第5章__攝像管

1、第三章第三章 復習總結(jié)復習總結(jié)v掌握光電發(fā)射效應掌握光電發(fā)射效應v 了解光電陰極的主要參數(shù)和分類了解光電陰極的主要參數(shù)和分類v掌握負電子親和勢材料的優(yōu)點掌握負電子親和勢材料的優(yōu)點v 掌握光電管的工作原理掌握光電管的工作原理v掌握光電倍增管的組成、工作原理、各部掌握光電倍增管的組成、工作原理、各部分功能及使用應注意的問題分功能及使用應注意的問題第第5章章 攝像管攝像管v直視式光電成像系統(tǒng)直視式光電成像系統(tǒng)不足不足: 光圖像直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹币晥D像，光圖像直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹币晥D像，v具有作用距離短具有作用距離短;v放大率有限放大率有限;v對比度不能調(diào)節(jié)對比度不能調(diào)節(jié);v不能超越障礙等缺點，為此人們研究了電視系

2、統(tǒng)。不能超越障礙等缺點，為此人們研究了電視系統(tǒng)。v電視系統(tǒng)基本過程電視系統(tǒng)基本過程v光光-電電電電 光圖像光圖像v電視電視的的優(yōu)勢優(yōu)勢: 傳送的主要對象是活動的對象，在發(fā)送端要把傳送的主要對象是活動的對象，在發(fā)送端要把光學圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號，光學圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號， 經(jīng)過加工之后，發(fā)送到接收經(jīng)過加工之后，發(fā)送到接收端，在接收端進行處理，再把電信號信息還原成光信號。端，在接收端進行處理，再把電信號信息還原成光信號。5.1 攝像管的工作方式攝像管的工作方式v1）圖象分割圖象分割v 圖像分割成圖像分割成: 小單元（小單元（ 像素）像素）;v 靜止圖像靜止圖像;v 活動圖像活動圖像.v2）依次傳送

3、依次傳送v光光-電電- 處理處理-依次傳送依次傳送-(時間開關時間開關)-依次顯示依次顯示-電電-光光.v發(fā)送端發(fā)送端: 攝像管攝像管 + 信號處理信號處理+存儲存儲 or(and) 發(fā)送發(fā)送;v接受端接受端: 接收天線接收天線+合成處理合成處理+熒光屏熒光屏.1. 電視制式電視制式v3）電子掃描電子掃描v電子掃描方式完成開關，依次傳送的目的。電子掃描方式完成開關，依次傳送的目的。v光光-電電 電子掃描方式。電子掃描方式。v行掃描行掃描,列掃描列掃描 組成光柵；組成光柵；v光柵的長寬比；光柵的長寬比；v掃描行數(shù)掃描行數(shù),列數(shù)列數(shù);v分兩場掃描分兩場掃描：奇數(shù)場、偶數(shù)場；：奇數(shù)場、偶數(shù)場；v幀頻

4、、場頻、行頻，及周期時間幀頻、場頻、行頻，及周期時間;v行消隱行消隱,場消隱。場消隱。v4） 同步同步v行同步行同步v場同步場同步 信號發(fā)送端為了使接收端的行掃描與場掃描規(guī)律與其同步，在行（場）掃描正程結(jié)束后，向接收機發(fā)出一個脈沖信號，表示這一行（場）已經(jīng)結(jié)束，這個脈沖信號就是行（場）同步信號。2. 攝像管要解決的問題攝像管要解決的問題v在電視的研究發(fā)展過程中，遇到的主要問題是：在電視的研究發(fā)展過程中，遇到的主要問題是：圖圖像的傳送，靈敏度的提高像的傳送，靈敏度的提高以及以及像質(zhì)的改善像質(zhì)的改善。v這些問題都與電視系統(tǒng)的核心部件這些問題都與電視系統(tǒng)的核心部件攝像管密切攝像管密切相關。相關。v解

5、決靈敏度的提高問題：解決靈敏度的提高問題： v 歷史上，歷史上， 沒有信號積累，沒有實用化。沒有信號積累，沒有實用化。v 有信號積累，實用化。有信號積累，實用化。 沒沒有有信號積累信號積累過程過程 ：v幀周期為幀周期為T，象素數(shù)，象素數(shù)N，則，則電子束在一個象素上停留電子束在一個象素上停留的時間為的時間為T/N，這相當于，這相當于0.062s，其余時間（，其余時間（N-1）T/N內(nèi)，光雖然照在光陰極內(nèi)，光雖然照在光陰極上的，由于光電管沒有接上的，由于光電管沒有接入電路而白白浪費掉了。入電路而白白浪費掉了。v只有在掃描的瞬間才能從只有在掃描的瞬間才能從景物得到信號，沒有信號景物得到信號，沒有信號

6、積累過程，光能的利用率積累過程，光能的利用率太低，所以靈敏度低，因太低，所以靈敏度低，因而未能實際應用。而未能實際應用。 有信號積累有信號積累過程過程 ：v而附加存貯器的裝置：但而附加存貯器的裝置：但是它將（是它將（N-1）T/N的光電的光電信號存貯起來信號存貯起來 。v電子束在一個象素上停留電子束在一個象素上停留的時間為的時間為T/N，這相當于，這相當于0.062s，但讀出信號是，但讀出信號是（N-1）T/N內(nèi)的信號。內(nèi)的信號。v積累時間是幀周期，積累時間是幀周期，T時間時間約為約為40ms。v當掃到接通時，貯存的電當掃到接通時，貯存的電量全部輸送出去。量全部輸送出去。v于是攝像管的效率就提

