光電成像技術(shù)Chapter7-電視型電真空成像器件成像物理

1、*光電成像原理光電成像原理1第七章第七章 電視型電真空成像器件成像物理電視型電真空成像器件成像物理*光電成像原理光電成像原理2電視型電真空成像器件成像物理電視型電真空成像器件成像物理 電視型光電成像器件電視型光電成像器件突破了圖像顯示在時(shí)突破了圖像顯示在時(shí)間上的限制間上的限制，其成像方式不同于直視型光電成，其成像方式不同于直視型光電成像器件，主要特征是完成圖像的像器件，主要特征是完成圖像的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離傳實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離傳輸輸；電視技術(shù)中的攝像管；電視技術(shù)中的攝像管不直接產(chǎn)生輸出圖像不直接產(chǎn)生輸出圖像，而是把輸入圖像轉(zhuǎn)換為便于而是把輸入圖像轉(zhuǎn)換為便于傳輸和記錄的視頻傳輸和記錄的視頻信號(hào)信號(hào)，然后將輸出的

2、視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像，然后將輸出的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像（顯像管）。（顯像管）。工作方式：工作方式：接收二維的光學(xué)圖像或熱圖像接收二維的光學(xué)圖像或熱圖像,利用利用光敏面的光電效應(yīng)或熱電效應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為二維電荷光敏面的光電效應(yīng)或熱電效應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為二維電荷圖像并進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的存儲(chǔ)圖像并進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的存儲(chǔ),然后通過(guò)電子束掃描然后通過(guò)電子束掃描或電荷耦合轉(zhuǎn)移等方式或電荷耦合轉(zhuǎn)移等方式, 輸出一維時(shí)間的視頻信號(hào)。輸出一維時(shí)間的視頻信號(hào)。*光電成像原理光電成像原理3電視型電真空成像器件成像物理電視型電真空成像器件成像物理*光電成像原理光電成像原理4 根據(jù)電視型光電成像器件的工作方式可知，電視根據(jù)電視型光電

3、成像器件的工作方式可知，電視攝像的最終目的是將二維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為攝像的最終目的是將二維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為一維時(shí)間變化的視頻信號(hào)，然后將視頻信號(hào)再轉(zhuǎn)換為一維時(shí)間變化的視頻信號(hào)，然后將視頻信號(hào)再轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像，不同類型攝像管的光學(xué)圖像，不同類型攝像管的基本原理基本原理按照其物理過(guò)按照其物理過(guò)程分為以下三步程分為以下三步(與工作方式一一對(duì)應(yīng)與工作方式一一對(duì)應(yīng))：7.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 攝像管光敏元件接收二維空間分布的圖像信號(hào)并進(jìn)攝像管光敏元件接收二維空間分布的圖像信號(hào)并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換成二維空間分布的電荷量；行光電轉(zhuǎn)換成二維空間分布的電荷量；(光陰極光陰極/光敏面光

4、敏面)攝像管電荷存儲(chǔ)元件（攝像管電荷存儲(chǔ)元件（靶靶）在一幀周期內(nèi)連續(xù)積累）在一幀周期內(nèi)連續(xù)積累光敏元件的電荷量并光敏元件的電荷量并保持其空間分布保持其空間分布；攝像管電子槍產(chǎn)生空間二維掃描的電子束，在一幀攝像管電子槍產(chǎn)生空間二維掃描的電子束，在一幀周期內(nèi)完成全靶面的掃描，在輸出電路上產(chǎn)生與被周期內(nèi)完成全靶面的掃描，在輸出電路上產(chǎn)生與被掃描點(diǎn)輻射強(qiáng)度成比例的視頻信號(hào)。掃描點(diǎn)輻射強(qiáng)度成比例的視頻信號(hào)。*光電成像原理光電成像原理57.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 攝像管結(jié)構(gòu)：攝像管結(jié)構(gòu)：光電轉(zhuǎn)換：光電轉(zhuǎn)換：*光電成像原理光電成像原理6 電視技術(shù)的發(fā)展都是圍繞著電視技術(shù)的發(fā)展都是圍繞著攝像

5、管攝像管(電視系統(tǒng)核電視系統(tǒng)核心部件心部件)的圖像傳輸、靈敏度的提高、像質(zhì)改善等問(wèn)的圖像傳輸、靈敏度的提高、像質(zhì)改善等問(wèn)題進(jìn)行研究。題進(jìn)行研究。7.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 一、攝像管的結(jié)構(gòu)與工作原理一、攝像管的結(jié)構(gòu)與工作原理攝像管的必備功能：攝像管的必備功能： 圖像的寫入、存儲(chǔ)過(guò)程，即圖像的寫入、存儲(chǔ)過(guò)程，即輸入的光學(xué)圖像照射在靶面上產(chǎn)生輸入圖像強(qiáng)度分輸入的光學(xué)圖像照射在靶面上產(chǎn)生輸入圖像強(qiáng)度分布一樣的電荷圖像并積累一段時(shí)間；布一樣的電荷圖像并積累一段時(shí)間；圖像的閱讀、圖像的閱讀、擦除過(guò)程，即電子槍的掃描電子束從靶面上取出視擦除過(guò)程，即電子槍的掃描電子束從靶面上取出視頻信號(hào)。

6、頻信號(hào)。攝像管的結(jié)構(gòu)：攝像管的結(jié)構(gòu)： 攝像管的必備功能決定了其結(jié)構(gòu)由攝像管的必備功能決定了其結(jié)構(gòu)由光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換與與存儲(chǔ)存儲(chǔ)和和信號(hào)閱讀信號(hào)閱讀兩大部分組成。兩大部分組成。*光電成像原理光電成像原理77.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 1. 光電轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)部分光電轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)部分(1) 光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換部分 光電轉(zhuǎn)換部分的功能：光電轉(zhuǎn)換部分的功能：將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電荷將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電荷或電位圖像，由或電位圖像，由光敏元件光敏元件完成，常用的材料由光電完成，常用的材料由光電發(fā)射體和光電導(dǎo)體。發(fā)射體和光電導(dǎo)體。a. 光電發(fā)射體光電發(fā)射體 用于像管的光陰極都可以作為不同類型攝像管用于

7、像管的光陰極都可以作為不同類型攝像管的光電發(fā)射體，光陰極在輻射作用下產(chǎn)生與輻射通的光電發(fā)射體，光陰極在輻射作用下產(chǎn)生與輻射通量成正比的光電子流，并且強(qiáng)度分布一致。對(duì)光電量成正比的光電子流，并且強(qiáng)度分布一致。對(duì)光電子流進(jìn)行放大處理并輸出所需信號(hào)或者利用光電子子流進(jìn)行放大處理并輸出所需信號(hào)或者利用光電子發(fā)射而提高的光陰極面電位分布作為信號(hào)輸出。發(fā)射而提高的光陰極面電位分布作為信號(hào)輸出。*光電成像原理光電成像原理87.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 b. 光電導(dǎo)體光電導(dǎo)體應(yīng)用最廣泛的攝像管光電轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用最廣泛的攝像管光電轉(zhuǎn)換材料 光電轉(zhuǎn)換基于內(nèi)光電效光電轉(zhuǎn)換基于內(nèi)光電效應(yīng)。通常具有光電轉(zhuǎn)

8、換和電應(yīng)。通常具有光電轉(zhuǎn)換和電荷存儲(chǔ)與積累作用荷存儲(chǔ)與積累作用靶（靶（即即光敏面和靶合二為一光敏面和靶合二為一）。 靶受光照時(shí)，其電導(dǎo)率升高，使正電荷從電位靶受光照時(shí)，其電導(dǎo)率升高，使正電荷從電位較高的光照一邊流向非光照的一邊，因此非光照這較高的光照一邊流向非光照的一邊，因此非光照這邊的電位上升，且電位升高量與光照強(qiáng)度的空間分邊的電位上升，且電位升高量與光照強(qiáng)度的空間分布相對(duì)應(yīng)，從而具有與光學(xué)圖像光強(qiáng)分布布相對(duì)應(yīng)，從而具有與光學(xué)圖像光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)的電對(duì)應(yīng)的電位位/電荷圖像電荷圖像。*光電成像原理光電成像原理97.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 (2) 電荷存儲(chǔ)與積累部分電荷存儲(chǔ)與積累部

