2018光電成像器件原理與應用-光學系統(tǒng)和光學傳遞函數(shù)

光電成像器件原理與應用

哈爾濱工程大學理學院2024/5/192(四)光學系統(tǒng)和光學傳遞函數(shù)光電成像器件原理與應用

2024/5/193第一節(jié)、光電成像光學系統(tǒng)功能及特點第二節(jié)、成像光學系統(tǒng)特征參數(shù)第三節(jié)、光學傳遞函數(shù)像質評價第四節(jié)、典型的光學系統(tǒng)第四章光學系統(tǒng)和光學傳遞函數(shù)2024/5/194

圖3－1微光成像系統(tǒng)示意圖

§3.1

光電成像光學系統(tǒng)功能及特點2024/5/195物鏡的技術特點：倒像。近貼微光管，輸出的來自物鏡像面的景物倒像必須用光纖扭像器或光學透鏡倒像器，才能為目鏡提供正立的輸入圖像。一、物鏡系統(tǒng)的功能及特點大的有效通光孔徑和高透過率。低照度分辨率(視距)應與物鏡的有效孔徑和光透過率的平方根成正比。（提高信噪比）2024/5/196物鏡的技術特點長的焦距。在中等微光(≥10－21x)照度下，有較高的空間極限分辨率(視距)。光敏面尺寸比人眼入瞳(≤φ8)大得多，要求物鏡盡可能提供更均勻的像面照度分布。在有效的空間頻率域中（低通濾波器），應有好的調制傳遞函數(shù)(MTF)特性。2024/5/197二、目鏡系統(tǒng)功能及特點

放大熒光屏輸出圖像的細節(jié)，彌補人眼空間分辨能力的不足。裸眼41p／mm；微光管可達30～601p／mm；目鏡8x～15x，提取更豐富的景物細節(jié)信息。

放大的正像。大視場、高MTF特性、高光能收集效率和低畸變等。

2024/5/198§3.2

成像光學系統(tǒng)特征參數(shù)像面照度Ek(1x)

儀器有效視場FOV(o)

儀器放大倍率β(倍)

儀器分辨角α(rad)

像差

2024/5/199對遠距離目標式中：ｆ數(shù)＝ｆ物/Ｄ物，T物為物鏡透過率對近距離式中：

像面照度Ek(1x)2024/5/1910儀器有效視場FOV(o)式中：dk為成像器件有效輸入直徑。視場角大，有利于捕獲目標。要求探測器的面積大，噪聲與探測器尺寸成正比，信噪比降低。儀器放大倍率β(倍)（角放大率）式中：ｍ為成像器件的電子光學放大率。儀器分辨角α(rad)式中:Ｒ鑒別率(lp／mm)；W可分辨最小寬度；l觀察距離。2024/5/1911

像差

“理想成像位置”系由單色、近軸成像規(guī)律決定。

研究像差的性質，估算像差的大小并設法校正和減小像差，是光學系統(tǒng)設計中一個極為重要的問題。像差單色像差

色差

球差彗差像散場曲畸變―不同波長成像的位置及大小都有所不同?？v向色差

橫向色差

球差:軸上點發(fā)出的同心光束經光學系統(tǒng)后，不再是同心光束，不同入射高度（孔徑角）的光線將交光軸于不同位置，相對于理想像點有不同程度的偏離，這就是球差。正透鏡――產生負球差；負透鏡――產生正球差；將正負透鏡組合，則有可能消除球差。彗差:軸外一點發(fā)出的寬光束通過一個消球差透鏡的不同環(huán)帶后仍不會聚于一點，在像面上呈現(xiàn)彗星形狀的光斑，這就是“彗差”。分為子午彗差和弧矢彗差；經透鏡邊緣的光線所成的點像大于通過中間光線所成的像，只有主光線形成理想像點。

2024/5/1914

若系統(tǒng)不存在彗差，則這三條光線的像方光線應該相交于一點，但是如果存在彗差，則可能會不再相交共點，而是失去了對稱性。彗差——小視場大孔徑像差當軸外點以細光束成像時，沒有彗差，由于子午面和弧矢面相對折射球面的位置不同，它們在球面上的截線曲率不等，子午像點和弧矢像點不重合，兩者分開的軸向距離稱為像散。