7、高于是攝像管的效率就提高N倍。使攝像管實用化。倍。使攝像管實用化。3.攝像管的任務攝像管的任務v攝像管攝像管：攝制圖像、存貯和處理，即將：攝制圖像、存貯和處理，即將光學圖像光學圖像轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成適于處理和傳遞的時間序列的一維變成適于處理和傳遞的時間序列的一維電信號電信號。v為了完成攝像任務，攝像管必須具有為了完成攝像任務，攝像管必須具有寫入寫入、存貯存貯、閱讀閱讀和和抹除抹除等過程。等過程。v這主要由三部分組成：光電變換部分、電荷存貯部這主要由三部分組成：光電變換部分、電荷存貯部分和信號閱讀部分分和信號閱讀部分 具體分為以下具體分為以下四個過程四個過程： 1.光學圖像轉(zhuǎn)變成電荷（電位）圖像；光學圖像

8、轉(zhuǎn)變成電荷（電位）圖像； 2.對電荷圖像進行存貯和積累；對電荷圖像進行存貯和積累； 3.對電信號進行放大和增強；對電信號進行放大和增強； 4.對存貯電荷圖像的各個像素進行序掃描，輸出與對存貯電荷圖像的各個像素進行序掃描，輸出與輸入信息成比例的一維電信號。輸入信息成比例的一維電信號。1）光電變換部分光電變換部分把光學圖像變成電子圖像，由光敏元件組成。常用的材料有：把光學圖像變成電子圖像，由光敏元件組成。常用的材料有：光電陰極和光電導體。光電陰極和光電導體。 2）電荷存貯部分電荷存貯部分把光電流以電荷的形式存貯起來，而轉(zhuǎn)化成與像素光強相對應把光電流以電荷的形式存貯起來，而轉(zhuǎn)化成與像素光強相對應的存

9、貯面上的電位。在只有光電陰極或光電導體的攝像管中，的存貯面上的電位。在只有光電陰極或光電導體的攝像管中，光電變換部分和存貯部分是合為一體的。光電變換部分和存貯部分是合為一體的。 3）信號閱讀部分信號閱讀部分 從靶面取出信號，包括電子槍與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。從靶面取出信號，包括電子槍與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。v一、攝像管的分類一、攝像管的分類（按光電變換的形式）：（按光電變換的形式）：v1.外光電變換型（光電發(fā)射型）如圖外光電變換型（光電發(fā)射型）如圖(a)v2.內(nèi)光電變換型（光電導型）如圖內(nèi)光電變換型（光電導型）如圖(b)v二、攝像管的組成及其作用：二、攝像管的組成及其作用：v構(gòu)成：光電變換與存儲部分、信號閱讀部分構(gòu)成

10、：光電變換與存儲部分、信號閱讀部分v（一）光電變換與存貯部分：（一）光電變換與存貯部分：v、光電變換部分：光學圖像轉(zhuǎn)化成電位圖像、光電變換部分：光學圖像轉(zhuǎn)化成電位圖像v（）（）光電導體光電導體：利用光電導效應：利用光電導效應光電光電導體導體信號板信號板V10V0v（）（）光電發(fā)射體光電發(fā)射體：利用光照下發(fā)射電子利用光照下發(fā)射電子v移像區(qū)移像區(qū)（加速電場）：增強光電子能量，獲加速電場）：增強光電子能量，獲得增益，提高靈敏度。得增益，提高靈敏度。成像面成像面掃描面掃描面掃描區(qū)掃描區(qū)移像區(qū)移像區(qū)靶靶v電荷存貯（積累）：電荷存貯（積累）：v為了對微弱的瞬時信號積累，采用為了對微弱的瞬時信號積累，采用積

11、累元件積累元件對整個幀周期產(chǎn)生的信號不斷積累。對整個幀周期產(chǎn)生的信號不斷積累。v要求要求：幀周期內(nèi)的信號不漏走，足夠的絕緣：幀周期內(nèi)的信號不漏走，足夠的絕緣能力和很高的電阻。能力和很高的電阻。v（二）信號閱讀部分：（二）信號閱讀部分：v從靶面取出信號的任務是由閱讀部分來完成的。閱從靶面取出信號的任務是由閱讀部分來完成的。閱讀部分包括電子束發(fā)射系統(tǒng)（電子槍）和電子束聚讀部分包括電子束發(fā)射系統(tǒng)（電子槍）和電子束聚焦掃描系統(tǒng)焦掃描系統(tǒng)。v三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)：v分辨率：圖像細節(jié)的鑒別能力分辨率：圖像細節(jié)的鑒別能力v動態(tài)范圍：最高入射照度與最低入射照動態(tài)范圍：最高入射照度與最低入射照度之比度之比v

12、四、光電導型攝像管四、光電導型攝像管（視象管）視象管）v視象管的結(jié)構(gòu)：視象管的結(jié)構(gòu)：v各部分的作用：各部分的作用：v電子槍電子槍：產(chǎn)生熱電子，并使它聚焦成很細：產(chǎn)生熱電子，并使它聚焦成很細的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。v（）（）電子束的產(chǎn)生電子束的產(chǎn)生：熱陰極發(fā)射出來的：熱陰極發(fā)射出來的電子在陽極膜孔處會聚并通過陽電子在陽極膜孔處會聚并通過陽 極膜孔后極膜孔后再發(fā)散開來。再發(fā)散開來。v（）（）電子束的聚焦電子束的聚焦：陽極膜孔發(fā)散出來：陽極膜孔發(fā)散出來的電子束在靶面上會聚成一點，有電聚焦的電子束在靶面上會聚成一點，有電聚焦和磁聚焦兩種方式。和磁聚焦兩種

