2020 2020年秋光电成像原理与技术（曹峰梅）(北京理工大学) 最新满分章节测试答案
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本课程起止时间为:2020-10-12到2021-01-16
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【作业】第一周 第一周作业
1、 问题:光电成像器件分为哪两大类？各有什么特点？
评分规则: 【 首先要区分直视型光电成像器件、电视型成像器件两大基本类型
指出直视型成像器件是在器件本身完成光电转换，电电变换，电光转换并始终保持信息的二维空间分布，以光学图像的输出方式完成成像功能的器件。
指出电视型成像器件是器件本身完成光电转换，是将二维空间分布的光学、辐射图像转换成一维时间序列中的电信号的器件。
】
2、 问题:请结合像管的基本结构简述像管成像的物理过程
评分规则: 【 关于像管的基本结构陈述出：光电阴极、电子光学系统、荧光屏即可。
陈述出光阴极负责将二维分布的光学图像转换利用外光电效应转换成二维分布的电子流密度图像
陈述出电子光学系统（或加有MCP）将微弱的二维分布的电子图像，通过特定的电场或电磁复合聚焦场，加速聚焦（甚至数量也予以增强）到荧光屏形成高速轰击的二维电子图像
陈述出荧光屏上的晶态磷光体在高速电子流轰击下受激发光，将二维分布的电子图像转换成二维分布的可见光图像
】
【作业】第二周 第二周作业
1、 问题:陈述电子光学系统能够称之为电子透镜的本质在哪里？如何判断旋转对称静电透镜在某处属于正透镜还是负透镜？
评分规则: 【 指出电子光学系统作为电磁场，对于进入到场内的电子束在库仑力和洛伦兹力的作用下具有类似于光学透镜对光线类似的会聚和发散的能力。
指出电子光学系统的轴上电位的二阶偏导的正负可以直接决定对场内电子束的会聚还是发散。
因为光学透镜对光束的会聚时为正透镜，起发散作用为负透镜，所以当旋转对称静电场的电子光学系统的轴上点位二阶偏导数为正则是正透镜，反之为负透镜
】
2、 问题:荧光屏的转换效率与哪些因素有关，为什么说图像分辨力和转换效率对荧光粉颗粒度的要求是相互矛盾的
评分规则: 【 指出转换效率与荧光粉材料有关
指出转换效率与荧光粉颗粒度有关
指出转换效率与粉层厚度有关
指出转换效率与电子加速电压大小有关
指出图像颗粒度越小，粉层厚度越薄分辨力越高
指出图像颗粒度越大，粉层厚度越厚整个屏电光转换效率越高
指出发光材料的禁带宽度和掺杂情况（杂质能级的情况）决定发光效率
】
3、 问题:如何看待光纤面板、微通道板、电子亲和势阴极成为像管从零代管进步到一代管，进而进步到二代管、三代管的重要标志。
评分规则: 【 针对光纤面板，指出其因具备全反射传光特点，传光效率高；指出其可制成平面及准球面双面面型，以保证单管内的理想电子光学系统和级联的工艺便捷；指出其光纤致密，故传像过程中不增加像差，几乎不降低分辨力。
指出单管增益有限，多管级联后像管可以工作在更低的照度下，或在同等照明条件下获得更明亮的图像，所以光纤面板的应用使像管从零代管走向一代管
针对微通道板，指出每个通道内壁有二次电子发射和连续倍增的作用。
指出每个通道非常细小，所以把微通道板置于电子光学系统的像面处，电子束流构成的图像在每个通道内的倍增不会增加新的像差，通道板后方紧接着就是荧光屏。
指出使用了微通道板之后，因为电子束流密度的强烈倍增，可以使轰击荧光屏的电子流密度达到近1000倍的增加，荧光屏亮度足以不逊于多级级联后的像管，而使像管不再需要级联，其小型化，轻型化，便捷性都得到明显提升。
指出负电子亲和势阴极因达到导带底的电子均可出射到阴极材料之外，参与发射的电子数量比常规阴极材料大很多，具有极高的光电灵敏度；