2024/5/1917由于像散的存在，觀察到的物點的像沿著光軸方向會有不同的形狀。場曲——物面為平面，折反射面為曲面場曲:像散必然引起像面彎曲。像散的大小隨視場而變，即物面上離光軸不同距離的各點在成像時，像散值各不相同，一個平面物必然形成兩個曲面像，即子午像面和弧矢像面。

畸變——主光線的實際角放大率不等于1畸變:主要是指主光線的像差。理想成像時，其垂軸放大率為常數(shù)。視場較大時，放大率隨視場而變，不再是常數(shù)，使像相對于物失去相似性，這種成像缺陷稱為畸變。

位置色差——不同顏色的光在介質中n不同色差:透鏡對不同波長的光具有不同的折射率，導致入射復色平行光束被聚焦后，會有不同的焦點位置，稱為色差。倍率色差2024/5/1922§3.3

光學傳遞函數(shù)像質評價

空間頻率特性

描述方法：分辨率、調制傳遞函數(shù)。

一、分辨力高對比度的標準測試板圖案聚焦在像管的光陰極面上，用目視方法從熒光屏上每毫米尚能分辨得開的黑白相間等寬矩形條紋的對數(shù)，即LP／mm。10-3lx2024/5/1923缺陷:極限分辨力一樣，成像質量可能有很大差異。極限分辨力模糊不清，難以分辨。以目測為手段，受主觀因素的限制。2024/5/1924二、光學傳遞函數(shù)像質評價評價像質的幾個有關問題

OTF和MTF

串聯(lián)系統(tǒng)的光學傳遞函數(shù)

調制傳遞函數(shù)的測試原理

調制傳遞函數(shù)的解析表達（經驗公式）傳遞函數(shù)在像質評價上的意義

小結

2024/5/1925(1)點擴展函數(shù)和線擴展函數(shù)

物面點(x，y)，像面點(x′，y′)，則彌散斑的光能分布函數(shù)h(x′，y′)稱為點擴展函數(shù)。

評價像質的幾個有關問題

系統(tǒng)對點物的響應由點擴展函數(shù)來描述歸一化條件2024/5/1926

(2)線性成像系統(tǒng)條件——可疊加性迄今我們看到的絕大多數(shù)成像系統(tǒng)都可以看作一個線性的系統(tǒng)，光從樣品到像面的過程在數(shù)學上可以用擾動與響應表示。2024/5/1927成像元件滿足“等暈”成像條件。

對于像質評價，像的大小、正倒是無關緊要的，總取V＝+1，可把物面和像面迭在一起對比。

(3)空間不變性共軛面上空間不變的區(qū)域稱為等暈區(qū)。透鏡的傍軸區(qū)往往是等暈的。2024/5/1928若物平面I(x)，則像面的光強分布

物理意義：像面強度分布I′(x′)是各I(x)h(x′－x)疊加。即物的像是線擴展函數(shù)對物函數(shù)的卷積

(4)卷積成像原理

(5)調制度

2024/5/1929

OTF和MTF

聯(lián)系物和像頻譜函數(shù)的函數(shù)關系稱為光學傳遞函數(shù)（OpticalTransferFunction）。

設物光中有一個空間頻率為N的諧波根據(jù)卷積成像原理令δ＝x′-x2024/5/1930令結論：物面上某一空間頻率諧波經線性成像系統(tǒng)成像后，在像面上仍為同一空間頻率的諧波，平均強度相同。交變部分振幅b，經過光學系統(tǒng)后，像的振幅被調制減小為b·M(N)；位相由0偏移到φ。

2024/5/1931

M(N)

調制傳遞函數(shù)

MTF(ModulationTransfer

Function)

位相傳遞函數(shù)

PTF(PhaseTransferFunction)

H(N)＝M(N)e-iφ(N)H(N)被稱為光學傳遞函數(shù)OTF(OpticalTransferFunction)