9、分幀周期內(nèi)對(duì)像元積累電荷幀周期內(nèi)對(duì)像元積累電荷常用的存儲(chǔ)方式有：常用的存儲(chǔ)方式有：a. 二次電子發(fā)射積累二次電子發(fā)射積累 二次電子發(fā)射積累二次電子發(fā)射積累依賴于光陰極攝像管的二次依賴于光陰極攝像管的二次電子發(fā)射靶。電子發(fā)射靶。 光陰極發(fā)射出與光通量成光陰極發(fā)射出與光通量成正比的光電子，并加速轟擊二正比的光電子，并加速轟擊二次電子發(fā)射靶。絕緣靶產(chǎn)生二次電子發(fā)射靶。絕緣靶產(chǎn)生二次電子發(fā)射的部分將維持正電次電子發(fā)射的部分將維持正電位并隨著光照的繼續(xù)不斷積累，位并隨著光照的繼續(xù)不斷積累，直至閱讀取出信號(hào)為止。直至閱讀取出信號(hào)為止。*光電成像原理光電成像原理107.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原

10、理 b. 二次電子導(dǎo)電積累二次電子導(dǎo)電積累-積累效率很高積累效率很高 光電子在加速電場(chǎng)的作用光電子在加速電場(chǎng)的作用下穿過(guò)透明的支撐膜和導(dǎo)電膜，下穿過(guò)透明的支撐膜和導(dǎo)電膜，轟擊二次電子導(dǎo)電層產(chǎn)生二次轟擊二次電子導(dǎo)電層產(chǎn)生二次電子。所產(chǎn)生的二次電子在纖電子。所產(chǎn)生的二次電子在纖維狀結(jié)構(gòu)的疏松維狀結(jié)構(gòu)的疏松二次電子導(dǎo)電二次電子導(dǎo)電層內(nèi)運(yùn)動(dòng)層內(nèi)運(yùn)動(dòng)。并且不斷流入信號(hào)。并且不斷流入信號(hào)板（板（施加固定的正電壓），施加固定的正電壓），使使靶的非光照面帶上正電荷，且靶的非光照面帶上正電荷，且電位不斷升高積累，形成與輻電位不斷升高積累，形成與輻射信號(hào)圖像強(qiáng)度分布相對(duì)應(yīng)的射信號(hào)圖像強(qiáng)度分布相對(duì)應(yīng)的電荷圖像，直至

11、閱讀取出信號(hào)電荷圖像，直至閱讀取出信號(hào)為止為止。*光電成像原理光電成像原理117.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 c. 電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累 光陰極產(chǎn)生的光電子高速轟擊靶面，電子光陰極產(chǎn)生的光電子高速轟擊靶面，電子被激被激發(fā)到導(dǎo)帶發(fā)到導(dǎo)帶，使電導(dǎo)率增加，信號(hào)板上的正電荷向靶，使電導(dǎo)率增加，信號(hào)板上的正電荷向靶的自由面運(yùn)動(dòng)，形成電荷圖像。的自由面運(yùn)動(dòng)，形成電荷圖像。*光電成像原理光電成像原理127.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 d. 光電導(dǎo)積累光電導(dǎo)積累 與光陰極光電發(fā)射體不一樣，光電導(dǎo)層既是光與光陰極光電發(fā)射體不一樣，光電導(dǎo)層既是光電轉(zhuǎn)換元件，又是電荷

12、積累元件。電轉(zhuǎn)換元件，又是電荷積累元件。 光電導(dǎo)靶是半導(dǎo)體，光電導(dǎo)靶是半導(dǎo)體，無(wú)無(wú)光照時(shí)光照時(shí)具有較高的電阻率，具有較高的電阻率，通常是通常是1012cm左右。靶左右。靶的受光表面接有幾十伏的工的受光表面接有幾十伏的工作電壓，但由于其電阻率高作電壓，但由于其電阻率高使得靶的另外一面與工作電使得靶的另外一面與工作電壓絕緣，因此靶的兩個(gè)表面壓絕緣，因此靶的兩個(gè)表面間產(chǎn)生幾十伏的電壓差。間產(chǎn)生幾十伏的電壓差。*光電成像原理光電成像原理137.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 有光照時(shí)，有光照時(shí)，如果入射的光子能量大于光電導(dǎo)靶如果入射的光子能量大于光電導(dǎo)靶的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶而

13、產(chǎn)生的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶而產(chǎn)生光光生載流子生載流子(其其密度分布與輸入圖像的照度分布一致密度分布與輸入圖像的照度分布一致) 。光生載流子的產(chǎn)生改變了光電導(dǎo)靶的電導(dǎo)率，電導(dǎo)光生載流子的產(chǎn)生改變了光電導(dǎo)靶的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率的增加導(dǎo)致靶的兩表面間產(chǎn)生相應(yīng)的放電電流，率的增加導(dǎo)致靶的兩表面間產(chǎn)生相應(yīng)的放電電流，從而靶的絕緣面電位隨著上升從而靶的絕緣面電位隨著上升(上升的數(shù)值對(duì)應(yīng)于該上升的數(shù)值對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)輸入照度值點(diǎn)輸入照度值) ，并且電子束掃描一幀圖像的時(shí)間內(nèi)，并且電子束掃描一幀圖像的時(shí)間內(nèi)靶的兩表面間的放電電荷被連續(xù)積累（靶的兩表面間的放電電荷被連續(xù)積累（積累時(shí)間為積累時(shí)間為1/25 s

14、）。）。 光電導(dǎo)靶在攝像管電子槍掃描讀取一幀圖像的光電導(dǎo)靶在攝像管電子槍掃描讀取一幀圖像的過(guò)程中，靶面通過(guò)光電導(dǎo)效應(yīng)連續(xù)放電并積累形成過(guò)程中，靶面通過(guò)光電導(dǎo)效應(yīng)連續(xù)放電并積累形成和輸入光強(qiáng)一一對(duì)應(yīng)的電荷圖像。和輸入光強(qiáng)一一對(duì)應(yīng)的電荷圖像。*光電成像原理光電成像原理147.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 2. 信號(hào)閱讀部分信號(hào)閱讀部分 光電導(dǎo)靶面上產(chǎn)生并積累的電荷圖像信號(hào)的取光電導(dǎo)靶面上產(chǎn)生并積累的電荷圖像信號(hào)的取出由閱讀部分完成。出由閱讀部分完成。 閱讀部分閱讀部分通常是掃描電子槍系統(tǒng)，由通常是掃描電子槍系統(tǒng)，由細(xì)電子束細(xì)電子束的發(fā)射源、電子束聚焦系統(tǒng)的發(fā)射源、電子束聚焦系統(tǒng)和和電子

15、束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部三部分組成。分組成。 細(xì)電子束的發(fā)射細(xì)電子束的發(fā)射由氧化物陰極完成（外加負(fù)偏由氧化物陰極完成（外加負(fù)偏壓的控制柵極、加速電極和電子束限制膜孔）；壓的控制柵極、加速電極和電子束限制膜孔）；電電子束的聚焦系統(tǒng)子束的聚焦系統(tǒng)包括靜電聚焦和電磁復(fù)合聚焦兩種，包括靜電聚焦和電磁復(fù)合聚焦兩種，并且電磁復(fù)合聚焦系統(tǒng)的像差小而被廣泛采用；并且電磁復(fù)合聚焦系統(tǒng)的像差小而被廣泛采用；電電子束的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)子束的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)磁偏轉(zhuǎn)線圈構(gòu)成。由兩對(duì)磁偏轉(zhuǎn)線圈構(gòu)成。*光電成像原理光電成像原理157.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 3. 視頻信號(hào)的形成視頻信號(hào)的形成 按照我國(guó)的按照我國(guó)

