光電成像器件像管攝像管課件

光電成像器件像管攝像管光電成像器件像管攝像管光電成像器件：－－陣列器件

“面源”探測(cè)，目標(biāo)識(shí)別等成像制導(dǎo)攻擊目標(biāo)光電成像器件：－－陣列器件

光電成像器件微光夜瞄鏡

微光夜視眼鏡熱像儀光電成像器件微光夜瞄鏡微光夜視眼鏡熱像儀

早在1934年就成功地研制出光電攝像管（Iconoscope），用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。但是，它的靈敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能獲得較為清晰的圖像。使它的應(yīng)用受到限制。1947年制出的超正析像管（ImaigeOrthico），靈敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。光電成像器件發(fā)展歷史1954年投放市場(chǎng)的高靈敏視像管（Vidicon）基本具有了成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，使廣播電視事業(yè)和工業(yè)電視事業(yè)有了更大的發(fā)展。早在1934年就成功地研制出光電攝像管（Icono

1965年推出的氧化鉛視像管(Plumbicon)成功地取代了超正析像管，發(fā)展了彩色電視攝像機(jī)，使彩色廣播電視攝像機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生一次飛躍。誕生了1英寸，1/2英寸，甚至于1/3英寸（8mm）靶面的彩色攝像機(jī)。然而，氧化鉛視像管抗強(qiáng)光的能力低，余輝效應(yīng)影響了它的采樣速率。1976年，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管（Saticon）和硅靶管（Siticon）。不斷滿足人們對(duì)圖像傳感器日益增長(zhǎng)的需要。1970年，美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的電荷耦合器件（CCD）的原理使圖像傳感器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。CCD圖像傳感器目前已經(jīng)成為圖像傳感器的主流產(chǎn)品。CCD圖像傳感器的應(yīng)用研究成為當(dāng)今高新技術(shù)的主流課題。1965年推出的氧化鉛視像管(Plumbicon光電成像器件是一類能夠輸出圖像信息（圖像或視頻信號(hào)）的功能器件，也稱光電圖像傳感器。PhotoelectronicImagingDevices光電成像器件攝像型：直視型：像管變像管像增強(qiáng)管電真空攝像管固體攝像器件攝像管第7章光電成像器件光電成像器件是一類能夠輸出圖像信息（圖像或視頻信號(hào)）的功能器真空光電成像器件像管攝像管變像管像增強(qiáng)管不可見光圖象可見光圖象亮度很低的光學(xué)圖象有足夠亮度圖象顯像裝置輸出圖像光電發(fā)射式攝像管（攝像管）光電導(dǎo)式攝像管（視像管）可見光或不可見光圖像視頻信號(hào)光電靶和電子束掃描第7章光電成像器件真空光電成像器件像管攝像管變像管像增強(qiáng)管不可見光圖象第7章光電成像器件夜視儀輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像器件第7章光電成像器件夜視儀輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像器件輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像7.1像管（變像管和像增強(qiáng)器）7.2電真空攝像管7.3固體成像器件第7章光電成像器件7.1像管（變像管和像增強(qiáng)器）7.2電真空攝像管7.7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理7.1.2變像管7.1.3像增強(qiáng)器第7章光電成像器件7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理7.1.2變像管7.1.3像光學(xué)圖像電子圖像三個(gè)基本部分：光電變換部分電子光學(xué)部分電光變換部分7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理加速聚焦高速電子流電子圖像光學(xué)圖像光學(xué)圖像電子圖像三個(gè)基本部分：光電變換部分光電陰極

對(duì)紅外光敏感的銀氧銫紅外光電陰極對(duì)可見光敏感的單堿和多堿光電陰極對(duì)紫外光敏感的各種紫外光電陰極負(fù)電子親和勢(shì)(NEA)光電陰極像管中常用的光電陰極是透射式，因此光電陰極應(yīng)是透明的，可選擇透明的基底材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子光學(xué)系統(tǒng)靜電系統(tǒng)：靠靜電場(chǎng)的加速和聚焦來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)：靠靜電場(chǎng)的加速和磁場(chǎng)的聚焦作用來(lái)實(shí)現(xiàn)熒光屏