13、方式。v（）（）電子束的偏轉(zhuǎn)電子束的偏轉(zhuǎn)：電子束能夠掃描到：電子束能夠掃描到靶上任何一處，充分閱讀每一個像素信息。靶上任何一處，充分閱讀每一個像素信息。v（）（）電子束垂直上靶電子束垂直上靶：當電子束上靶與：當電子束上靶與靶面上積累的正電荷中和后才能使其轉(zhuǎn)變靶面上積累的正電荷中和后才能使其轉(zhuǎn)變成視頻信號輸出，成視頻信號輸出， 那么電子束能否上靶，那么電子束能否上靶，不僅與電子的速度大小有關，而且與其速不僅與電子的速度大小有關，而且與其速度的方向有關。由度的方向有關。由靶網(wǎng)和調(diào)制電極附近的網(wǎng)和調(diào)制電極附近的校正線圈來完成。校正線圈來完成。5.2 攝像管的性能指標與評定攝像管的性能指標與評定v通過

14、電視系統(tǒng)來傳送各種圖像，目的是得到準確無通過電視系統(tǒng)來傳送各種圖像，目的是得到準確無誤的圖像，而是否能準確傳送圖象，和攝像器件、誤的圖像，而是否能準確傳送圖象，和攝像器件、電視通道、顯示器件有關，但起主要作用的是攝像電視通道、顯示器件有關，但起主要作用的是攝像器件。器件。v人們希望攝像管能清晰地、無失真地、人們希望攝像管能清晰地、無失真地、“干凈干凈”地地攝取圖像。一般地，攝像器件獲得圖像質(zhì)量要比人攝取圖像。一般地，攝像器件獲得圖像質(zhì)量要比人們現(xiàn)場觀察的景物差，也就是說，攝像器件送來的們現(xiàn)場觀察的景物差，也就是說，攝像器件送來的圖像不夠清晰，有失真。圖像不夠清晰，有失真。 v描述攝像器件性能用

15、：描述攝像器件性能用：靈敏度靈敏度、光電轉(zhuǎn)換特性光電轉(zhuǎn)換特性、分分辨率辨率、信噪比信噪比、惰性惰性、光譜響應特性光譜響應特性等來表示。等來表示。5.2.1 攝像管的靈敏度攝像管的靈敏度定義定義：攝像管輸出的信號電：攝像管輸出的信號電流與入射在光敏面上的光流與入射在光敏面上的光通量（或通量（或 照度）之比。照度）之比。測量方法有兩種：測量方法有兩種：(1) 用已知照度的用已知照度的10lx標準光標準光源照射在攝像管光敏面上，源照射在攝像管光敏面上，同時在信號輸出端（即前同時在信號輸出端（即前置放大器輸入端）測量信置放大器輸入端）測量信號電流的大小，如：號電流的大小，如： 靈敏度靈敏度 R=信號電

16、流信號電流/光通光通量量 圖圖5-3 攝像管靈敏度的測量攝像管靈敏度的測量 1信號板；信號板；2靶；靶；3信號板；信號板；4靶。靶。ssiEAiR(A/lm) (2) 向攝像管的光敏面投射已知照度的黑白條紋圖案，向攝像管的光敏面投射已知照度的黑白條紋圖案，同時用示波器測量黑白電平信號的峰同時用示波器測量黑白電平信號的峰-峰振幅，而后峰振幅，而后將其換成攝像管輸出端的信號電流。將其換成攝像管輸出端的信號電流。5.2.2 攝像管的攝像管的光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換輸出信號與產(chǎn)生該信號的光敏面上的輻射照度輸出信號與產(chǎn)生該信號的光敏面上的輻射照度的函數(shù)關系。的函數(shù)關系。 整個電視系統(tǒng)實質(zhì)上是光能經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大，經(jīng)

17、過整個電視系統(tǒng)實質(zhì)上是光能經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大，經(jīng)過處理后再變成光能的過程。處理后再變成光能的過程。它包括兩種轉(zhuǎn)換過程：光它包括兩種轉(zhuǎn)換過程：光-電轉(zhuǎn)換和電電轉(zhuǎn)換和電-光轉(zhuǎn)換。光轉(zhuǎn)換。為了在顯示屏上得到一個與景物的亮度分布相一為了在顯示屏上得到一個與景物的亮度分布相一致的圖像，電視系統(tǒng)應該保證致的圖像，電視系統(tǒng)應該保證輸出光輸出光和和輸入光輸入光之之間的間的線性線性。v 攝像管的光電轉(zhuǎn)換特性攝像管的光電轉(zhuǎn)換特性 要保證總系統(tǒng)值要保證總系統(tǒng)值r等于等于1v要保證總系統(tǒng)值要保證總系統(tǒng)值等于等于1v常用的顯像管熒光屏常用的顯像管熒光屏值平均值約為值平均值約為2.5;v大多數(shù)攝像管的大多數(shù)攝像管的值都不滿足值

18、都不滿足0.4的要求，例如，光電導攝像的要求，例如，光電導攝像管的管的值小于值小于1，有的，有的接近于接近于1，如，如Sb2S3管管 值為值為0.60.7，PbO管管1為為0.95，而硅靶管，而硅靶管1接近于接近于1。v為了克服系統(tǒng)值過大的缺點，往往在放大訊道中采用專門的為了克服系統(tǒng)值過大的缺點，往往在放大訊道中采用專門的校正器，使放大訊道校正器，使放大訊道 1，以保證全系統(tǒng)，以保證全系統(tǒng) =1。v使用校正器的缺點：因為校正器的使用校正器的缺點：因為校正器的 =0.5或更小，電平越低，或更小，電平越低，相對放大的越多，因為噪聲信號低電平，小信號，所以把噪相對放大的越多，因為噪聲信號低電平，小信

