微光夜间驾驶仪探测距离研究

　　视距是夜视仪综合性能的象征。它直接反映了系统各个参数的联系,也是总体设计考虑的依据和检验制成品性能的参考。在经典微光系统的视距探测方程的基础上,从大气透过率和光谱匹配等诸多方面进行修正,可以建立更加实用和完善的视距探测方程。

　　本文利用修正的微光成像系统视距理论,结合车辆驾驶夜视仪,对各参数间的关系及对视距性能的影响进行了分析,并对典型环境条件和特定目标背景下 的视距进行了理论估算,与其综合夜视性能的实验结果相符,达到车辆驾驶夜视仪的各项预期指标,因此验证了经修正后的视距探测方程的实用性,同时证实了系统 参数设计的合理性。最后提出了一些改进微光成像系统视距性能的途径。

　　1　微光成像系统视距修正理论公式

　　微光成像系统野外视距估算是一项比较复杂的工作,因为大气环境条件多变,同时微光夜视系统部分性能参数在实际使用中会发生变化。由于像增强器全 部参数都是在室内采用标准光源测试的,其光谱分布与野外辐射源差距甚大,所以在估算一个产品的野外实际效果时,一定要考虑目标尺寸长宽比和对比度的修正, 大气透过率的影响,反射率的修2002年7月收稿,2003年6月定稿。正,光谱匹配系数的修正。经过以上几个方面修正后的微光成像系统的视距理论公式为 [1]

式中,RL是微光夜视系统的视距(m);f′o是物镜焦距(mm);Ht是目标尺寸大小,即目标短边的尺寸(m);Ne是指观察者要发现、识别或看 清目标时要求的系统空间频率;Ak是微光成像系统的分辨力,也就是通过像增强器成像后的条形图案的空间频率,单位是lp/mm,其表达式为

　　为光电阴极的相对光谱响应分布,P(λ)为辐射源的相对辐射通量光谱分布,ρ1λ和ρ2λ分别为目标和背景的光谱反射系数,λ为波长);Cd大气对比衰减系数,即大气对比传递函数为大气透过率,KA为天空景物亮度比LA为天空亮度, Lave为目标与背景的平均亮度);M(Ak)全系统对应空间频率为Ak的MTF值,包括物镜,像增强器和目镜三个部分; D物镜直径(mm);Φmin人眼阈值信噪比; SA光电阴极的积分灵敏度(μA/lm);αλ光谱转换系数,αλ=为光电阴极与标准光源的光谱匹配系数为标准光源的相对光谱辐射通量;α(e,A)为光适应眼与标准光源的光谱匹配系数,α(e,A) =为光适应眼的相对视见函数为光电阴极与景物的光谱匹配系数,即光电阴极与目标和背景的光谱匹配系数α(S,t1)和α(S,t2)的平均值,α(S,为光适应眼与景物的光谱匹配系数,即光适应眼与目标和背景的光谱匹配系数α(e,t1)和α(e,t2)的平均值,积累时间(s);ε对应于发现、识别或者看清的观察概率Ne下的目标长宽比,中目标积分反射率ρ1和背景积分反射率ρ2分别为夜天空照度(lx);τo物镜透过率;τd大气透过率;FΦ像增强器噪声功率因子。