光电成像系统微扫描对探测器时间MTF的影响

摘 要 本文介绍微扫描技术对探测的时间传递函数的影响。分别介绍连续微扫描和离散微扫描两种情况下，探测器调制传递函数的数学模型，并将扫描速度的影响考虑在内。

关键词 微扫描 探测器 时间传递函数

中图分类号：TN215 文献标识码：A

在某些情况下，当视线移动时，探测器可能正在积分，那么图像就会出现拖影，造成MTF退化。这是与探测器的时间响应特性相关的。如果与两次连续采样的时间间隔相比，探测器的带宽不够，那么输出的采样信号就会表现不理想的时间传输特性，因此与之相关联的空间传输特性也会受到影响，引起图像的模糊。根据两种类型微扫描方案，一类是连续微扫描；一类是分步凝视微扫描。分别来分析这两种方案对探测器时间传递函数的影响。

1连续微扫描

当探测器单元在相邻采样时间间隔内，电容的电流积分同时进行，此时的相邻采样点指的是时间上的相邻。也就是微扫描图像移动的过程中积分。这种情况与线性运动带来MTF退化相似。

2离散微扫描

定义相邻采样点之间的转移非常快，探测器单元只在两个离散的采样点上进行信号积分而在转移过程中并不积分，这里对微扫描的机械或非机械装置的性能要求就会非常高。以非制冷红外探测器为例，随机响应放大顺序与标准视频同步情况下，冲击响应是一个单边指数函数。

红外光电导探测器在非制冷的情况下，当入射辐射以阶跃形式投射到探测器上，光生载流子密度p（t）用一阶微分方程表示

离散扫描的传函即冲击相应的傅立叶变换

调制传递函数是系统传递函数的归一化值取模。在%r=0时归一，MTFmicroscan = | |

方程得分为两部分，第一部分时规一化值，第二部分时积分值。

T是探测器微扫描两场图象的时间间隔，f是时间频率。

时间频率和空间频率之间的关系是

图1表示探测器响应函数为指数型上升和衰减，非理想的分步凝视微扫描引入的MTFmicroscan是相对空间频率pf的函数。可以看出对应不同的%m/T值MTFmicroscan曲线的变化趋势。

当%m/T

当%m/T >>1时，MTFmicroscan，对应连续微扫描的情况。也就是说（2）式是（5）式在%m/T∞时的极限。此时微扫描光线移动速度比较慢，MTFmicroscan与线性运动带来的MTF相似。由于线性运动带来的传递函数的下降为MTF（f）=sinc（af）

式中a：水平方向移动的距离；a=vtint；v ：传感器与目标在水平方向的相对移动速度；tint：积分时间。

3结语

微扫描技术对系统分辨率的提高有重要贡献的同时也会给系统的时间传递函数和空间传递函数带来影响，在红外光电系统设计的过程中要将这一影响考虑在内。

参考文献

[1] 张红坡.红外成像系统的测试与评价[D].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所），2004：46-48.

[2] 房红兵，尹宝全.凝视热成像系统MTF斜缝法测试技术研究[J].红外与毫米波学报，1998， 17（2）：124-128.

[3] 张楠，金伟其，苏秉华，刘扬阳.高分辨力红外热图像重建算法的进展及研究[J].兵工学报，2005，26（2）：173-176.

[4] Peter L.Marasco，Eustace L.Dereniak.Uncooled Infrared Sensor Performance.SPIE proceedings，1993，2020：363-377.