16、的PAL電視制式，靶面（一幀圖像）被電視制式，靶面（一幀圖像）被分解為分解為50萬(wàn)個(gè)像元，每個(gè)像元用一個(gè)萬(wàn)個(gè)像元，每個(gè)像元用一個(gè)電阻電阻R和和電容電容C進(jìn)行等效。進(jìn)行等效。 電容電容C的作用是存儲(chǔ)信息；電阻的作用是存儲(chǔ)信息；電阻R將隨著光照度將隨著光照度的增加而變化，是的增加而變化，是與照度與照度E有關(guān)的變量有關(guān)的變量，無(wú)光照時(shí)無(wú)光照時(shí)R為暗電阻為暗電阻Rd，有光照時(shí)有光照時(shí)R變?yōu)樽優(yōu)镽C(E)。*光電成像原理光電成像原理167.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 當(dāng)電子束掃描時(shí)，從陰極發(fā)射出的電子束，通過(guò)當(dāng)電子束掃描時(shí)，從陰極發(fā)射出的電子束，通過(guò)場(chǎng)網(wǎng)后進(jìn)入強(qiáng)烈的減速場(chǎng)，以慢速落到靶的右

17、側(cè)上。場(chǎng)網(wǎng)后進(jìn)入強(qiáng)烈的減速場(chǎng)，以慢速落到靶的右側(cè)上。由于靶壓很低，二次電子發(fā)射系數(shù)小于由于靶壓很低，二次電子發(fā)射系數(shù)小于 l，因此進(jìn)入，因此進(jìn)入靶的電子比出來(lái)的電子多，到一定程度就完全阻止電靶的電子比出來(lái)的電子多，到一定程度就完全阻止電子繼續(xù)上靶。這時(shí)，靶右側(cè)掃描面的電壓將等于陰極子繼續(xù)上靶。這時(shí)，靶右側(cè)掃描面的電壓將等于陰極電位。也就是使像元電容器電位。也就是使像元電容器 C兩端的電位差達(dá)到靶壓，兩端的電位差達(dá)到靶壓，因此是因此是充電過(guò)程充電過(guò)程。電子束在每個(gè)像元上停留的時(shí)間即。電子束在每個(gè)像元上停留的時(shí)間即充電時(shí)間約充電時(shí)間約0.1us（0.08us）。*光電成像原理光電成像原理177.1

18、 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 像元從無(wú)光照到強(qiáng)光照射時(shí)的信號(hào)輸出過(guò)程：像元從無(wú)光照到強(qiáng)光照射時(shí)的信號(hào)輸出過(guò)程： 無(wú)光照時(shí)無(wú)光照時(shí)，被電子束掃描后，電容器開始沿著，被電子束掃描后，電容器開始沿著RdC回路回路放電，掃描側(cè)放電，掃描側(cè)A的電位的電位VAd隨電容器隨電容器C的放電從零開始上升，的放電從零開始上升，其值其值VAd =VT1-exp(-1/RdC)，所以在幀周期，所以在幀周期Tf(40ms)內(nèi)，內(nèi)，A點(diǎn)點(diǎn)電位的最大值電位的最大值VAdm=VT1-exp(-Tf/RdC)，如果暗電阻很大，則，如果暗電阻很大，則VAdm=0；當(dāng)掃描再次來(lái)臨時(shí)，與靶電源等一起構(gòu)成的回路中；當(dāng)掃描再次

19、來(lái)臨時(shí)，與靶電源等一起構(gòu)成的回路中C充電，充電，A點(diǎn)電位下降，束電阻點(diǎn)電位下降，束電阻Rb遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻RL，其值，其值VAd = VAdm exp- 1/(Rb+RL)C VAdm exp-1/RbC靶外側(cè)靶外側(cè)B電位電位固定為靶壓固定為靶壓VT*光電成像原理光電成像原理187.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 有強(qiáng)光照射時(shí)有強(qiáng)光照射時(shí)，被電子束掃描后，電容器開始沿著，被電子束掃描后，電容器開始沿著RC回回路放電，掃描側(cè)路放電，掃描側(cè)A的電位的電位VAd隨電容器隨電容器C的放電開始上升，其的放電開始上升，其值值VAe =VT1-exp(-1/ReC)，Re是強(qiáng)光照射時(shí)的

20、光電導(dǎo)電阻，是強(qiáng)光照射時(shí)的光電導(dǎo)電阻，所以在幀周期所以在幀周期Tf內(nèi)，內(nèi)，A點(diǎn)電位的最大值點(diǎn)電位的最大值VAem=VT1-exp(-Tf/ReC) ；當(dāng)掃描再次來(lái)臨時(shí)，束電阻等與靶電源一起構(gòu)成；當(dāng)掃描再次來(lái)臨時(shí)，束電阻等與靶電源一起構(gòu)成回路向回路向C充電，充電，A點(diǎn)電位下降，其值點(diǎn)電位下降，其值VAe = VAem exp-1/(Rb+RL)C VAem exp-1/RbC 因此，由于強(qiáng)光因此，由于強(qiáng)光照射產(chǎn)生的照射產(chǎn)生的有效信號(hào)有效信號(hào)為為V= VAem VAdm。*光電成像原理光電成像原理197.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 黑電平：黑電平：無(wú)光照時(shí)無(wú)光照時(shí)負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL

21、上產(chǎn)生的壓上產(chǎn)生的壓降降Vd，通過(guò)電容器，通過(guò)電容器CL輸出的該電位變化。輸出的該電位變化。 白電平：白電平：強(qiáng)光照射強(qiáng)光照射時(shí)負(fù)載電阻時(shí)負(fù)載電阻RL上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的壓降壓降VLe，通過(guò)電容器，通過(guò)電容器CL輸出的該電位變化。輸出的該電位變化。 因此，通過(guò)電子束的掃描在負(fù)載電阻上產(chǎn)生電因此，通過(guò)電子束的掃描在負(fù)載電阻上產(chǎn)生電壓降，由電容器壓降，由電容器CL輸出該電壓變化的輸出該電壓變化的時(shí)間序列脈沖時(shí)間序列脈沖視頻信息視頻信息，并且該電壓變化反映了空間照度的分布。，并且該電壓變化反映了空間照度的分布。*光電成像原理光電成像原理207.1 電視攝像的基本原理電視攝像的基本原理 *光電成像原理光電

22、成像原理217.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 衡量攝像管的總標(biāo)準(zhǔn)是：衡量攝像管的總標(biāo)準(zhǔn)是：在測(cè)試臺(tái)的監(jiān)視器上在測(cè)試臺(tái)的監(jiān)視器上能否分辨一定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖案。該圖案的清晰程度能否分辨一定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖案。該圖案的清晰程度由許多因素決定，由許多因素決定，必須規(guī)定出具體的特性參數(shù)必須規(guī)定出具體的特性參數(shù)對(duì)攝對(duì)攝像管的像質(zhì)進(jìn)行分析和研究。像管的像質(zhì)進(jìn)行分析和研究。 特性參數(shù)主要有：特性參數(shù)主要有：靈敏度、惰性、分辨力和光靈敏度、惰性、分辨力和光電轉(zhuǎn)換特性等。電轉(zhuǎn)換特性等。 靈敏度靈敏度和和惰性惰性主要決定于靶面，主要決定于靶面，分辨力分辨力主要決主要決定于掃描電子槍，定于掃描電子槍，光電轉(zhuǎn)

