎ．Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｔＯ ｒｅｓｏ— ｌｙｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｉｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．ＪＯＳＡ． １ ９５４，４４：２３４—２３７． ［４］ Ｅ Ａ Ｒｉｃｈａｒｄｓ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｌｅｖｅｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｖｉｅｗ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， １９６８，８：１０１—１１５． Ｅ５］ Ｐ Ｓｃｈａｇｅｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｉｄｅｄ ｔＯ ｎｉｇｈｔ ｖｉｓｉｏｎ［Ｊ］． Ｐｈｉｌｉｐ Ｔｒａｎｓ．Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃ Ｌｏｎｄｏｎ １ ９７１，２６９：３２３． ［６］ Ｏ Ｈ Ｓｃｈａｄｅ，Ｓｒ．Ｅｌｅｃｔｒｏ—ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＲＣＡ Ｒｅｖｉｅｗ，１ ９４８， ９：５—３７，２４５—２８６．４９０～５３０，６５３—６８６． ［７］ Ｆ Ｗ Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｊ Ｇ Ｒｏｂｓｏｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｒｉｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔＯ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｇｒａｔｉｎｇｓ［Ｊ３３． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ（Ｇｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ）．１ ９６８． １ ９７：５５１—５６６． ［８］ Ｍ Ｂ Ｓａｃｈｓ．Ｊ Ｎａｃｈｍｉａｓ，Ｊ Ｇ Ｒｏｂｓｏｎ．Ｓｐａｔｉａｌ— ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｖｉｓｉｏｎ［Ｊ３３．ＪＯＳＡ． １ ９７１，６１：１１７６—１１８６． ［９］ Ｃ Ｆ ＳｔｒｏｍｅｙｅⅢ．Ｂ Ｊｕｌｅｓｚ．Ｓｐａｔｉａｌ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍａｓｋｉｎｇ ｉｎ ｖｉｓｉｏｎ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ ｂａｎｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｒｅａｄ ｏｆ ｍａｓｋｉｎｇ ｉ－Ｊ－１．ＪＯＳＡ．１９７１，６２：１７６—１１８６． ［１Ｏ］ Ｆ Ａ Ｒｏｓｅｌ１．Ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｌｅｖｅｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒｓ［Ｍ］．Ｐｒｅｓｓ Ｐｌｅｎｕｍ， 】９７】．３Ｏ８—３２９． ［１１］Ａ Ｄ Ｓｃｈｎｉｔｚｌｅｒ．Ｉｍａｇｅ—ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｐａｒ ｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ ｖｉｓｕａｌ ｓｙｓｔｅｍ［Ｒ］． ７２５８３１．１９７１，５５． ［１ ２］ Ｊ Ｃ Ｒｉｃｈａｒｄ，ｅｔ ａ１．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｄｅｓ ｓｙｓｔｅｍ， ｄｅ ｖｉｓｉｏｎ ｎｏｃｔｕｒｎｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｕｔｉｌｉｓａｎｔ ｄｅｓ ｔｕｂｅｓ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｅｕｒｓ ｄ’ｉｍａｇｅｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｄｅ ｌａ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒａｌｅ ｄｅ ｌａ ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ［Ｊ］． Ａｃｔａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａ，１９７７，２０ ３５３—３６８． ［１３］ Ｈ Ｇ Ｂｌａｃｋｌｅｒ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｏｐｔｉｃｓ／Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔ— ｉｏｎａｌ［Ｊ］．