19、號，所以把噪聲放大得更大，這就使得噪聲與信號一起被放大。聲放大得更大，這就使得噪聲與信號一起被放大。v在電視系統(tǒng)中，一般在發(fā)射系統(tǒng)中進行修正，使在電視系統(tǒng)中，一般在發(fā)射系統(tǒng)中進行修正，使 =0.4，而，而在電視中不校正。在電視中不校正。kEEkL321.5.2.3 攝像管的攝像管的分辨率分辨率 分辨率表征了攝像管的分辨本領，是描述一切成像器分辨率表征了攝像管的分辨本領，是描述一切成像器件空間特性的重要指標。件空間特性的重要指標。 1 .垂直分辨率垂直分辨率 在整個畫面上，沿垂直方向所能分辨的像素數(shù)或在整個畫面上，沿垂直方向所能分辨的像素數(shù)或黑白相間的水平等寬矩形條紋數(shù)黑白相間的水平等寬矩形條紋

20、數(shù) 比如說，系統(tǒng)能夠清晰地分辨比如說，系統(tǒng)能夠清晰地分辨600條黑白相間的水平條黑白相間的水平等寬條紋，則說它的垂直分解率為等寬條紋，則說它的垂直分解率為600行行/幀高。幀高。 影響因素有三個。影響因素有三個。 1) 掃描行數(shù)掃描行數(shù)的影響的影響v掃描行數(shù)是垂直分辨率的上限，如水平掃描行數(shù)為掃描行數(shù)是垂直分辨率的上限，如水平掃描行數(shù)為625行的行的電視系統(tǒng)，其垂直分辨力絕對不會超過電視系統(tǒng)，其垂直分辨力絕對不會超過625行行/幀高。在實際幀高。在實際中，由于被消隱的掃描行不傳遞圖像，而只有有效行數(shù)才能中，由于被消隱的掃描行不傳遞圖像，而只有有效行數(shù)才能分解圖像，所以嚴格來說，有效掃描行數(shù)是垂

21、直分辨率的上分解圖像，所以嚴格來說，有效掃描行數(shù)是垂直分辨率的上限。限。v在我國的電視標準中，標準掃描行數(shù)在我國的電視標準中，標準掃描行數(shù)N0為為625行行/幀，有效幀，有效掃描行數(shù)掃描行數(shù)Ne，Ne=(1- ) N0v消隱系數(shù)，一般有消隱系數(shù)，一般有=0.0740.08，當，當 =0.08時，時，Ne=575行行/幀高幀高v就是說，一般消隱行數(shù)為就是說，一般消隱行數(shù)為50行行/幀高。幀高。 2) 掃描位置的影響掃描位置的影響如果掃描中心線的位置不當，會使應有的分辨率下降，如果掃描中心線的位置不當，會使應有的分辨率下降， v即掃描線處于最佳位置和最差位置，在一般情況下，即掃描線處于最佳位置和最

22、差位置，在一般情況下，掃描線的中心線位置介于線條中心線與邊界線之間，掃描線的中心線位置介于線條中心線與邊界線之間，垂直分辨率將在垂直分辨率將在Ne/2到到Ne之間。如一般取之間。如一般取625行的行的0.7，即垂直分辨率為，即垂直分辨率為6250.7=437行行/幀高。幀高。v考慮掃描行數(shù)和掃描線的位置影響后，系統(tǒng)的垂直考慮掃描行數(shù)和掃描線的位置影響后，系統(tǒng)的垂直分辨率降為分辨率降為437行行/幀高。幀高。2. 水平分辨率水平分辨率整個畫面上，沿水平方向所能分辨的像素數(shù)整個畫面上，沿水平方向所能分辨的像素數(shù) 掃描束點尺寸對水平分辨率的影響掃描束點尺寸對水平分辨率的影響 v可見要可見要提高分辨率

23、提高分辨率，則要求，則要求掃描點掃描點足夠足夠小小。但如果。但如果太小了，在規(guī)定的掃描行數(shù)下又不足以覆蓋畫面，太小了，在規(guī)定的掃描行數(shù)下又不足以覆蓋畫面，使行間有明顯空隙，因而掃描點大小要恰當。使行間有明顯空隙，因而掃描點大小要恰當。v一般等于一般等于幀面高度除以有效行數(shù)幀面高度除以有效行數(shù)v這樣當掃描行數(shù)選定后，掃描點的大小，水平方向這樣當掃描行數(shù)選定后，掃描點的大小，水平方向的分辨力就大致決定了。的分辨力就大致決定了。v水平分辨力等于豎直分辨率時，圖像質(zhì)量最好。水平分辨力等于豎直分辨率時，圖像質(zhì)量最好。58343734v3訊道頻帶寬度對分辨率的影響訊道頻帶寬度對分辨率的影響v1）視頻信號的

24、）視頻信號的頻帶寬度頻帶寬度v圖像信號的圖像信號的頻率頻率決定于圖像的內(nèi)容，細節(jié)越細，信決定于圖像的內(nèi)容，細節(jié)越細，信號的頻率就越高。圖像越細，頻率增加，假定圖像號的頻率就越高。圖像越細，頻率增加，假定圖像是正方形的黑白相間的方格，方格的寬度等于一根是正方形的黑白相間的方格，方格的寬度等于一根掃描線的寬度，這是能夠劃分的最細程度。掃描線的寬度，這是能夠劃分的最細程度。v一幅畫面最多能劃分：一幅畫面最多能劃分：ZZ，（，（Z沿豎直方向可沿豎直方向可以劃分的有效的掃描行數(shù)，以劃分的有效的掃描行數(shù)，Z=575）。）。v那么一秒鐘電子束內(nèi)掃過的黑白格數(shù)為那么一秒鐘電子束內(nèi)掃過的黑白格數(shù)為fZ234vf