23、換特性光電轉(zhuǎn)換特性取決于光敏面材料。取決于光敏面材料。*光電成像原理光電成像原理227.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 一、靈敏度一、靈敏度S攝像管非常重要的特性參數(shù)攝像管非常重要的特性參數(shù)靈敏度靈敏度S的定義：的定義： S是輸出信號(hào)電流與輸入光通量是輸出信號(hào)電流與輸入光通量/照度的比值，單照度的比值，單位是位是uA/lm或或uA/lx。定義表達(dá)式為。定義表達(dá)式為式中，式中，N是靶面的像元總數(shù)。由等效電路求解定義表是靶面的像元總數(shù)。由等效電路求解定義表達(dá)式的微分方程可得達(dá)式的微分方程可得*光電成像原理光電成像原理237.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 電子束掃描每個(gè)

24、像元的時(shí)間電子束掃描每個(gè)像元的時(shí)間t0=Tf/N=0.1us，所以由，所以由微分方程的解以及定義式可得定量描述相關(guān)參數(shù)對(duì)微分方程的解以及定義式可得定量描述相關(guān)參數(shù)對(duì)S影響的光電靈敏度公式影響的光電靈敏度公式令令 ，其中，其中G是比例常數(shù)，是比例常數(shù)，Va是光電導(dǎo)靶光照面的電位，是光電導(dǎo)靶光照面的電位，Vb是光電導(dǎo)靶電子束是光電導(dǎo)靶電子束掃描面的電位，掃描面的電位，m是理論值為是理論值為1而實(shí)際取值在而實(shí)際取值在12之之間的系數(shù)，所以可得到間的系數(shù)，所以可得到定量描述定量描述相關(guān)參數(shù)決定的相關(guān)參數(shù)決定的S公公式為式為式中，式中，VT是靶的工作電壓，是靶的工作電壓，是光電轉(zhuǎn)換特性參數(shù)，是光電轉(zhuǎn)換特

25、性參數(shù)，是時(shí)間常數(shù)，是時(shí)間常數(shù)，Tf是幀周期。是幀周期。*光電成像原理光電成像原理247.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 由定量表達(dá)式可得出由定量表達(dá)式可得出相關(guān)參數(shù)對(duì)相關(guān)參數(shù)對(duì)S的具體影響：的具體影響：當(dāng)時(shí)間常數(shù)當(dāng)時(shí)間常數(shù)增大到增大到Tf時(shí)，時(shí)，S趨近于最大值趨近于最大值G是表征半導(dǎo)體光電導(dǎo)特性的參數(shù)，可通過(guò)選取適是表征半導(dǎo)體光電導(dǎo)特性的參數(shù)，可通過(guò)選取適當(dāng)?shù)牟牧弦约案纳浦圃旃に囂岣咂潇`敏度；當(dāng)?shù)牟牧弦约案纳浦圃旃に囂岣咂潇`敏度；靶的靶的S與工作電壓與工作電壓VT成正比；成正比；提高靶的工作電壓提高靶的工作電壓對(duì)提高對(duì)提高S是有利的，但是過(guò)高的工是有利的，但是過(guò)高的工作電壓將增

26、大暗電導(dǎo)，嚴(yán)重降低攝像管的靈敏閾。作電壓將增大暗電導(dǎo)，嚴(yán)重降低攝像管的靈敏閾。值不等于值不等于1時(shí)，光照度將影響時(shí)，光照度將影響S，產(chǎn)生非線性特性，產(chǎn)生非線性特性;*光電成像原理光電成像原理257.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 當(dāng)當(dāng)m值不等于值不等于1時(shí)，掃描靶面的電位時(shí)，掃描靶面的電位Vb上升將降低上升將降低靈敏度。靈敏度。Vb的數(shù)值取決于多項(xiàng)參數(shù)，且的數(shù)值取決于多項(xiàng)參數(shù)，且Vb與攝像的與攝像的動(dòng)態(tài)范圍有關(guān)，動(dòng)態(tài)范圍有關(guān)，不宜減小其數(shù)值不宜減小其數(shù)值。提高提高S的通常做法：的通常做法：采用信號(hào)倍增和放大措施，主要方法有采用信號(hào)倍增和放大措施，主要方法有:放大入射放大入射光信號(hào)

27、；光信號(hào)；改變光入射為光電子入射；改變光入射為光電子入射；利用閱讀利用閱讀電子束進(jìn)行倍增。電子束進(jìn)行倍增。*光電成像原理光電成像原理267.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 二、惰性二、惰性惰性的定義：惰性的定義： 所所謂惰性是指，謂惰性是指，攝取動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，攝像管的輸攝取動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，攝像管的輸出信號(hào)滯后于輸入照度的變化。有出信號(hào)滯后于輸入照度的變化。有上升惰性上升惰性和和衰減衰減惰性惰性之分。之分。上升惰性：上升惰性：當(dāng)輸入照度增加時(shí)，輸出信號(hào)的之后稱當(dāng)輸入照度增加時(shí)，輸出信號(hào)的之后稱為上升惰性；為上升惰性；衰減惰性：衰減惰性：當(dāng)輸入照度減小時(shí)，輸出當(dāng)輸入照度減小時(shí)，輸出信號(hào)的之

28、后稱為衰減惰性。信號(hào)的之后稱為衰減惰性。 對(duì)于攝像管的惰性指標(biāo)，對(duì)于攝像管的惰性指標(biāo)，通常采用通常采用輸入照度截輸入照度截止后第三場(chǎng)和第十二場(chǎng)（止后第三場(chǎng)和第十二場(chǎng)（一幀周期一幀周期0.04s，則為，則為60ms和和240ms）剩余信號(hào)所占的百分?jǐn)?shù)表示。）剩余信號(hào)所占的百分?jǐn)?shù)表示。*光電成像原理光電成像原理277.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 產(chǎn)生惰性的原因：產(chǎn)生惰性的原因： 圖像寫入時(shí)的光電導(dǎo)惰性；圖像寫入時(shí)的光電導(dǎo)惰性；圖像讀出時(shí)掃描圖像讀出時(shí)掃描電子束的等效電阻與靶的等效電容所構(gòu)成的充放電惰電子束的等效電阻與靶的等效電容所構(gòu)成的充放電惰性。性。1. 光電導(dǎo)惰性光電導(dǎo)惰性

29、當(dāng)輸入信號(hào)的照度發(fā)生變化時(shí)，光電導(dǎo)中的光生當(dāng)輸入信號(hào)的照度發(fā)生變化時(shí)，光電導(dǎo)中的光生載流子密度的變化有一個(gè)滯后，因此攝像管靶面產(chǎn)生載流子密度的變化有一個(gè)滯后，因此攝像管靶面產(chǎn)生的電荷圖像將滯后于入射的光學(xué)圖像信號(hào)。用的電荷圖像將滯后于入射的光學(xué)圖像信號(hào)。用簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化的光電導(dǎo)模型光電導(dǎo)模型對(duì)惰性進(jìn)行定量分析。對(duì)惰性進(jìn)行定量分析。(1) 靶面的光電導(dǎo)的上升惰性靶面的光電導(dǎo)的上升惰性*光電成像原理光電成像原理287.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) a. 輸入較低照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性輸入較低照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性(單分子復(fù)合模型單分子復(fù)合模型) 當(dāng)靶面受到突變光信號(hào)照射時(shí)，光電導(dǎo)上升規(guī)當(dāng)靶面受