ＵＫ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１ ９８２， １ ３０—１３９． ［１４］ Ｉ Ｐ Ｃｓｏｒｂａ．Ｒｅｃｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ａｄｖａｎｃｅｍｏｎｔｓ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ＵＶ ｔＯ ＩＲ［Ｊ］．ＳＰＩＥ，１９８６，６８６：１Ｏ１．１１ ２． ［１５］ 邹异松．成像器件的图像探测特性口］．北京工 业学院学报，１９８２，１：１７—２７． ［１６］ 蒋先进，李润森，等．微光电视［Ｍ］．北京：国防 工业出版社，１９８４． ［１７］ 郝康心．视觉阈值特性研究与光电成像技术进 展口］．应用光学，１ ９８５，２：１—６． ［１８］ 冯炽涛，郑玉才．等．像管与夜视仪的总体分 析，像管的设计与分析［Ｍ］．北京：国防工业出 版社，１９９０． ［１９］ 艾克聪．微光夜视系统阈值探测理论和视距探 测方程的研究［Ｊ］．应用光学，１ ９９４，１５（４）：２１ ２８． ［２Ｏ］ 艾克聪．微光夜视系统阈值探测理论和视距探 ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com ［２Ｏ］ 艾克聪．微光夜视系统阈值探测理论和视距探 ［２１］艾克聪．微光夜视系统阈值探测理论和视距探 测方程的研究［Ｊ］．应用光学，１９９４，１ ５（６）：１２ 测方程的研究［Ｊ］．应用光学，１ ９９４，１ ５（５）：２５ ３３． ２１． ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＴＨＥ ＮＥＷ ＴＨＲＥＳＨｏＬＤ ＤＥＴＥＣＴＩｏＮ ＴＨＥｏＲＹ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＥＮＴ ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＥＱＵＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＬｏＷ ＬＩＧＨＴ ＬＥＶＥＬ ＩＭＡＧＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＩ Ｋｅ—ｃｏｎｇ，ＺＨ０Ｕ Ｌｉ—ｗｅｉ，ＺＥＮＧ Ｇｕｉ—ｌｉｎ，Ｉ ＩＡＮＧ Ｙａｎ—ｘｉ （１．Ｘｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｅｓ，Ｘｉａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｎ ｎｏｉｓｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ，ｌｉｎｅａｒ ｆｉｌｔｅｒ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｖｉｓｕａｌ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ａｐｐａｒｅｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＬＬＬ （１ｏｗ ｌｉｇｈｔ ｌｅｖｅ１）ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｄｅｒｉｖｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＬＬ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ；ａｐｐａｒｅｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｑｕａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ； ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ；ｃｏｎｔｒａｓｔ；ｓｉｇｎａｌ ｔＯ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ 全光学开关 开关在远程通讯中是必不可少的，但是由于它在两种不同的电平上工作，可能会出现混乱。 电话网包含许多大型的、昂贵的开关箱，包括为引导小型开关元件的工作而设计的专用计算机。 对于一个网络工程师来说，大箱子就是开关，而对于光学工程师来说，开关则是大箱子中的一个 元件。大箱子和元件都能进行光学转换，但对于电流技术而言，大箱子必定要带有先进的电子控 制系统。 实际上，许多光学开关是光电子开关，由开关将输入的光学信号转变成电子信号，然后由转 换的电子信号驱动一光学发射器。全光学以光的形式控制信号，其方法是使所有的信号在一根纤 维中改变方向，或在波分复用系统中选择一定波长上的信号。有些开关可隔离每个波长，而通常 它们的输入端是由多路化光学系统分隔开的许多单光学通道。这意味着它们在光学通道这一层 次上工作，不考虑光学通道上携带的数据流。仍然需要电子或光电子开关来控制其每一光学通道 上传输的数据流，例如为在远程传输线上分布，把时分复用信号分解成各段分量。 另一个差别存在于“透明”和“不透明”光学开关之间。大多数现行全光学开关被认为是透明 的，因为他们传输原始的输入光，而不将它转变成其它形式，好象你能直接看穿它似的。一个简单 的例子就是活动反射镜开关，它反射不同方向输入的光子。不透明光学开关把输入光子转变成其 它形式，因此不对它们传输。包括光电子型和用光学或电子技术将信号转变成不同波长的其它类 型。 ６