指出负电子亲和势阴极因光电发射的电子主要来自导带底且逸出深度大，造成初始能量和角度集中利于获得更高的电子光学成像效果，像差小成像质量高。
指出在原有二代管的基础上使用了负电子亲和势阴极，像管的灵敏度得到数量级上的提升，且图像质量更好，光谱响应范围还更宽。
】
【作业】第三周 第三周作业
1、 问题:夜视成像系统（含微光与红外）中对于物镜系统的基本要求有哪些？
评分规则: 【 大的通光口径和相对孔径
小渐晕
宽光谱范围校正色差
好的调制传递函数
最大范围内消除杂散光
对于存在扫描功能的系统，要同时考虑聚光系统与扫描系统的光学设计
对于存在制冷环节的系统，物镜系统要尽可能减小可能的冷反射
】
2、 问题:像管的响应度，亮度增益，等效背景照度，对比度恶化系数都是像管的性能指标，请阐述他们各自的定义，并分析哪些指标越高越好，哪些指标值越小越好。
评分规则: 【 指出像管的响应度表达式，或陈述出等于像管阴极输出电流强度与输入辐射功率之比
指出像管的亮度增益定义为荧光屏的输出光出射度与入射到阴极面的光（辐射）照度之比，或陈述为荧光屏的输出光功率与入射到阴极面的输入光功率之比均可
指出像管的等效背景照度是陈述像管噪声的参数，表达为没有入射光照射到阴极面时（或陈述为暗背景条件下），荧光屏发出的光出射度与像管增益的比；或陈述为将像管噪声带给荧光屏的附加亮度，等效为一个没有噪声的像管在同等增益条件下仿佛在入射端接收到的等效入射照度。
陈述出对比度恶化系数定义为表观对比度与固有对比度的比值的倒数；或直接描述为固有对比度与表观对比度的比值。
指出上述参数中等效背景照度和对比度恶化系数应该越小越好，另两个参数应该越大越好。
】
3、 问题:极限分辨力、调制传递函数、品质因数这些参数均一定程度地反映了像管图像传递的效果，请从他们各自的定义来分析为什么后面两个参数比起极限分辨力都相对更全面地反映了像管的成像质量。
评分规则: 【 陈述出极限分辨力定义的是在像管阴极面上刚刚可分辨的最细的黑白条纹数，用lp/mm表达。
陈述出调制传递函数是像管的点扩散函数的傅里叶变换对的幅值部分，它反映出像管对不同空间频率的传递特性。
指出极限分辨力只描述了像管在对比度下降到人眼极限时所对应的极限频率，对其他频率的传递特性就不如调制传递函数描述得全面了。
指出品质因数定义为像管极限分辨力与信噪比的乘积
指出品质因数综合描述了像管的高频图像传输能力和噪声指标，从这点说也比极限分辨力更全面。
】
4、 问题:物镜系统的通光口径、焦距，像管光阴极的有效直径，像管的横向放大率，像管的荧光屏有效直径，目镜系统的焦距，这些参数谁决定了直视型成像系统的视场大小，谁决定了系统的入射光通量的大小，谁决定了系统的横向角放大率？
评分规则: 【 指出系统视场角由物镜系统焦距和光阴极有效直径决定
指出系统的入射光通量的大小由物镜系统的通光口径决定
指出系统的横向放大率由物镜系统焦距、目镜系统焦距和像管横向放大率决定
】
第三周 第一次测验
1、 问题:阈值对比度实验曲线和Rose定律都告诉我们，在进行弱小目标探测时，哪三项指标彼此制约互相牵制
选项：
A:背景亮度，目标亮度，目标高度
B:背景亮度、目标与背景的对比度、目标高度在人眼处形成的张角
C:背景亮度，目标与背景的对比度，目标与人的相对距离
D:背景亮度，目标高度，目标与人的相对距离
答案: 【背景亮度、目标与背景的对比度、目标高度在人眼处形成的张角】
2、 问题:选通式像增强器在执行选断工作状态时
选项：
A:控制电极上的电位接近并等于阴极电位
B:控制电极上的电位略高于阴极电位，但不能超过阳极单位
C:控制电极的电位高于阴极电位甚至高于阳极电位
D:控制电极上的电位大幅度低于阴极电位
答案: 【控制电极上的电位大幅度低于阴极电位】
3、 问题:下列哪种方式有助于为改变材料的逸出功，提升光电发射的几率
