衍射限制系统

光学中的衍射极限系统可达到理论上的最大光学分辨率，这仅由光的衍射行为决定。其特点是不存在光学像差，并设定了最佳光学分辨率的极限。在这种系统中，光学系统不会产生光源的尖锐点状图像，而是会产生一种称为艾里斑的衍射图样。这种衍射图样的特性完全取决于所用光线的波长（波段）和光学系统的 F 数 N。

在热成像中，衍射通常会影响热像仪传感器捕捉到的图像质量。当像素尺寸减小并使用 8-14 µm 的长波红外 (LWIR) 波段时，情况尤其如此。
将点状目标聚焦到探测器平面上的目的是将辐射聚焦到一个小于像素尺寸的点上。艾里斑的直径可通过公式 d=2.44∙λ∙N 估算，其中直径由艾里斑的第一个零点定义，包含目标环绕能量的 84%。

像差最小的光学系统被称为衍射极限系统。实际系统中的光学质量可通过斯特雷尔比来量化，无像差光学系统的斯特雷尔比为 1。 斯特雷尔比值在 0.8 和 1 之间，表示衍射效应占主导地位，像差可忽略不计。当斯特雷尔比值低于 0.8 时，光学像差就变得越来越重要。对于成像系统而言，通常将调制传递函数（MTF）与衍射极限进行比较，以对性能质量进行分类。只要材料和制造成本合理，光学设计人员就会努力尽可能接近这一极限值。

在热成像技术中，测量室温（T=300 K）下的物体时，典型的应用波段通常为 8-14 µm，这是由描述黑体发射光谱的普朗克定律决定的。在这种情况下，热成像仅限于低温红外波段，而低温红外波段通常用于测量低温。提高光学性能的主要方法是采用低 F 数，以确保更高的光学分辨率和减少像差。有竞争力的光学系统应将低 F 数（与高光学分辨率和良好的 NETD 相关）与衍射限制系统相结合。实现这种平衡对于精确测量温度至关重要，尤其是在涉及小目标或需要精确捕捉图像细节的应用中。