光電成像系統(tǒng)PPT課件.ppt

5微光像增強(qiáng)器件 明朗夏天采光良好的室內(nèi)照度大致在100至500lx之間太陽(yáng)直射時(shí)的地面照度可以達(dá)到10萬(wàn)lx滿(mǎn)月在天頂時(shí)的地面照度大約是0 2lx夜間無(wú)月時(shí)的地面照度只有10 4lx數(shù)量級(jí)微光光電成像系統(tǒng)的工作條件就是環(huán)境照度低于10 1lx微光光電成像系統(tǒng)的核心部分是微光像增強(qiáng)器件 1 一 微光像增強(qiáng)器 1基本原理 2 光電陰極將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像電子光學(xué)成像系統(tǒng) 電極系統(tǒng) 將電子圖像傳遞到熒光屏 在傳遞過(guò)程中增強(qiáng)電子能量并完成電子圖像幾何尺寸的縮放熒光屏完成電光轉(zhuǎn)換 即將電子圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像 圖像的亮度已被增強(qiáng)到足以引起人眼視覺(jué) 在夜間或低照度下可以直接進(jìn)行觀(guān)察 3 2微光像增強(qiáng)器的性能參數(shù) 光電陰極靈敏度表征光電陰極發(fā)射 或轉(zhuǎn)換 特性的參量是光電靈敏度 即像管光電陰極產(chǎn)生的光電流與入射輻射通量之比 對(duì)微光器件 光靈敏度是指用色溫2856K士50K的標(biāo)準(zhǔn)鎢絲白熾燈 CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) A 光源 照射光電陰極時(shí) 其上產(chǎn)生的光電流與入射光通量之比 4 有效直徑有效光電陰極直徑是在像管輸入端上與光電軸同心 能完全成像于熒光屏上的最大圓直徑 有效熒光屏直徑是在像管輸出端上與光電軸同心 并與有效光電陰極直徑成物像關(guān)系的圓直徑 一般將其表示為有效陰極直徑 有效屏直徑 如18 18 單位mm 5 增益用色溫為2856K 50K的鎢絲白熾燈照射像管的光電陰極 熒光屏輸出光通量與輸入到光電陰極的光通量之比為光通量增益 暗背景光亮度和等效背景光照度光電陰極無(wú)光照時(shí) 處于工作狀態(tài)的像管熒光屏上的輸出光亮度稱(chēng)為暗背景光亮度 等效背景光照度是指產(chǎn)生和暗背景相等的輸出光亮度在光電陰極上所需的輸入光照度 6 放大率 畸變像管的放大率是指熒光屏上輸出像的幾何大小與光電陰極上輸入像的幾何大小之比像管的畸變是距離光電軸中心不同位置處各點(diǎn)放大率不同的表征 7 分辨率 調(diào)制傳遞函數(shù)分辨率是指像管分辨相鄰兩個(gè)物點(diǎn)或像點(diǎn)的能力 如果把矩形波空間頻率圖樣投射到光電陰極上 分辨率可用在熒光屏上能分辨的最高空間頻率表示 調(diào)制傳遞函數(shù)MTF是熒光屏上輸出的正弦波圖樣的調(diào)制度與光電陰極上輸入的正弦波圖樣的調(diào)制度之比 8 光生背景在有光輸入時(shí) 處于工作狀態(tài)的像管熒光屏上存在的隨入射光強(qiáng)弱而變化的那部分附加光亮度 稱(chēng)為光生背景 當(dāng)光電陰極的中心用一個(gè)不透明的圓片遮掩 并均勻照明光電陰極 熒光屏中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)暗斑 暗斑處的輸出光亮度與取掉不透明圓片 用同一光源均勻照明光電陰極時(shí)熒光屏中心處的輸出光亮度之比 即表示光生背景的大小 9 信噪比信噪比是評(píng)定像管成像質(zhì)量的綜合指標(biāo) 像管在規(guī)定的工作條件下輸出的信號(hào)與噪聲之比即為信噪比 像管的噪聲源主要是 由暗背景引起的固定背景噪聲 由于光子 光電子的量子特性引起的漲落量子噪聲 由于微通道板等增益機(jī)構(gòu)引起的增益噪聲 由于熒光屏顆粒結(jié)構(gòu)引起的顆粒噪聲 10 自動(dòng)光亮度控制 ABC 特性 最大輸出光亮度 MOB 像管的自動(dòng)光亮度控制是帶電源的像管組件的特性 當(dāng)輸入光照度大于某一規(guī)定值時(shí) 輸出光亮度與輸入光照度之間呈非線(xiàn)性關(guān)系 輸出光亮度曲線(xiàn)的最大值稱(chēng)為最大輸出光亮度 11 3三代像增強(qiáng)器 一代管以三級(jí)級(jí)聯(lián)增強(qiáng)技術(shù)為特征 增益高達(dá)幾萬(wàn)倍 但體積大 重量重二代管以微通道板 MCP 增強(qiáng)技術(shù)為特征 體積小 重量輕 但夜視距離無(wú)明顯突破三代管則采用了負(fù)電子親和勢(shì) NEA GaAs光電陰極 使夜視距離提高1 5 2倍以上 12 第一代像增強(qiáng)器 第一代像增強(qiáng)器是以纖維光學(xué)面板作為輸入 輸出窗三級(jí)級(jí)聯(lián)耦合的像增強(qiáng)器 由于經(jīng)過(guò)三級(jí)增強(qiáng) 因而第一代管具有很高的增益 13 14 2020 2 4 15 一代管的典型性能為 光靈敏度為300輻射靈敏度 0 85 為20亮度增益為分辨率為35一代管具有增益高 成像清晰的優(yōu)點(diǎn) 但重量大 防強(qiáng)光能力差 16 第二代像增強(qiáng)器 利用MCP的像管稱(chēng)為第二代像增強(qiáng)器 二代管 銳聚焦 類(lèi)似單級(jí)一代管 但在管子的熒光屏前放置一MCP 稱(chēng)為二代倒像管 近貼聚焦 在光陰極和熒光屏之間雙近貼放置MCP 熒光屏配制在纖維光學(xué)面板或光纖扭像器上 稱(chēng)為二代近貼管 17 18 19 二代管采用了不同于一代管的增益機(jī)構(gòu) MCPMCP由上百萬(wàn)個(gè)緊密排列的空芯通道管組成 通道芯徑間距約12 長(zhǎng)徑比為40 60 通道的內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射特性 入射到通道的初始電子在電場(chǎng)作用下使激發(fā)出來(lái)的電子依次倍增 從而在輸出端獲得很高的增益 MCP的兩個(gè)端面鍍鎳 構(gòu)成輸入和輸出電極 20 21 常用二代近貼管有18 18 25 25性能典型值為 亮度增益約 18 18 25 25 分辨率約30二代倒像管有18 18 25 25 20 30 性能上較近貼管好些 但重量較大 22 第三代像增強(qiáng)器 在二代近貼管的基礎(chǔ)上 將三堿光電陰極置換為GaAsNEA光陰極NEA光電陰極的制作過(guò)程極為復(fù)雜光靈敏度性能較一 二代多堿光陰極提高2 3倍光譜響應(yīng)向紅外延伸 與夜天光輻射光譜更匹配 視距增大1 5 2倍 23 24 三代管的商品水平為 光靈敏度為1000輻射靈敏度 0 85 為100亮度增益為分辨率為36三代管具有高靈敏度 高分辨力 寬光譜響應(yīng) 高傳遞特性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn) 25 26 二