從數(shù)學上講，OTF是光學系統(tǒng)線擴展函數(shù)h(δ)的歸一化后的傅里葉變換2024/5/1932光學傳遞函數(shù)（OTF）

由傅氏變換的卷積定理：定義：

若H(N)=1，則I’(N)=I(N)表示光學系統(tǒng)對任意諧波成份是完全透明，并對各次諧波無相位上的位移，即理想光學系統(tǒng)。實際上H(N)永遠小于1，是空間頻率N的函數(shù)。MTF的物理意義：

2024/5/1933

對于由幾個獨立的線性光學元件級聯(lián)而成的線性成像系統(tǒng)，其光學傳遞函數(shù)如何？X0物面X1一次像面X2二次像面

I0(x0)

h1(x1-x0)

h2(x2-x1)

由卷積成像定理：

串聯(lián)系統(tǒng)的光學傳遞函數(shù)2024/5/1934對I2(x2)作傅氏變換：

作數(shù)學上變換－－→換積分次序

2024/5/1935串聯(lián)系統(tǒng)

n級耦合的光學系統(tǒng)傳遞函數(shù)結論：（1）復合系統(tǒng)的調制傳遞函數(shù)M(N)是各獨立系統(tǒng)M(N)之積（2）復合系統(tǒng)的位相傳遞因子φ(N)是各獨立系統(tǒng)φ(N)之和

研究和改進光電成像系統(tǒng)襯度傳遞特性的重要依據(jù)2024/5/1936（1）調制度法

調制傳遞函數(shù)就等于正弦（余弦）圖案的調制度傳遞函數(shù)，只要測出正弦圖案的物和像的調制度，相除即可。調制傳遞函數(shù)的測試原理2024/5/1937（2）光學模擬傅立葉變換法定義：M(f)=︱F[h(x)]∣，對器件輸入δ(x)物，對輸出像函數(shù)h(x)進行傅立葉變換，其模就是MTF。光學模擬傅氏變換法，就是將狹縫的像直接投射在不同頻率的正弦板上，作用相當于下式

測試時，使正弦板沿垂直狹縫的方向掃描，并將其透光量用光電倍增管轉換成電信號，以供記錄或顯示。2024/5/1938設狹縫亮度分布為矩形函數(shù)，即

b→0，

b>0，

入射狹縫為有限寬度時，像函數(shù)的傅立葉變換并不等于OTF，應加修正因子。2024/5/1939（3）刀口響應法

輸入“物”的亮度空間分布為一階躍波，像的亮度分布即階躍響應函數(shù)E′(x)。

δ(x)E′(x)看E’(x)曲線的陡度。曲線越陡，成像質量越高。E’(x)求H(x)，做傅立葉變換，得到OTF和MTF。H(x)S(x)2024/5/1940多數(shù)光電器件的MTFfc—特征頻率。

n—器件指數(shù)，n（1.1～2.1）器件或元件

fc（Lp/mm）

n

器件或元件

fc（Lp/mm）

n

光纖板(ф5.8um)

961.7一級單管

361.6光纖板(ф6um)

801.8ESB攝像管

101.4熒光屏（P20）

461.1返束視像管

501.6MCP倒像管

51.4Kodak膠卷

1600.6fc及n的值調制傳遞函數(shù)的解析表達（經驗公式）2024/5/1941測出MTF，可由解析式求出器件的特征頻率fc，即M(f)=1/e頻率，器件指數(shù)n由雙對數(shù)值給出：

由R個相同線性器件構成串聯(lián)復合系統(tǒng)復合系統(tǒng)與分系統(tǒng)的頻率常數(shù)關系為

分系統(tǒng)越多，復合系統(tǒng)的頻率常數(shù)越小，MTF越差。2024/5/1942傳遞函數(shù)在像質評價上的意義光學系統(tǒng)是一個空間頻率低通的線性濾波器