25、幀頻，即每秒中傳送的畫數(shù)幀頻，即每秒中傳送的畫數(shù) f=25Hzv因為每掃過一對黑白小格時形成一個方波，最高頻因為每掃過一對黑白小格時形成一個方波，最高頻率率fmaxvfmax= 575225=5.5MHzv根據(jù)我國電視標準，掃描上限頻率為根據(jù)我國電視標準，掃描上限頻率為5.5MHz，由，由于電視系統(tǒng)需要傳送近于零頻的下界頻率，于電視系統(tǒng)需要傳送近于零頻的下界頻率，v所以上限頻率就是頻帶寬度，為可靠起見，我國電所以上限頻率就是頻帶寬度，為可靠起見，我國電視標準規(guī)定視頻信號帶寬為視標準規(guī)定視頻信號帶寬為6MHz。342134212fZ4. 調(diào)制傳遞函數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù) )()()(fCfCfMTFss

26、Cs(f), Cs(f)分別為正弦輸出信號的對比度和正分別為正弦輸出信號的對比度和正弦輸入信號的對比度弦輸入信號的對比度 對比傳遞函數(shù)對比傳遞函數(shù) R(f)= )()(fCfCRRCR(f)、CR(f)分別為方波輸出函數(shù)和方波輸入信號的分別為方波輸出函數(shù)和方波輸入信號的對比度對比度 如用方波測量，就要利用公式，根據(jù)方波對比傳遞如用方波測量，就要利用公式，根據(jù)方波對比傳遞函數(shù)的再求出函數(shù)的再求出MTF。 調(diào)制深度：調(diào)制深度：實際輸出輻值與理想（實際輸出輻值與理想（MTF=1）時的幅值比）時的幅值比）v如圖如圖5-8所示，在攝像管的光敏面投射所示，在攝像管的光敏面投射40線和線和400線線兩組黑白

27、條紋。在示波器上得到頻率低（兩組黑白條紋。在示波器上得到頻率低（40線），線），調(diào)制深度為調(diào)制深度為1（100%），即），即40線時，線時，MTF為為1，即，即認為沒有對比損失，認為沒有對比損失，400線圖案高度變?yōu)榫€圖案高度變?yōu)閎值，值，b/a作為作為400線時調(diào)制深度，方波調(diào)制深度。線時調(diào)制深度，方波調(diào)制深度。v在廣播電視中，要求攝像管在在廣播電視中，要求攝像管在400線時的調(diào)制深度線時的調(diào)制深度4535%，并規(guī)定調(diào)制深度為，并規(guī)定調(diào)制深度為10%的線數(shù)稱為攝像的線數(shù)稱為攝像管的極限分辨率。管的極限分辨率。5.2.4 攝像管的惰性攝像管的惰性衰減惰性衰減惰性 D1= %1000SSIIIS

28、o穩(wěn)態(tài)輸出信號電流穩(wěn)態(tài)輸出信號電流 Is去掉光照后，第三場的輸出電流。去掉光照后，第三場的輸出電流。上升惰性上升惰性 D2= %1000SSII ISo穩(wěn)態(tài)輸出信號電流穩(wěn)態(tài)輸出信號電流 IS指脈沖光信號到來后第三場的輸出信號電流指脈沖光信號到來后第三場的輸出信號電流如果考慮暗電流如果考慮暗電流IddsdsIIIID01100% dsdsIIIID02100% v一般下降惰性大于上升惰性，且后者對視覺影響不一般下降惰性大于上升惰性，且后者對視覺影響不明顯，所以一般以第三場的下降惰性來表征攝像管明顯，所以一般以第三場的下降惰性來表征攝像管的惰性。的惰性。v對攝像器件惰性的要求視應用場合不同而相差很

29、大，對攝像器件惰性的要求視應用場合不同而相差很大，廣播電視要求最高。廣播電視要求最高。v規(guī)定三場下降惰性規(guī)定三場下降惰性5%，十場下降惰性，十場下降惰性1%。工業(yè)。工業(yè)電視中三場下降惰性為電視中三場下降惰性為2030%時，一般已可滿意時，一般已可滿意地使用了。地使用了。 5.2.5 攝像管的灰度攝像管的灰度 灰度：按照一定標準劃分的亮度等級?；叶龋喊凑找欢藴蕜澐值牧炼鹊燃?。根據(jù)亮度不同、人眼特征、熒光屏亮度，按一定比值劃分根據(jù)亮度不同、人眼特征、熒光屏亮度，按一定比值劃分為亮度等級，亮度相差越大時，包含的亮度等級越多。按為亮度等級，亮度相差越大時，包含的亮度等級越多。按對數(shù)將其分為對數(shù)將其分

30、為10級，底色為級，底色為1級，其余按順序排列，級數(shù)越級，其余按順序排列，級數(shù)越高，亮度越低。高，亮度越低。 人們之所以能夠分出物體上的細節(jié)，就是因為各個細節(jié)是人們之所以能夠分出物體上的細節(jié)，就是因為各個細節(jié)是有不同的亮度或它們之間是有一定的有不同的亮度或它們之間是有一定的亮度差或亮度對比亮度差或亮度對比。當物體成像時，成像系統(tǒng)應能如實地傳遞物體的亮度等級，當物體成像時，成像系統(tǒng)應能如實地傳遞物體的亮度等級，如果不能，則說成像系統(tǒng)改變了物體的灰度，對比度被改如果不能，則說成像系統(tǒng)改變了物體的灰度，對比度被改變了。如果灰度減小了，就會使像面上各單元的亮度范圍變了。如果灰度減小了，就會使像面上各單

