几何光学成像系统原理

        上图表示了物距为u的物体P经理想透镜成像的过程，该过程满足高斯成像公式：

其中u为物距，v为像距，f为理想透镜的焦距。

        当探测器靶面处于准焦面时，物体P发射的光线汇聚于P’点，表明可以成清晰的物像；当探测器靶面偏离准焦面位于离焦面时，探测器靶面会出现一个弥散斑， 而且图像的离焦程度与弥散斑半径呈正相关关系。实际上物像可以描述为物空间发光点在像空间光强的叠加，描述像空间光强分布的函数称为点扩散函数，物像的原始图像与镜头点扩散函数的卷积即可表示物像（见下式），而且在卷积过程中会出现原始图像部分细节丢失导致物像模糊。

         其中， X为卷积运算符， g(x,y)为物像，h(x,y)为透镜点扩散函数， f(x,y)为物点(x,y)的亮度分布函数。

探测器靶面所成的物像清晰的条件为：

（1）探测器靶面处于像方的焦深范围内，此时模糊圆半径小于一定值，且物体发出的光线的光程差小于 入/4 。焦深的公式如下：

         其中F=f/D ， f为镜片的光圈系数， D为光圈半径，入  为光的波长。

（2）物体处于成像系统的物方景深范围内。