例如:電視攝像用的鏡頭，不要求高的分辨力，要求能對較低反襯度的景物獲得層次盡可能豐富的像，曲線Ⅰ好。

光刻用的鏡頭，物是反襯度很高的黑白線條或圖案，對像的要求主要是期望分辨力盡可能高，用曲線Ⅱ為宜。2024/5/1943點擴展函數(shù)和光學傳遞函數(shù)互為傅立葉變換。信息用頻譜描述才是準確的，像質用頻譜之比（OTF）來評價才反映本質。要求光學系統(tǒng)在很寬的頻段內都有很高的OTF值是不現(xiàn)實的，設計者可參照OTF曲線，按用途把注意力集中到最關心的頻段內，研究如何提高和改善系統(tǒng)的性能。

小結便于處理聯(lián)合光學系統(tǒng)和光電結合系統(tǒng)（電視）的像質評價問題。

OTF只適用于空不變系統(tǒng)（等暈區(qū)）。如何評價空變系統(tǒng)的像質問題，仍需進一步研究，目前的一種做法是“分區(qū)等暈處理”。一、顯微鏡系統(tǒng)

顯微鏡（microscope）指為提高人們獲得微小信息能力的光學儀器。往往把將近處物體進行放大的光學系統(tǒng)稱為顯微鏡系統(tǒng)。通常由物鏡和目鏡組成，實際是利用一個物鏡和一個目鏡產生兩級放大的復式顯微鏡。

因為被觀測的物體本身不發(fā)光，需借助外界照明，故顯微鏡還需要有一個照明系統(tǒng)。這些部分是較復雜的透鏡組合系統(tǒng)，尤其是物鏡更為復雜?！?.4

典型的光學系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)設計

放大鏡較低的放大倍率不能滿足人們對近距離物體的極微小細節(jié)進行觀察，須用顯微鏡這種更高放大倍率的組合光學系統(tǒng)。顯微鏡的目鏡和物鏡都是會聚透鏡，兩者間隔比它們各自的焦距大得多。

成像原理：物AB位于物方焦點外測附近，經物鏡成一放大、倒立的實象A‘B’于目鏡物方焦面上或物方焦面內側附近，再經目鏡成放大虛象A“B”于明視距離甚至無限遠處。顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡的視覺放大率因顯微鏡實質是一組合光組，其視覺放大率為：

顯微鏡的視覺放大率是物鏡垂軸放大率與目鏡視覺放大率的乘積。物鏡倍率常有4、10、40、100；目鏡有5、10、15。物鏡的垂軸放大率目鏡的視覺放大率顯微鏡系統(tǒng)設計

通用顯微鏡物鏡從物平面到像平面的距離（共軛距），不論放大率如何都是相等的，約為180mm；對生物顯微鏡，我國規(guī)定為195mm。

把物鏡和目鏡取下后，所剩的鏡筒長度稱為機械筒長，也是固定的，有160mm、170mm、190mm。我國以160mm作為物鏡目鏡定位面的標準距離。顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡的線視場物體經物鏡后成像在視場光闌（直徑為D）上，則其線視場為：視場光闌的大小與目鏡的視場角的關系：

在選定目鏡后，顯微鏡的視覺放大率越大，其在物空間的線視場越小。顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡的出瞳直徑

普通顯微鏡，物鏡框是孔徑光闌。復雜物鏡，其最后鏡組的鏡框為孔徑光闌。測量用顯微鏡，物鏡像方焦平面上設置專門的孔徑光闌?？讖焦怅@經目鏡所成的像為出瞳（直徑為D‘）。NA=nsinu稱為顯微物鏡的數(shù)值孔徑，與物鏡的垂軸放大率一起，刻在物鏡的鏡框上，是一重要光學參數(shù)。顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡的分辨率和有效放大率

分辨率受孔徑光闌的影響，點源形成的像為一個衍射斑，稱為艾里斑，集中83.78%的能量，代表中心位置。根據(jù)瑞利判斷，兩個相鄰像點之間的間隔等于艾里斑的半徑時，則能被光學系統(tǒng)分辨。艾里斑半徑為a為：