31、元的亮度范圍受到壓縮，對比度減小了。受到壓縮，對比度減小了。 v用灰度測試卡測量，測量灰度等級要消除空間頻率用灰度測試卡測量，測量灰度等級要消除空間頻率的調(diào)制傳遞函數(shù)的影響，因此灰度卡做得比較寬。的調(diào)制傳遞函數(shù)的影響，因此灰度卡做得比較寬。v如果說，能分辨如果說，能分辨9個灰度等級，但并不是說，只要個灰度等級，但并不是說，只要用用9級或級或10級灰度傳送信號即可，因為人眼除對灰級灰度傳送信號即可，因為人眼除對灰度敏感而外，還對空間頻率十分敏感。如果采用這度敏感而外，還對空間頻率十分敏感。如果采用這樣的灰度信號傳送圖像，將會產(chǎn)生明顯的馬賽克效樣的灰度信號傳送圖像，將會產(chǎn)生明顯的馬賽克效應。應。

32、5.3 氧化鉛氧化鉛視像管靶結(jié)構(gòu)和原理靶結(jié)構(gòu)1光；2面板；3透明信號板SnO2 ；4N型層；5本征層；6P型層；7電子束。v工作時工作時,氧化鉛合成靶的氧化鉛合成靶的SnO2層上層上v信號板上加固定正電壓信號板上加固定正電壓,U =3040V。v沒有光照時，沒有光照時，PIN電容兩邊電壓差為靶電壓。當光線透過面電容兩邊電壓差為靶電壓。當光線透過面板極板極SnO2層入射在層入射在PbO本征層上時，產(chǎn)生電子空穴對，它本征層上時，產(chǎn)生電子空穴對，它們在反向電場下被分離，分別到達靶的兩邊，靶面?zhèn)冊诜聪螂妶鱿卤环蛛x，分別到達靶的兩邊，靶面P層積累層積累正電荷，靶面正電荷，靶面P層面電位升高層面電位升高u

33、，形成了與光照強度成比例，形成了與光照強度成比例的電位分布。當電子束掃描時，的電位分布。當電子束掃描時，P層面被電子束掃描時達到層面被電子束掃描時達到電子槍陰極電位，通過回路取出信號。電子槍陰極電位，通過回路取出信號。v流過回路的電流流過回路的電流 v vCi一個像素點的電容。一個像素點的電容。vTR閱讀一個像素的時間。閱讀一個像素的時間。v通常視頻信號是以電壓的形式從負載電阻取出，而后送到前通常視頻信號是以電壓的形式從負載電阻取出，而后送到前置放大器放大。置放大器放大。iRRCuqITT5.3.1 氧化鉛靶的結(jié)構(gòu)氧化鉛靶的結(jié)構(gòu)5.3.2 視像管結(jié)構(gòu)視像管結(jié)構(gòu)電子槍：由燈絲、陰極電子槍：由燈絲

34、、陰極K、調(diào)制電極、調(diào)制電極G、第一陽極（做加速、第一陽極（做加速 極）極）G1，第二陽極，第二陽極G2（做減速和聚焦）組成。電子槍的作（做減速和聚焦）組成。電子槍的作用是產(chǎn)生和形成掃描電子束。用是產(chǎn)生和形成掃描電子束。1. 電子槍電子槍v2 預聚焦并加速預聚焦并加速v第一陽極第一陽極G1加有加有300V的電壓，調(diào)制極和第一陽極的電壓，調(diào)制極和第一陽極共同作用構(gòu)成第一透鏡，它能使從調(diào)制極小孔發(fā)射共同作用構(gòu)成第一透鏡，它能使從調(diào)制極小孔發(fā)射出來的電子束預聚焦并加速，使電子束在加速電極出來的電子束預聚焦并加速，使電子束在加速電極的入口處會聚，形成電流密度很高的交叉點。該點的入口處會聚，形成電流密度

35、很高的交叉點。該點作為第二透鏡的物。作為第二透鏡的物。v為了獲得近軸的電子束，在加速極的出口處有為了獲得近軸的電子束，在加速極的出口處有2050m的限制膜孔，穿過限制膜孔的電子束與軸的限制膜孔，穿過限制膜孔的電子束與軸的夾角約的夾角約20左右。左右。v 3. 減速并會聚減速并會聚v減速會聚減速會聚G2加有加有-300V的電壓，通常所說的聚焦系的電壓，通常所說的聚焦系統(tǒng)是指第二透鏡即主聚焦系統(tǒng)。在靜電聚焦電子槍統(tǒng)是指第二透鏡即主聚焦系統(tǒng)。在靜電聚焦電子槍中，由第一陽極和第二陽極構(gòu)成第二透鏡，做減速中，由第一陽極和第二陽極構(gòu)成第二透鏡，做減速會聚用，第二透鏡的物不是陰極的像，而是第一透會聚用，第二

36、透鏡的物不是陰極的像，而是第一透鏡的最小交叉點或陽極小孔的像。鏡的最小交叉點或陽極小孔的像。v電子經(jīng)第二透鏡后，即成為很細的一束。為了防止電子經(jīng)第二透鏡后，即成為很細的一束。為了防止雜散電子入射在掃描面上，并限制電子束直徑，往雜散電子入射在掃描面上，并限制電子束直徑，往往在陽極中安有小孔光闌，直徑為往在陽極中安有小孔光闌，直徑為4050m。v因此可以減小電子徑向分束和軸向電子速度散布以因此可以減小電子徑向分束和軸向電子速度散布以改善聚焦質(zhì)量。改善聚焦質(zhì)量。v靶的右面加裝有網(wǎng)電極，一般與聚焦電極靶的右面加裝有網(wǎng)電極，一般與聚焦電極G2相連，相連，它使靶前形成均勻電場，使電子束在整個靶面上垂它使靶