30、到突變光信號(hào)照射時(shí)，光電導(dǎo)上升規(guī)律由微分方程確定律由微分方程確定式中，式中，n是光生載流子數(shù)，是光生載流子數(shù)，a是載流子平均壽命，是載流子平均壽命，L是光生載流子的激發(fā)率。是光生載流子的激發(fā)率。由初始條件由初始條件t=0時(shí)時(shí)n =0解得解得 -指數(shù)函數(shù)型的滯后特性指數(shù)函數(shù)型的滯后特性 *光電成像原理光電成像原理297.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) b.輸入較高照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性輸入較高照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性(雙分子復(fù)合模型雙分子復(fù)合模型) 當(dāng)靶面受到突變光信號(hào)照射時(shí)，光電導(dǎo)上升規(guī)當(dāng)靶面受到突變光信號(hào)照射時(shí)，光電導(dǎo)上升規(guī)律由微分方程確定律由微分方程確定式中，式中，n是光生載流子數(shù)，是

31、光生載流子數(shù)，a是載流子平均壽命，是載流子平均壽命，L是光生載流子的激發(fā)率。是光生載流子的激發(fā)率。由初始條件由初始條件t=0時(shí)時(shí)n =0解得解得 -雙曲函數(shù)型的滯后特性雙曲函數(shù)型的滯后特性 *光電成像原理光電成像原理307.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) (2) 靶面光電導(dǎo)的衰減惰性靶面光電導(dǎo)的衰減惰性a.輸入較低照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性輸入較低照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性(單分子復(fù)合模型單分子復(fù)合模型) 當(dāng)靶面受到突變截止光信號(hào)時(shí)，光電導(dǎo)衰減規(guī)當(dāng)靶面受到突變截止光信號(hào)時(shí)，光電導(dǎo)衰減規(guī)律由微分方程確定律由微分方程確定式中，式中，n是光生載流子數(shù)，是光生載流子數(shù)，a是載流子平均壽命，是載流子平均壽

32、命，L是光生載流子的激發(fā)率。是光生載流子的激發(fā)率。由初始條件由初始條件t=0時(shí)時(shí)n =La解得解得 *光電成像原理光電成像原理317.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) b.輸入較高照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性輸入較高照度時(shí)的光電導(dǎo)惰性(雙分子復(fù)合模型雙分子復(fù)合模型) 當(dāng)靶面受到突變截止光信號(hào)時(shí)，光電導(dǎo)衰減規(guī)當(dāng)靶面受到突變截止光信號(hào)時(shí)，光電導(dǎo)衰減規(guī)律由微分方程確定律由微分方程確定式中，式中，n是光生載流子數(shù)，是光生載流子數(shù)，a是載流子平均壽命，是載流子平均壽命，L是光生載流子的激發(fā)率。是光生載流子的激發(fā)率。由初始條件由初始條件t=0時(shí)時(shí)n =La解得解得 1aLnL t *光電成像原理光電成像

33、原理327.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 簡(jiǎn)化模型結(jié)論的討論：簡(jiǎn)化模型結(jié)論的討論： 光電導(dǎo)的滯后（上升惰性、衰減惰性）只是一光電導(dǎo)的滯后（上升惰性、衰減惰性）只是一個(gè)理想化的規(guī)律，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不完全吻合，主要個(gè)理想化的規(guī)律，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不完全吻合，主要原因是簡(jiǎn)化模型中原因是簡(jiǎn)化模型中沒有考慮陷阱作用沒有考慮陷阱作用。 光電導(dǎo)體中載流子密度變化和光電導(dǎo)中的陷阱光電導(dǎo)體中載流子密度變化和光電導(dǎo)中的陷阱的密度與種類密切相關(guān)，考慮陷阱的作用后，滯后的密度與種類密切相關(guān)，考慮陷阱的作用后，滯后的的弛豫時(shí)間弛豫時(shí)間常數(shù)和簡(jiǎn)化模型中的馳豫時(shí)間常數(shù)之間常數(shù)和簡(jiǎn)化模型中的馳豫時(shí)間常數(shù)之間有一個(gè)倍

34、數(shù)關(guān)系。有一個(gè)倍數(shù)關(guān)系。 （輸入照度較低的單分子復(fù)合模（輸入照度較低的單分子復(fù)合模型）型） 因此，能級(jí)陷阱將嚴(yán)重影響光電導(dǎo)惰性。因此，能級(jí)陷阱將嚴(yán)重影響光電導(dǎo)惰性。*光電成像原理光電成像原理337.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 2. 電容性惰性電容性惰性 閱讀信號(hào)時(shí)，電子束掃描靶面造成靶面電位隨時(shí)間閱讀信號(hào)時(shí)，電子束掃描靶面造成靶面電位隨時(shí)間增加逐漸下降，但增加逐漸下降，但不會(huì)立即下降到零電位不會(huì)立即下降到零電位。這是由于等。這是由于等效電容的存在造成靶面在電子束掃描后仍有殘余電荷，效電容的存在造成靶面在電子束掃描后仍有殘余電荷，從而產(chǎn)生惰性。因此，閱讀信號(hào)時(shí)靶面電位的下降規(guī)律

35、從而產(chǎn)生惰性。因此，閱讀信號(hào)時(shí)靶面電位的下降規(guī)律取決于靶面的取決于靶面的等效電容等效電容和掃描電子束的等效電阻（和掃描電子束的等效電阻（束電束電阻阻）。）。 掃描電子束到達(dá)靶面將形成著靶電流，其大小與靶掃描電子束到達(dá)靶面將形成著靶電流，其大小與靶面電位有關(guān)，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得兩者之間的關(guān)系曲線，圖面電位有關(guān)，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得兩者之間的關(guān)系曲線，圖7-9。*光電成像原理光電成像原理347.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 關(guān)系曲線中的三個(gè)區(qū)域：關(guān)系曲線中的三個(gè)區(qū)域：飽和區(qū)：飽和區(qū)：當(dāng)靶面電位很高時(shí)，電子束的電子全部著靶，當(dāng)靶面電位很高時(shí)，電子束的電子全部著靶，因此飽和區(qū)的著靶電流接近或等于電子

36、束的電流。因此飽和區(qū)的著靶電流接近或等于電子束的電流。線性區(qū)：線性區(qū)：在靶面電位的一定范圍內(nèi)，關(guān)系曲線近似為某在靶面電位的一定范圍內(nèi)，關(guān)系曲線近似為某一斜率的直線。靶面電位與著靶電流的關(guān)系為一斜率的直線。靶面電位與著靶電流的關(guān)系為式中，式中，I0是常數(shù)，是常數(shù)，TM是電子槍熱陰極的等效溫度。是電子槍熱陰極的等效溫度。 線性區(qū)的電子束等效電阻可由上式求導(dǎo)得到（式線性區(qū)的電子束等效電阻可由上式求導(dǎo)得到（式7-36）。）。*光電成像原理光電成像原理357.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 指數(shù)區(qū)：指數(shù)區(qū)：靶面電位接近于零或者是負(fù)數(shù)，關(guān)系曲線靶面電位接近于零或者是負(fù)數(shù)，關(guān)系曲線近似為指數(shù)曲

37、線。此時(shí)靶面電位與著靶電流的關(guān)系近似為指數(shù)曲線。此時(shí)靶面電位與著靶電流的關(guān)系為為 指數(shù)區(qū)的電子束等效電阻可由上式求導(dǎo)得到指數(shù)區(qū)的電子束等效電阻可由上式求導(dǎo)得到（式（式7-38）。由該式或曲線圖可知，在指數(shù)區(qū)，即使）。由該式或曲線圖可知，在指數(shù)區(qū)，即使靶面電位為負(fù)值時(shí)仍有著靶電流，這是由于熱電子靶面電位為負(fù)值時(shí)仍有著靶電流，這是由于熱電子發(fā)射時(shí)所逸出的發(fā)射時(shí)所逸出的電子具有初速度電子具有初速度的原因。也因?yàn)闊岬脑颉Ｒ惨驗(yàn)闊犭娮影l(fā)射時(shí)逸出的電子具有初速度，所以電子束著電子發(fā)射時(shí)逸出的電子具有初速度，所以電子束著靶的電流要延伸到靶面的負(fù)電位區(qū)（靶的電流要延伸到靶面的負(fù)電位區(qū)（掃描靶面時(shí)的掃描靶面時(shí)