顯微鏡的分辨率以能分辨的物方兩點間最短距離σ來表示，即：

若按道威判斷兩相鄰衍射斑中心距為0.85a時，能被分辨開，即：系統(tǒng)的理想分辨率系統(tǒng)的理想分辨率

距離為σ的兩個點不僅被物鏡分辨，且通過目鏡放大，能被眼區(qū)分開，設眼的分辨角距離為2’~4’。則在明視距離上對應的線距離σ’為：把σ‘換算到物空間，按道威判斷取σ值，則：設λ=555nm，得：顯微鏡的有效放大率

一般最大的NA為1.5，則有效放大率最大不超過1500倍。

能夠被物鏡分辨的細節(jié)，要同時被眼睛分辨，要求顯微鏡有恰當?shù)姆糯舐?；而顯微鏡的有效放大率范圍，又取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。53

顯微鏡上標明170mm/0.17；40/0.65。表示放大率為40，數(shù)值孔徑為0.65，機械筒長170mm，物鏡對玻璃厚度d=0.17mm的玻璃蓋板校正像差的。顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡的景深

當眼通過顯微鏡調焦于某一平面（對準平面）時，在對準平面前和后一定范圍內的物體也能清晰成像，此距離即為顯微鏡的景深。

不考慮眼睛調節(jié)能力時顯微鏡本身的景深，幾何景深；考慮眼睛調節(jié)能力帶來的景深，調節(jié)景深。顯微鏡系統(tǒng)設計顯微鏡的照明方式①透射光亮視場照明。光通過透明物體產生亮視場。②反射光亮視場照明。對不透明的物體，從上面照射產生漫射或規(guī)則的反射形成亮視場。③透射光暗視場照明。傾斜入射的照明光束在物體旁側向通過，光束通過物體結構的衍射、折射和反射，射向物鏡，形成物體的像，則獲得暗視場。④反射光暗視場照明。在旁側入射到物體上的照明光束經反射后在物鏡側向通過，若無缺陷的反射鏡作為物體，得到一均勻暗視場。顯微鏡系統(tǒng)設計透明物體的照明方法

生物顯微鏡多為透明標本，常用透射光亮視場照明，分為臨界照明和柯勒照明。

臨界照明：把光源的像成在物平面上，故光源表面亮度的不均勻性會影響顯微鏡的觀察效果。聚光鏡的出瞳和像方視場分別與物鏡的入瞳和物方視場重合。顯微鏡系統(tǒng)設計

柯勒照明消除了臨界照明中物平面光照度不均勻的缺點，它由兩組透鏡組成，前組透鏡為柯勒鏡，后組透鏡為成像物鏡。

調節(jié)光闌2有利于減少有害的散射光，調節(jié)1減少有害的雜散光，提高對比度?？吕甄R的孔闌聚光鏡的視闌柯勒鏡的視闌聚光鏡的孔闌顯微鏡系統(tǒng)設計不透明物體的照明方法

觀察不透明物體時，如金相顯微鏡，往往是采用從側面或上面照明的方法。最常見的是圖示的照明方法，利用顯微鏡的物鏡兼做聚光鏡。顯微鏡系統(tǒng)設計用暗視場觀察微粒的方法

用暗視場方法可以觀察超顯微質點。所謂超顯微質點，是指那些小于顯微鏡分辨極限的微小質點。暗視場可以使進入物鏡的是被微粒散射的光線，在暗的背景上產生亮的微粒像，對比度高，從而提高分辨率。

顯微鏡系統(tǒng)設計

暗視場分為單向和雙向照明。單向照明對觀察微粒的存在和運動是有效的，但對物體的細節(jié)再現(xiàn)不是有效的，有“失真現(xiàn)象”。

雙向照明可以消除這種失真現(xiàn)象，它是在普通三透鏡聚光鏡前放置一環(huán)形光闌，由聚光鏡最后一片和載物玻璃片間浸以液體，經聚光鏡后的環(huán)形光束在玻璃蓋片內全反射而不能進入顯微物鏡，只有經微粒散射的光進入顯微物鏡。2024/5/1961物鏡類型低倍（雙膠合型）中倍（里斯特型）高倍（阿米西型）高倍（浸油型）放大率3～68～1040～6390～100數(shù)值孔徑0.1～0.150.25～0.30.4～0.851.25～1.4