37、前形成均勻電場，使電子束在整個靶面上垂直上靶，使電子接近靶時能量減小接近于直上靶，使電子接近靶時能量減小接近于0。v4. 電磁聚焦電磁聚焦v電磁聚焦的聚焦線圈的作用是使到達靶面中心的電電磁聚焦的聚焦線圈的作用是使到達靶面中心的電子束聚成一銳點。磁聚焦的質(zhì)量要比靜電的好，但子束聚成一銳點。磁聚焦的質(zhì)量要比靜電的好，但是功耗大，比較笨重。實用中，主聚焦透鏡常采用是功耗大，比較笨重。實用中，主聚焦透鏡常采用磁透鏡，這樣的電子槍稱為磁聚焦電子槍。磁透鏡，這樣的電子槍稱為磁聚焦電子槍。v另一種聚焦方式：純靜電聚焦，這種結(jié)構(gòu)使圖象中另一種聚焦方式：純靜電聚焦，這種結(jié)構(gòu)使圖象中心分辨率下降，但由于畸變減小，

38、使信號輸出均勻心分辨率下降，但由于畸變減小，使信號輸出均勻度提高，尤其是體積和重量明顯減小，因而得到廣度提高，尤其是體積和重量明顯減小，因而得到廣泛應用。泛應用。v無論電磁聚焦或靜電聚焦電子槍，其第一透鏡都是無論電磁聚焦或靜電聚焦電子槍，其第一透鏡都是靜電透鏡，而區(qū)別僅在于第二透鏡。靜電透鏡，而區(qū)別僅在于第二透鏡。v5.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)v有靜電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)兩種。有靜電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)兩種。v在沒有偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)情況下，電子槍發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的電子束經(jīng)聚在沒有偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)情況下，電子槍發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的電子束經(jīng)聚焦系統(tǒng)后，將入射在靶面上的固定位置上。為了實現(xiàn)電子束焦系統(tǒng)后，將入射在靶面上的固定位置上。為了實現(xiàn)電子束對

39、靶面的掃描，必須采用電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束的著靶對靶面的掃描，必須采用電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束的著靶點沿靶面移動，以實現(xiàn)對整個靶面的掃描。點沿靶面移動，以實現(xiàn)對整個靶面的掃描。v磁偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：在慢速掃描攝像管中，磁透鏡則由長螺旋線圈磁偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：在慢速掃描攝像管中，磁透鏡則由長螺旋線圈所構(gòu)成。所構(gòu)成。v靜電偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：在現(xiàn)代攝像管中，所用的掃描電子束幾乎都靜電偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：在現(xiàn)代攝像管中，所用的掃描電子束幾乎都是慢電子束型，由熱陰極發(fā)出的電子在陽極電壓下首先被加是慢電子束型，由熱陰極發(fā)出的電子在陽極電壓下首先被加速到幾百伏的能量（如速到幾百伏的能量（如300eV），然后逐漸變慢，在接近靶），然后逐漸變

40、慢，在接近靶面時，電子速度幾乎為面時，電子速度幾乎為0，并且要求電子垂直上靶。，并且要求電子垂直上靶。v如果電子以一個小傾斜上靶，電子橫向速度不為如果電子以一個小傾斜上靶，電子橫向速度不為0，這不僅，這不僅使著靶斑點增大，而且電子沒有能力上靶使輸出信號嚴重失使著靶斑點增大，而且電子沒有能力上靶使輸出信號嚴重失真。對慢電子束電子槍來說，電子束垂直上靶特別重要。為真。對慢電子束電子槍來說，電子束垂直上靶特別重要。為此設成速極，其上接地電位，作減速用，并將其做成網(wǎng)狀，此設成速極，其上接地電位，作減速用，并將其做成網(wǎng)狀，做為電子入射垂直校正措施。做為電子入射垂直校正措施。象素點的等效電路象素點的等效電

41、路 簡化的讀出電路簡化的讀出電路 5.3.3 視像管的工作原理視像管的工作原理/(1)i it RCiiiV I Re ibLCRRte)(imbVV 某一個象素在光存貯期間，靶右邊電位：某一個象素在光存貯期間，靶右邊電位： 象元的充電時間近似等于幀周期象元的充電時間近似等于幀周期Tf =40ms（等于（等于40ms-0.062s），因此在電子束對它），因此在電子束對它掃描之前，掃描之前，Ci右邊電位最大值是：右邊電位最大值是： )1 (iifCRTiiimeRIV當電子束掃描像元（接通）時，接通時當電子束掃描像元（接通）時，接通時間為間為0.0625s，電流通過束電阻，電流通過束電阻Rb，電

42、，電容容Ci，負載電阻，負載電阻RL，靶電源，靶電源UT和地，構(gòu)和地，構(gòu)成通路，電容器成通路，電容器Ci放電，電容右側(cè)電位放電，電容右側(cè)電位被放至被放至Vb，接近于，接近于0。Ci電容器右邊電位電容器右邊電位變化為：變化為：ibCRteimbVVRb為束電阻，通常為為束電阻，通常為10M，而，而RL1M，所以，所以 ()iimbRRCV VqiTT電壓通過負載電阻引起電路電壓通過負載電阻引起電路電流變化，信號從電流變化，信號從CL耦合取耦合取出。出。 在讀出時間內(nèi)，電在讀出時間內(nèi)，電荷的變化量為荷的變化量為q, 回路耦合回路耦合出的電流為出的電流為i： 縱向電阻率、橫向電阻、像素點電容縱向電阻

