光學系統中的F數表征的是這個系統收集的光能量的大小。F數大小等于系統焦距/入瞳直徑（見下圖），其中系統焦距指從鏡頭的光學中心到焦點的距離，入瞳直徑由孔徑光闌決定，孔徑光闌限制了入射到系統光束寬度的大小，也可以理解為入射的光通量大小。因此，不難理解F數可用于表達系統的分辨率和靈敏度。焦距相同時，F數越小，通光口徑越大，進入系統的光子能量越多，目標的辨識能力越強，靈敏度越好。

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具體到紅外成像系統，其光學系統通常由透鏡、反射鏡、棱鏡和光闌等多種光學元件按一定次序組合而成。該體統收集的光能量來自于物體的紅外輻射，通過一系列折射、反射和投射后，紅外輻射能量最終聚射到紅外探測器上。此時，F數表達了紅外光學系統對紅外輻射的會聚能力。

圖像來源：《制冷型中波紅外光學系統無熱化設計》

實際應用中，紅外成像系統需要觀察遠距離（如5000m或更遠）的場景，常采用長焦距（如200mm）光學系統。此時，更小的F數雖然靈敏度更高，但有效探測距離也更近。為達到觀測距離與成像效果的最佳匹配，紅外成像系統的F數一般不會很小或很大，取值多在1～4，典型可見光相機鏡頭的F數取值1～22。