數(shù)值孔徑與放大倍率匹配關系2024/5/1962

望遠鏡系統(tǒng)是一種能把遠距離物體相對于眼睛的張角放大，便于進行觀察和瞄準的目視光學儀器。

工作原理

使入射的平行光束仍保持平行射出的光學系統(tǒng)。其物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦點重合。即光學間隔Δ=0，是無焦系統(tǒng)。望遠鏡的物鏡f0‘>0，目鏡有兩種：fe‘>0為開普勒望遠鏡，反之為伽利略望遠鏡。開普勒望遠鏡二、望遠鏡系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng)設計伽利略望遠鏡望遠鏡系統(tǒng)設計垂軸放大率：角放大率：

手持望遠鏡的放大率不超過10倍，大地測量望遠鏡大約為30倍，天文望遠鏡更高。望遠鏡系統(tǒng)設計

開普勒望遠鏡成倒像，需加入轉像系統(tǒng)成正像。轉像系統(tǒng)分為棱鏡轉像系統(tǒng)和透鏡轉像系統(tǒng)。

棱鏡轉像系統(tǒng)用于筒長較短且結構緊湊望遠鏡中。不改變其放大率。軍用望遠鏡棱鏡轉像系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng)設計

透鏡轉像系統(tǒng)用于長鏡筒的望遠鏡中。增加系統(tǒng)的長度，改變系統(tǒng)的視覺放大率，有單組和雙組兩種形式。雙組系統(tǒng)的兩轉像透鏡之間的光束是平行的，改變兩透鏡之間的距離不會影響系統(tǒng)的光學特性。

雙組透鏡轉像系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng)設計

當整個系統(tǒng)較細長，軸外光線的很大部分將不能通過轉像系統(tǒng)和目鏡，可在中間實像面上或其附近加一適當光焦度的正透鏡，把軸外光線壓低以通過整個系統(tǒng)，這樣不必增加后面光學元件的口徑。這種透鏡稱為場鏡，對系統(tǒng)的光焦度和放大率和像的位置幾乎不產生影響。場鏡的作用望遠鏡系統(tǒng)設計

fe’<0為伽利略望遠鏡，但因其沒有中間實像，不能設置用來瞄準和定位的分劃板，且放大率小，應用較少。望遠系統(tǒng)的分辨率及工作放大率望遠鏡的分辨率用極限分辨角φ表示，按瑞利判斷：按道威判斷：望遠鏡系統(tǒng)設計其中D為望遠鏡的入瞳直徑。

因望遠鏡是目視光學儀器，受人眼分辨率限制，即兩個物點通過儀器后對人眼的視角必須大于人眼的視覺分辨率1’。

為滿足分辨率要求的最小視覺放大率，稱為有效放大率。

為看起來舒服常取Γ的2~3倍，稱為工作放大率。望遠鏡系統(tǒng)設計高倍率的望遠鏡必須增大物鏡的直徑。望遠鏡系統(tǒng)設計望遠鏡的視場

開普勒望遠鏡的物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳；出瞳在目鏡外面，與人眼重合。目鏡框是漸暈光闌，一般允許有50%的漸暈。物鏡的后焦面上放置分劃板，為視場光闌。因此，望遠鏡的物方視場角ω滿足：分劃板半徑

其2ω一般不超過15°，人眼觀察時，必須滿足光瞳相銜接，才能看到望遠鏡的全視場。2024/5/1973例：用望遠鏡觀察時要鑒別5公里處200毫米的間距，應選用多大倍率的望遠鏡？先求出直接觀察時的視角

因為人眼的視角分辨率為1’。儀器必須將視角0.138’擴大1’以上，人眼才能分辨。所以儀器的視放大率至少應為

應選用8X以上的望遠鏡。三、攝影系統(tǒng)

攝影系統(tǒng)是把平面或空間物體成像于感光元件接收面上的光學系統(tǒng)，由攝影物鏡和感光元件組成。包括：照相機、電影攝像機、顯微攝影系統(tǒng)、照相制版儀等。

