艾里斑

艾里斑（Airy disc）或艾里图案是具有圆形孔径的光学系统可聚焦光线的最小光斑。在传感器上产生艾里斑分布是成像系统的最佳情况，说明光学系统工作时没有像差，仅受限于光的衍射。
当光线通过圆形孔径时，会形成一个艾里斑，其特征是同心圆环的强度从中心向外递减。大部分能量都集中在第一个零点内，其公式为
r_0=1.22∙λ∙N 其中，λ 是应用波长，N 是光学器件的 F 数。第一个零点之前的包围能量为 84%。由此得出光斑的直径大小：
d=2.44∙λ∙N
如公式所示，艾里斑的直径在很大程度上取决于所使用的测量波长。热成像应用通常使用 8-14 µm 的波段。这表明与视觉成像应用相比，热成像的光斑尺寸更大。如果选择具有典型光谱响应波长的探测器，则只有 F 数可以控制衍射分布的大小。
光斑大小与光学分辨率密切相关。衍射受限光学系统对两点的分辨率取决于它们的艾里模式，而艾里模式必须至少有 r_0 的距离。调制传递函数（MTF）通过比较不同目标大小和距离的对比度来量化这一点。两点之间的 MTF 大于 9% 的系统被认为已经分辨了这两点。在实际应用中，我们可以使用 IFOV 的描述，即该大小的物体必须有两倍于 IFOV 的距离才能获得合适的光学分辨率。 这意味着在两个光点之间必须有一个未被照亮的像素，才能对两个物体的图像进行采样。
产生艾里斑的光学系统称为衍射受限系统。如果波段和 F 数固定不变，这是可以达到的最佳性能。在实际应用中，必须考虑光学系统的像差和光学机械公差，它们对传感器上的成像分布影响很大。以卡尔-施特莱（Karl Strehl）的名字命名的施特莱比（SR）是一个定量指标。它将实际光斑或像差图案的强度与理想的艾里斑进行比较。SR 大于 0.8 表示系统几乎没有衍射限制，而小于 0.8 则表示有明显的像差影响。
在要求极高光学分辨率的应用中，如显微镜或光刻技术，则使用较短的波长，以减小艾里斑直径，提高细节可见度。在使用红外热像仪进行热成像应用时，波段通常为 8-14µm ，特别是在测量室温（T=300 K）下的物体时。普朗克定律描述了黑体发射光谱的特性。使用红外热像仪的竞争性 NETD 测量低温通常仅限于低温红外波段。由于这一原因，提高艾里斑直径的唯一方法是使用先进的热成像光学器件，以获得目标的高光学分辨率。