38、的惰性惰性），并且著靶的電流與靶面電位之間呈指數(shù)關(guān)），并且著靶的電流與靶面電位之間呈指數(shù)關(guān)系。系。惰性惰性主要發(fā)生在著靶電流衰減很慢的指數(shù)區(qū)。主要發(fā)生在著靶電流衰減很慢的指數(shù)區(qū)。減小惰性減小惰性電容電容0 0MeVkTII eV*光電成像原理光電成像原理367.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 減小攝像管電容性惰性的措施：減小攝像管電容性惰性的措施：減小靶的等效電容。減小靶的等效電容。選取介電常數(shù)較低的靶材料；不影響光電導(dǎo)效應(yīng)以選取介電常數(shù)較低的靶材料；不影響光電導(dǎo)效應(yīng)以及分辨力的情況下增加靶的厚度。及分辨力的情況下增加靶的厚度。降低電子束的等效電阻。降低電子束的等效電阻。在不影響

39、電子束電流的前提下降低發(fā)射電子束的等在不影響電子束電流的前提下降低發(fā)射電子束的等效溫度（效溫度（層流電子槍層流電子槍），從而使束電阻減小。），從而使束電阻減小。選取選取合適的電子透鏡合適的電子透鏡使得電子速度的分散仍保持發(fā)射時(shí)使得電子速度的分散仍保持發(fā)射時(shí)的分布，使得電子束溫度達(dá)到較低的目的（層流電的分布，使得電子束溫度達(dá)到較低的目的（層流電子槍：利用長(zhǎng)焦距電子透鏡）。子槍：利用長(zhǎng)焦距電子透鏡）。*光電成像原理光電成像原理377.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 減小攝像管電容性惰性的措施：減小攝像管電容性惰性的措施：在低照度攝像時(shí)增加背景光。在低照度攝像時(shí)增加背景光。掃描電子束的

40、等效電阻下降時(shí)可提高電子束的電流掃描電子束的等效電阻下降時(shí)可提高電子束的電流值，因此加大輸出信號(hào)也可減小惰性。值，因此加大輸出信號(hào)也可減小惰性。為了提高電子束電流值，在攝取低照度圖像時(shí)人為為了提高電子束電流值，在攝取低照度圖像時(shí)人為地反饋給靶面一個(gè)均勻的底光，使輸出信號(hào)電流地反饋給靶面一個(gè)均勻的底光，使輸出信號(hào)電流疊疊加一個(gè)背景電流加一個(gè)背景電流，從而減小惰性。，從而減小惰性。底光產(chǎn)生的底光產(chǎn)生的背景電流是直流量背景電流是直流量，可以由隔直電容加，可以由隔直電容加以濾除。以濾除。*光電成像原理光電成像原理387.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 三、分辨力三、分辨力分辨力分辨力是電

41、視攝像管的重要性能指標(biāo)，反映了對(duì)圖是電視攝像管的重要性能指標(biāo)，反映了對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力。像細(xì)節(jié)的分辨能力。 電視型光電成像系統(tǒng)從左到右、從上到下進(jìn)行電視型光電成像系統(tǒng)從左到右、從上到下進(jìn)行掃描靶面，因而有掃描靶面，因而有垂直分辨力垂直分辨力和和水平分辨力水平分辨力之分，之分，并且不相等，分別以畫面垂直方向和水平方向尺寸并且不相等，分別以畫面垂直方向和水平方向尺寸內(nèi)所能分辨的極限黑白條紋數(shù)（內(nèi)所能分辨的極限黑白條紋數(shù)（電視線電視線TVL）來(lái)表）來(lái)表示。示。1. 垂直分辨力（分解力）垂直分辨力（分解力）垂直分辨力垂直分辨力是指整個(gè)畫面上，在垂直方向所能分辨是指整個(gè)畫面上，在垂直方向所能分辨的像元

42、數(shù)或黑白相間的水平等寬矩形條紋數(shù)。即垂的像元數(shù)或黑白相間的水平等寬矩形條紋數(shù)。即垂直方向所能分辨的行數(shù)就是垂直分辨力的電視線數(shù)。直方向所能分辨的行數(shù)就是垂直分辨力的電視線數(shù)。*光電成像原理光電成像原理397.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 在相同的條件下，在相同的條件下，靶的質(zhì)量靶的質(zhì)量不同，則攝像管的不同，則攝像管的分辨力也不一樣。另外，分辨力也不一樣。另外，掃描行數(shù)掃描行數(shù)、掃描位置掃描位置以及以及電子束落點(diǎn)尺寸電子束落點(diǎn)尺寸決定了垂直分辨力的上限。決定了垂直分辨力的上限。掃描行數(shù)的影響。掃描行數(shù)的影響。垂直分辨力不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)的水平掃描行數(shù)。如果考垂直分辨力不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)的水平

43、掃描行數(shù)。如果考慮實(shí)際掃描過(guò)程中的慮實(shí)際掃描過(guò)程中的消隱行數(shù)消隱行數(shù)，最高垂直分辨力總，最高垂直分辨力總要低于掃描行數(shù)。要低于掃描行數(shù)。掃描位置的影響。掃描位置的影響。如果電子束掃描中心線的位置不當(dāng)，則應(yīng)有的分辨如果電子束掃描中心線的位置不當(dāng)，則應(yīng)有的分辨力將下降。力將下降。*光電成像原理光電成像原理407.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 設(shè)被傳送的是線條數(shù)為設(shè)被傳送的是線條數(shù)為N的黑白測(cè)試圖案，當(dāng)掃描中的黑白測(cè)試圖案，當(dāng)掃描中心線與條紋中心線正好重合時(shí)，分辨力最高，等于心線與條紋中心線正好重合時(shí)，分辨力最高，等于有效掃描行數(shù)有效掃描行數(shù)(不考慮其它因素不考慮其它因素)；當(dāng)掃描中

44、心線與條紋邊界線重合時(shí)，垂直分辨力最當(dāng)掃描中心線與條紋邊界線重合時(shí)，垂直分辨力最低，圖案難以分辨，此時(shí)，如果圖案線條加寬一倍，低，圖案難以分辨，此時(shí)，如果圖案線條加寬一倍，則仍可分辨，只是垂直分辨力下降一半；則仍可分辨，只是垂直分辨力下降一半；當(dāng)掃描中心線介于線條的中心線和邊界線之間，則當(dāng)掃描中心線介于線條的中心線和邊界線之間，則垂直分辨力介于上述兩種情況之間。垂直分辨力介于上述兩種情況之間。*光電成像原理光電成像原理417.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) *光電成像原理光電成像原理427.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 掃描電子束落點(diǎn)尺寸及其電流密度分布。掃描電子

45、束落點(diǎn)尺寸及其電流密度分布。 和和情況是假設(shè)掃描電子束落點(diǎn)尺寸正好等情況是假設(shè)掃描電子束落點(diǎn)尺寸正好等于線寬的情況。于線寬的情況。如果不等，如果不等，垂直分辨力隨著束點(diǎn)尺垂直分辨力隨著束點(diǎn)尺寸的變化而變化。如果束點(diǎn)尺寸增大，垂直分辨力寸的變化而變化。如果束點(diǎn)尺寸增大，垂直分辨力將會(huì)下降。這是由于在掃描時(shí)，同時(shí)取走了相鄰線將會(huì)下降。這是由于在掃描時(shí)，同時(shí)取走了相鄰線條的信號(hào)，使它們相互混淆所致。條的信號(hào)，使它們相互混淆所致。 此外，垂直分辨力還與束點(diǎn)上的電流密度分布此外，垂直分辨力還與束點(diǎn)上的電流密度分布有關(guān)。通常束截面上的電流密度服從高斯分布，所有關(guān)。通常束截面上的電流密度服從高斯分布，所以束