攝影物鏡的光學特性特性參數(shù)：焦距、相對孔徑、視場角。決定成像大小決定像面照度決定成像范圍攝影系統(tǒng)設計視場視場的大小由物鏡的焦距和接收器的尺寸決定。拍遠處物體時，像的大小為：拍近處物體時，像的大小為：

感光元件框是視場光闌和出窗，決定成像范圍。當接收器尺寸一定時，物鏡的的焦距：越短，視場角越大。越長，視場角越小。廣角物鏡遠攝物鏡攝影系統(tǒng)設計視場

幾種常用攝影底片的規(guī)格如表所示。常用的面陣CCD器件的規(guī)格有512*512，1024*1024，2048*2048像元，單個像元尺寸0.013~0.014毫米。攝影系統(tǒng)設計普通照相機標準鏡頭的焦距為50mm。拍遠處物體時，物方最大視場角為：底片的對角線長度視場攝影系統(tǒng)設計分辨率

攝影系統(tǒng)的分辨率由物鏡的分辨率和接收器的分辨率決定，是以像面上每毫米內能分辨開的線對數(shù)表示。

設物鏡的分辨率為NL,接收器的分辨率為Nr，則系統(tǒng)分辨率N為：攝影系統(tǒng)設計分辨率按瑞利判斷，物鏡的分辨率為：

攝影物鏡存在較大像差，物鏡的實際分辨率小于理論分辨率；此外其分辨率還與被攝目標對比度有關，因此評價其成像質量要用光學傳遞函數(shù)。攝影系統(tǒng)設計像面照度主要取決于相對口徑光瞳垂軸放大率物體亮度對大視場物鏡，其視場邊緣的照度要比視場中心小很多。攝影系統(tǒng)設計

感光底片上的照度分布并不均勻。同一次曝光中，可能中心過度，邊緣不足。一般通過采用可變光闌（光圈）來控制孔徑光闌的大小。使用者根據(jù)天氣情況進行選擇。

國標規(guī)定F數(shù)為：1，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22，32。

像面照度E′與曝光時間t的乘積為曝光量。若F提高一檔，則曝光時間增加一倍，才能保證曝光量不變。攝影系統(tǒng)設計攝影物鏡的類型

攝影物鏡屬于大視場、大相對孔徑的光學系統(tǒng)，為了獲得較好的像質，要校正軸上點像差，又要校正軸外點像差。普通攝影物鏡長焦距攝影物鏡攝影系統(tǒng)設計變焦距攝影物鏡天塞物鏡攝影系統(tǒng)設計廣角物鏡遠攝物鏡攝影系統(tǒng)設計雙高斯物鏡短焦距攝影物鏡目鏡是望遠鏡和顯微鏡的一個組成部分，作用是把物鏡所成像通過目鏡成像在無限遠，供人眼觀察。四、目鏡設計目鏡設計目鏡的光學特性（1）焦距短：望遠鏡物鏡和目鏡焦距之間存在以下關系：

當目鏡的焦距增加時，物鏡焦距很快增加(因為

>>1)，為減小儀器體積重量，須盡可能減小目鏡的焦距。

另外，儀器又要求一定的出瞳距離，這就限制了目鏡的焦距不能過小。一般望遠鏡目鏡的焦距在10～40mm左右。

目鏡設計目鏡的光學特性

對顯微鏡的目鏡來說，它的焦距和視放大率之間符合以下關系：

顯微鏡目鏡的視放大率Γ一般在10左右，顯微目鏡的焦距也在25mm左右。因此無論是望遠鏡的目鏡，還是顯微鏡的目鏡，焦距短是它們的共同特點。目鏡設計目鏡的光學特性（2）相對孔徑比較小

由于目鏡的出射光束直接進入人眼的瞳孔，人眼瞳孔的直徑一般在2～4mm左右變化，因此軍用望遠系統(tǒng)的出瞳直徑一般在4mm左右。顯微鏡的出瞳直徑則為1～2mm左右。而目鏡的焦距約為1