选项：
A:P型半导体P型表面态
B:P型半导体N型表面态
C:N型半导体P型表面态
D:N型半导体N型表面态
答案: 【P型半导体N型表面态】
4、 问题:下列光电阴极（）的使用标志着像管走向了三代像管。
选项：
A:银氧铯阴极
B:锑铯阴极
C:多碱阴极
D:负电子亲和势阴极
答案: 【负电子亲和势阴极】
5、 问题:下列何种情况电子束会被静电透镜会聚
选项：
A:轴上电位的值为正
B:轴上电位的一阶导数为正
C:轴上电位的二阶导数为正
D:以上条件要同时满足
答案: 【轴上电位的二阶导数为正】
6、 问题:离子反馈产生的原因是
选项：
A:像管中有残余气体分子被高速电子轰击电离后加速飞行到荧光屏
B:像管中有残余气体分子被高速电子轰击电离后加速飞行到光电阴极
C:微通道板的场致发射产生了离子从通道壁出射
D:以上答案都不对
答案: 【像管中有残余气体分子被高速电子轰击电离后加速飞行到光电阴极】
7、 问题:对于大口径、长焦距、无色差的光学成像系统，最好选用下列哪种类型
选项：
A:多片透射组成的折射系统
B:少数片透镜组成的折射系统
C:主次镜构成的双反系统
D:主次镜构成的折反系统
答案: 【主次镜构成的双反系统】
8、 问题:下列参数中能同时反应像管的分辨力和噪声指标的参数是
选项：
A:对比度恶化系数
B:极限分辨力
C:调制传递函数
D:品质因数
答案: 【品质因数】
9、 问题:光电成像技术拓展了如下哪些人眼的视觉局限
选项：
A:借助光电成像技术人眼可以获得可见光以外的光谱辐射图像
B:借助光电成像技术人眼可以获得超视距甚至在遮挡物后方的景物图像
C:借助光电成像技术人眼可以获得微弱光线照明条件下清晰的景物图像
D:借助光电成像技术人眼可以瞬间看完一年四季的斗转星移，也可以从容观察瞬间的爆炸过程
答案: 【借助光电成像技术人眼可以获得可见光以外的光谱辐射图像;
借助光电成像技术人眼可以获得超视距甚至在遮挡物后方的景物图像;
借助光电成像技术人眼可以获得微弱光线照明条件下清晰的景物图像;
借助光电成像技术人眼可以瞬间看完一年四季的斗转星移，也可以从容观察瞬间的爆炸过程】
10、 问题:人类可以对过往的场景用画面重现的方法有
选项：
A:利用光化学反应在胶片上完成相机的照相和摄影胶片的摄影
B:画画
C:利用光电成像技术摄取电子图像（数码相机、电视摄像、数字电影摄像）
D:照镜子
答案: 【利用光化学反应在胶片上完成相机的照相和摄影胶片的摄影;
画画;
利用光电成像技术摄取电子图像（数码相机、电视摄像、数字电影摄像）】
11、 问题:下面陈述哪些是正确的
选项：
A:所谓日盲紫外工作波段是太阳紫外辐射照射到地表较强的300~400nm区域。
B:所谓日盲紫外工作波段是太阳紫外辐射照射到地表较弱的200~300nm区域。
C:微光成像器件一般指工作在380~760nm的可见光波段的光电成像器件。
D:近红外成像器件也可以用于夜间成像。
答案: 【所谓日盲紫外工作波段是太阳紫外辐射照射到地表较弱的200~300nm区域。;
微光成像器件一般指工作在380~760nm的可见光波段的光电成像器件。;
近红外成像器件也可以用于夜间成像。】
12、 问题:红外热成像技术比普通可见光成像的优势在于
选项：
A:可以全天候成像，不受照明条件影响
B:具有透过伪装纹理或树丛感知隐藏目标图像的能力
C:同样天气条件下，往往比可见光成像作用距离远。
D:空气流动小的时候还可能对热痕成像
答案: 【可以全天候成像，不受照明条件影响;
具有透过伪装纹理或树丛感知隐藏目标图像的能力;
同样天气条件下，往往比可见光成像作用距离远。;
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