46、點(diǎn)中心和邊緣部分的閱讀能力不同。以束點(diǎn)中心和邊緣部分的閱讀能力不同。如果設(shè)計(jì)如果設(shè)計(jì)均勻密度分布的束點(diǎn)，均勻密度分布的束點(diǎn)，閱讀效果及分辨力會(huì)大大改閱讀效果及分辨力會(huì)大大改善。善。*光電成像原理光電成像原理437.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 2. 水平分辨力水平分辨力 整個(gè)畫面上，沿水平方向所能整個(gè)畫面上，沿水平方向所能分辨的像元數(shù)，稱為分辨的像元數(shù)，稱為水平分辨力水平分辨力，習(xí)慣上也用電視線習(xí)慣上也用電視線(TVL) 表示，常表示，常用電視分辨力測(cè)試卡。用電視分辨力測(cè)試卡。 同垂直方向同垂直方向上情況不同的是在水平方向上，掃上情況不同的是在水平方向上，掃描電子束是連續(xù)移動(dòng)的

47、，因此二者描電子束是連續(xù)移動(dòng)的，因此二者的分辨力也不相等。的分辨力也不相等。 除了除了靶和屏靶和屏以外，影響水平分以外，影響水平分辨力的因素主要有以下幾種：辨力的因素主要有以下幾種：掃描電子束落點(diǎn)尺寸的影響。掃描電子束落點(diǎn)尺寸的影響。由由于以直徑為于以直徑為d的束點(diǎn)進(jìn)行掃描，所以的束點(diǎn)進(jìn)行掃描，所以使黑白邊界變得模糊。模糊的范圍使黑白邊界變得模糊。模糊的范圍與與d相等。相等。*光電成像原理光電成像原理447.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 束點(diǎn)尺寸對(duì)水平分辨力的影響稱為束點(diǎn)尺寸對(duì)水平分辨力的影響稱為孔闌效應(yīng)孔闌效應(yīng)。為了減。為了減小孔闌效應(yīng)，應(yīng)縮小束點(diǎn)的水平尺寸。小孔闌效應(yīng)，應(yīng)縮

48、小束點(diǎn)的水平尺寸?？钻@效應(yīng)示意圖：孔闌效應(yīng)示意圖： (a) 攝取圖像的取樣，攝取圖像的取樣，(b) 它轉(zhuǎn)換它轉(zhuǎn)換成的圖像信號(hào)電壓波形，成的圖像信號(hào)電壓波形， (c)重現(xiàn)的圖重現(xiàn)的圖像。在白條和黑條交界處有灰色過(guò)渡像。在白條和黑條交界處有灰色過(guò)渡區(qū)區(qū), 它的寬度為它的寬度為d, 這使圖像模糊從而降這使圖像模糊從而降低水平分解力。低水平分解力。 (d)、 (e)給出了當(dāng)攝取圖像細(xì)節(jié)給出了當(dāng)攝取圖像細(xì)節(jié)寬度改變時(shí)其對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形。寬度改變時(shí)其對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形。 當(dāng)細(xì)當(dāng)細(xì)節(jié)寬度越來(lái)越窄直至等于電子束直徑節(jié)寬度越來(lái)越窄直至等于電子束直徑d時(shí)時(shí), 由于由于不變不變, 圖像信號(hào)圖像信號(hào)u將由梯形波將由梯形波趨

49、于正弦波趨于正弦波, 這時(shí)對(duì)比度保持不變這時(shí)對(duì)比度保持不變, 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成的圖像仍為黑和白換成的圖像仍為黑和白, 但黑白邊緣呈但黑白邊緣呈現(xiàn)模糊的灰色現(xiàn)模糊的灰色, 圖像的清晰度下降。圖像的清晰度下降。 *光電成像原理光電成像原理457.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 訊道頻帶寬度的影響。訊道頻帶寬度的影響。 當(dāng)電子束掃描靶面時(shí)，像元上的信號(hào)接連不斷地當(dāng)電子束掃描靶面時(shí)，像元上的信號(hào)接連不斷地輸送出去。像元數(shù)越多，輸出脈沖頻率越高，必須要輸送出去。像元數(shù)越多，輸出脈沖頻率越高，必須要求信道有足夠的帶寬。如果帶寬不夠，就會(huì)限制水平求信道有足夠的帶寬。如果帶寬不夠，就會(huì)限制水平分辨力。根

50、據(jù)我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)，可以算出信道帶寬為分辨力。根據(jù)我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)，可以算出信道帶寬為f =0.0128M (MHz) 其中其中 M為垂直分辨力。為垂直分辨力。攝像管分辨力其他表示：攝像管分辨力其他表示： 把電視線或電視的行把電視線或電視的行/幀高換算成以線對(duì)幀高換算成以線對(duì)/毫米表示毫米表示,即（即（h-光柵高度，光柵高度，l-對(duì)角線長(zhǎng)度、靶面直徑）：對(duì)角線長(zhǎng)度、靶面直徑）：（lp/mm）*光電成像原理光電成像原理467.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 四、攝像管的其他特性參數(shù)四、攝像管的其他特性參數(shù) 1攝像管的信噪比攝像管的信噪比 攝像管的信噪比定義為攝像管的信噪比定義為輸出視頻信號(hào)

51、電流峰輸出視頻信號(hào)電流峰-峰峰值與輸出電流中所含噪聲均方根值的比值。值與輸出電流中所含噪聲均方根值的比值。噪聲來(lái)源很多，主要有：噪聲來(lái)源很多，主要有：光子、光電子、載流子、二次發(fā)射電子、掃描電光子、光電子、載流子、二次發(fā)射電子、掃描電子的散粒噪聲；子的散粒噪聲；載流子的產(chǎn)生載流子的產(chǎn)生-復(fù)合噪聲；復(fù)合噪聲；熱噪聲；熱噪聲；1 / f 噪聲；噪聲；前置放大器噪聲（要求前置放大器噪聲（要求SNR不低于不低于4540dB）。）。*光電成像原理光電成像原理477.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 攝像管靈敏度：攝像管靈敏度： 當(dāng)輸出視頻信號(hào)一定時(shí)當(dāng)輸出視頻信號(hào)一定時(shí)(剛好滿足剛好滿足信噪比

52、信噪比要求要求)，光敏面上所需的最小輻射照度的倒數(shù)。所以攝像管的光敏面上所需的最小輻射照度的倒數(shù)。所以攝像管的靈敏度與信噪比密切相關(guān)靈敏度與信噪比密切相關(guān)。 噪聲大時(shí)在圖像上反映為大量隨機(jī)移動(dòng)的黑點(diǎn)和噪聲大時(shí)在圖像上反映為大量隨機(jī)移動(dòng)的黑點(diǎn)和亮點(diǎn)。亮點(diǎn)。不同的探測(cè)目的，要求攝像管信噪比是不一樣不同的探測(cè)目的，要求攝像管信噪比是不一樣的的。為使觀察者感覺不到噪聲，光電導(dǎo)視像管的信噪。為使觀察者感覺不到噪聲，光電導(dǎo)視像管的信噪比應(yīng)大于比應(yīng)大于25。 光電導(dǎo)視像管中，放大器噪聲是主要的；在高增光電導(dǎo)視像管中，放大器噪聲是主要的；在高增益的電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)型及帶移像部分的攝像管中，益的電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)

53、型及帶移像部分的攝像管中，光子、光電子及預(yù)放器噪聲共同起作用。光子、光電子及預(yù)放器噪聲共同起作用。*光電成像原理光電成像原理487.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 2. 光電轉(zhuǎn)換特性光電轉(zhuǎn)換特性(特性特性) 光電轉(zhuǎn)換特性表征光電轉(zhuǎn)換特性表征輸出輸出視頻信號(hào)電流視頻信號(hào)電流 I與光敏面上與光敏面上的輻照度的輻照度E的關(guān)系曲線，如的關(guān)系曲線，如圖所示。圖所示。 圖中關(guān)系曲線為圖中關(guān)系曲線為IS=kE，其中其中k是常數(shù)，是常數(shù)，是灰度系數(shù)，是灰度系數(shù)，隨光敏面的材料而異。隨光敏面的材料而異。*光電成像原理光電成像原理497.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) = 1時(shí)，灰度等