43、率、橫向電阻、像素點電容v靶具有很高的縱向電阻率靶具有很高的縱向電阻率(10111013cm)，工作起來靶面，工作起來靶面可看成是由可看成是由n個像素組成，象素大小由掃描電子束截面決定。個像素組成，象素大小由掃描電子束截面決定。v要完成光學圖像的光電轉(zhuǎn)換和積累存貯信息電荷的作用，要要完成光學圖像的光電轉(zhuǎn)換和積累存貯信息電荷的作用，要求靶上每個象素的馳豫時間遠大于儲存時間（即幀時間）。求靶上每個象素的馳豫時間遠大于儲存時間（即幀時間）。由于像素的電容由于像素的電容Ci較小，因而要求其像素的電阻較小，因而要求其像素的電阻Ri足夠大，足夠大，達到光電轉(zhuǎn)換和積累存貯信息電荷的能力，縱向電阻率達到光電轉(zhuǎn)

44、換和積累存貯信息電荷的能力，縱向電阻率1012cm，一般為，一般為10111013cm。 v同時還要求材料的橫向電阻亦足夠高，可以防止各個象素之同時還要求材料的橫向電阻亦足夠高，可以防止各個象素之間因表面漏電而使電位起伏拉平，通常要求其方塊電阻大，間因表面漏電而使電位起伏拉平，通常要求其方塊電阻大，在在210131014/之間。之間。vCi足夠小，與足夠小，與Rb、RL等組成回路的放電時間足夠短，以小等組成回路的放電時間足夠短，以小于放電時間于放電時間(0.062s)，在這么短的時間內(nèi)可以中和到，在這么短的時間內(nèi)可以中和到0。v視像管存在光電轉(zhuǎn)換惰性，積累存貯電荷惰性，電子束放電視像管存在光電

45、轉(zhuǎn)換惰性，積累存貯電荷惰性，電子束放電惰性。惰性。5.3.4 PbO視像管特性視像管特性1暗電流小暗電流小暗電流來源于少子載流子漂移電流及暗電流來源于少子載流子漂移電流及I層中熱生載流子擴散電源。層中熱生載流子擴散電源。由于由于PIN結(jié)加有幾十伏的反偏電壓使結(jié)加有幾十伏的反偏電壓使靶處于反偏狀態(tài)，少子濃度低，漂移靶處于反偏狀態(tài)，少子濃度低，漂移電流小。電流小。I層基本上電離，層基本上電離，I層電阻很層電阻很大，熱電流較小，所以漏電很少。大，熱電流較小，所以漏電很少。為了使暗電流充分地小，研究指出，為了使暗電流充分地小，研究指出，在室溫下，要求半導體的禁帶寬度大在室溫下，要求半導體的禁帶寬度大于

46、于0.91eV，而，而PbO靶具有靶具有1.9eV的的禁帶寬度，因此暗電流小。如圖禁帶寬度，因此暗電流小。如圖5-10，在飽和情況下，信號電流為暗電流的在飽和情況下，信號電流為暗電流的幾百倍甚至上千倍。幾百倍甚至上千倍。v2靈敏度高靈敏度高v因本征層電阻率高，能承受強電場，所以所加的反因本征層電阻率高，能承受強電場，所以所加的反向電壓較高，幾乎全降落在本征層上。本征層較厚，向電壓較高，幾乎全降落在本征層上。本征層較厚，產(chǎn)生的電子空穴多，光生載流子在強電場中漂移速產(chǎn)生的電子空穴多，光生載流子在強電場中漂移速度很大，渡越時間短，復合率小，故光生載流子幾度很大，渡越時間短，復合率小，故光生載流子幾乎

47、全部都能構(gòu)成信號電流，故靈敏度高。乎全部都能構(gòu)成信號電流，故靈敏度高。v靈敏度靈敏度v8.2mA/W，e=510-5W，Ee=0.22W/m2。v。v3光電特性好光電特性好v從伏安特性曲線，如圖從伏安特性曲線，如圖5-15可知，當靶壓達到可知，當靶壓達到4050V時，時，達到飽和區(qū)，表明產(chǎn)生的光生載流子全部都能達到兩極，達到飽和區(qū)，表明產(chǎn)生的光生載流子全部都能達到兩極，收集效率高，收集效率高，r幾乎等于幾乎等于1。v一般靶壓工作于比飽和電壓稍大處。因光生電流正比于靶一般靶壓工作于比飽和電壓稍大處。因光生電流正比于靶面照度，而靶面光生載流子全部能轉(zhuǎn)化為信號電流，所以，面照度，而靶面光生載流子全部能轉(zhuǎn)化為信號電流，所以，信號電流與光照度成正比，光電轉(zhuǎn)換的值等于，信號電流與光照度成正比，光電轉(zhuǎn)換的值等于，r=1，這使，這使得光照與信號電流成很好的線性。得光照與信號電流成很好的線性。v在實用照度范圍內(nèi)，靈敏度幾乎不變，光電轉(zhuǎn)換特性好，在實用照度范圍內(nèi)，靈敏度幾乎不變，光電轉(zhuǎn)換特性好，這點對彩色電視特別有利，可使攝像機中的校正電路大為這點對彩色電視特別有利，可使攝像機中的校正電路大為簡化，滿足各通道間顏色平衡，不因各色光平差異而失調(diào)簡化，滿足各通道間顏色平衡，不因各色光平差異而