54、級(jí)均勻；時(shí)，灰度等級(jí)均勻；1 時(shí)，有均勻的灰時(shí)，有均勻的灰度畸變。提高了弱照度時(shí)的靈敏度度畸變。提高了弱照度時(shí)的靈敏度(利于提高暗場(chǎng)時(shí)利于提高暗場(chǎng)時(shí)的信噪比的信噪比)，而使強(qiáng)照度時(shí)的光電特性呈一定的飽和，而使強(qiáng)照度時(shí)的光電特性呈一定的飽和狀態(tài)狀態(tài)(利于擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍利于擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍)。1是不適用的。是不適用的。 對(duì)于整個(gè)電視型光電成像系統(tǒng)，灰度特性對(duì)于整個(gè)電視型光電成像系統(tǒng)，灰度特性既包既包含攝像管的光電轉(zhuǎn)換特性，又包含信道和顯像管含攝像管的光電轉(zhuǎn)換特性，又包含信道和顯像管(顯顯像管也存在孔闌效應(yīng)像管也存在孔闌效應(yīng))的電光轉(zhuǎn)換特性，而顯像管的的電光轉(zhuǎn)換特性，而顯像管的電光轉(zhuǎn)換特性電光轉(zhuǎn)換特性值總

55、大于值總大于1，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的總，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的總灰度特性灰度特性為為1，通常使用，通常使用1的攝像管。的攝像管。*光電成像原理光電成像原理507.2 攝像管的主要性能參數(shù)攝像管的主要性能參數(shù) 3. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍 攝像管所能允許的光照強(qiáng)度變化的范圍稱為攝像管所能允許的光照強(qiáng)度變化的范圍稱為動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍態(tài)響應(yīng)范圍。其。其下限決定于下限決定于低照度下的信噪比，而低照度下的信噪比，而上限決定于上限決定于靶面貯存電荷的能力。通常靶的電位起靶面貯存電荷的能力。通常靶的電位起伏伏最高限為幾伏最高限為幾伏，否則會(huì)影響電子束的聚焦與邊緣，否則會(huì)影響電子束的聚焦與邊緣電子束的著靶。電子束的

56、著靶。 除以上評(píng)價(jià)攝像管性能的主要參數(shù)外，還有暗除以上評(píng)價(jià)攝像管性能的主要參數(shù)外，還有暗電流、畸變、暈光、壽命、機(jī)械強(qiáng)度等參數(shù)。電流、畸變、暈光、壽命、機(jī)械強(qiáng)度等參數(shù)。*光電成像原理光電成像原理517.3 攝像管的分類攝像管的分類 技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電真空攝像管的發(fā)展已經(jīng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電真空攝像管的發(fā)展已經(jīng)告一段落，有關(guān)電真空攝像管的研究已經(jīng)不多見。但告一段落，有關(guān)電真空攝像管的研究已經(jīng)不多見。但是它們?cè)陔娨暭夹g(shù)發(fā)展史上的貢獻(xiàn)不可磨滅，其技術(shù)是它們?cè)陔娨暭夹g(shù)發(fā)展史上的貢獻(xiàn)不可磨滅，其技術(shù)和結(jié)構(gòu)分類對(duì)今后的其他研究工作仍有重要的借鑒意和結(jié)構(gòu)分類對(duì)今后的其他研究工作仍有重要的借鑒意義。義。

57、 由于對(duì)攝像管的各種不同用途的需要，其種類極由于對(duì)攝像管的各種不同用途的需要，其種類極為繁多，它的分類方法也很多。為繁多，它的分類方法也很多。*光電成像原理光電成像原理527.3 攝像管的分類攝像管的分類 一、攝像管通常按如下方法分類一、攝像管通常按如下方法分類1. 按電荷積累方式分類按電荷積累方式分類二次電子發(fā)射積累型，如超正析攝像管；二次電子發(fā)射積累型，如超正析攝像管；二次電子導(dǎo)電積累型，如二次電子導(dǎo)電積累型，如 二次電子攝像管二次電子攝像管(SEC)攝像管；攝像管；光電導(dǎo)積累型，如各種視像管；光電導(dǎo)積累型，如各種視像管；電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累型；如電子轟擊硅靶攝像電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累型；如

58、電子轟擊硅靶攝像管。管。*光電成像原理光電成像原理537.3 攝像管的分類攝像管的分類 2. 按光電變換形式分類按光電變換形式分類外光電變換型：利用外光電效應(yīng)變換的光電發(fā)射外光電變換型：利用外光電效應(yīng)變換的光電發(fā)射型攝像管，即帶光陰極的攝像管。型攝像管，即帶光陰極的攝像管。內(nèi)光電變換型：利用內(nèi)光電效應(yīng)變換的視像管。內(nèi)光電變換型：利用內(nèi)光電效應(yīng)變換的視像管。3. 按視頻信號(hào)讀出方式分類按視頻信號(hào)讀出方式分類信號(hào)板輸出型：利用上靶的電子取出信號(hào)，由于信號(hào)板輸出型：利用上靶的電子取出信號(hào)，由于信號(hào)板和靶是固定在一起的，故又稱為靶輸出型。信號(hào)板和靶是固定在一起的，故又稱為靶輸出型。雙面靶輸出型：利用從

59、靶面反射電子取出信號(hào)，雙面靶輸出型：利用從靶面反射電子取出信號(hào)，故又稱為返束輸出型。故又稱為返束輸出型。二、各種攝像管介紹二、各種攝像管介紹（略（略P267-281）*光電成像原理光電成像原理547.4 熱釋電攝像管熱釋電攝像管 熱釋電攝像管的靶面由熱釋電材料構(gòu)成，是一熱釋電攝像管的靶面由熱釋電材料構(gòu)成，是一種熱成像器件，工作于種熱成像器件，工作于814um波段。波段。 熱釋電攝像管依靠探測(cè)自然景物產(chǎn)生的紅外輻熱釋電攝像管依靠探測(cè)自然景物產(chǎn)生的紅外輻射來(lái)獲得圖像，不需要任何附加照明，是一種全被射來(lái)獲得圖像，不需要任何附加照明，是一種全被動(dòng)式的攝像方式，具有全天候工作的特點(diǎn)。動(dòng)式的攝像方式，具有

60、全天候工作的特點(diǎn)。 熱釋電攝像器件的應(yīng)用：熱釋電攝像器件的應(yīng)用： 電力工業(yè)上的故障探測(cè)、醫(yī)療診斷上的癌變檢電力工業(yè)上的故障探測(cè)、醫(yī)療診斷上的癌變檢查、激光模式的測(cè)量、消防、夜視等。查、激光模式的測(cè)量、消防、夜視等。*光電成像原理光電成像原理557.4 熱釋電攝像管熱釋電攝像管 一、熱釋電效應(yīng)和熱釋電攝像管一、熱釋電效應(yīng)和熱釋電攝像管1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng) 所謂熱釋電效應(yīng)，所謂熱釋電效應(yīng)，是晶體在沒有外加電場(chǎng)和應(yīng)是晶體在沒有外加電場(chǎng)和應(yīng)力的情況下，它具有自發(fā)的或永久的極化強(qiáng)度，且力的情況下，它具有自發(fā)的或永久的極化強(qiáng)度，且這種電極化強(qiáng)度隨晶體本身溫度的變化而變化。熱這種電極化強(qiáng)度隨晶體本身溫