要求：高的轉(zhuǎn)換率，發(fā)射譜同人眼或與之耦合的下級(jí)光電陰極的光譜響應(yīng)一致。

光電陰極電子光學(xué)系統(tǒng)熒光屏

2）靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)

雙圓筒電極系統(tǒng)和雙球面電極系統(tǒng)其電場(chǎng)為軸對(duì)稱的靜電場(chǎng)，光電子在極間受到會(huì)聚和加速作用。KA(a)雙圓筒電極系統(tǒng)(a)雙球面電極系統(tǒng)KA1）非聚焦型電子光學(xué)系統(tǒng)

光電陰極與熒光屏為兩平行電極并加電壓，形成平行電場(chǎng)，對(duì)電子只有加速作用，分辨率低。光電陰極熒光屏2）靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)KA(a)雙圓筒電極系統(tǒng)(a)3）復(fù)合聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)

由縱向加速電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁透鏡組成，對(duì)電子除了有加速作用，還有聚焦成像作用。12線圈

復(fù)合聚焦系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：a)聚焦作用強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)聚焦能力；b)軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)有相同的成像質(zhì)量，邊緣像質(zhì)好；c)象差小，鑒別率較高。缺點(diǎn)：設(shè)備尺寸、重量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)笨重，目前多用靜電系統(tǒng)3）復(fù)合聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)12線圈復(fù)合聚焦系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：由于復(fù)7.1.2變像管變像管－－不可見光圖像可見光圖像紅外夜視儀7.1.2變像管變像管紅外夜視儀變像管

紅外變像管：波長(zhǎng)小1.15μm的紅外光，光電陰極多為S-1型Ag-O-Cs陰極波長(zhǎng)大于1.15μm的紅外光，采用負(fù)電子親和勢(shì)陰極紫外變象管：窗口材料變像管紅外變像管：波長(zhǎng)小1.15μm的紅外光，光電陰極多像增強(qiáng)器－－亮度低圖像亮度高圖像微光夜瞄鏡7.1.3像增強(qiáng)器

像增強(qiáng)器微光夜瞄鏡7.1.3像增強(qiáng)器

7.1.3像增強(qiáng)器1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器2、微通道板式圖象增強(qiáng)器像增強(qiáng)管：將微弱輻射圖象轉(zhuǎn)換成可見光圖象的器件。陰極材料：由入射光波長(zhǎng)范圍決定，通常采用單堿多堿光電陰極。主要考慮：大的增益系數(shù)，獲得高亮度增益的方式有級(jí)聯(lián)和使用電子倍增器兩種。7.1.3像增強(qiáng)器1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器2、微通道板1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器三級(jí)級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)示意圖亮度增益可達(dá)105體積大、重量重、防強(qiáng)光能力差。（第一代象增強(qiáng)器）級(jí)間耦合：光纖面板需考慮：前級(jí)熒光屏與后級(jí)光電陰極的匹配、最后一級(jí)熒光屏與人眼視見函數(shù)的匹配1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器三級(jí)級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)示意圖亮度增益可達(dá)2、微通道板式圖象增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)原理：MicroChannelPlate，簡(jiǎn)稱MCP（第二代象增強(qiáng)器）2、微通道板式圖象增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)原理：MicroChannel2、微通道板式圖象增強(qiáng)器

優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有電子光學(xué)系統(tǒng)，整管可以做得很短（第二代象增強(qiáng)器）2、微通道板式圖象增強(qiáng)器優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有電子光學(xué)系統(tǒng)，整管可以做3、負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）－－第三代像增強(qiáng)器微通道板＋負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極－－第四代像增強(qiáng)器

在第三代像增強(qiáng)器的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)微通道板的性能，或者利用門控電源技術(shù)，提高像增強(qiáng)器的分辨率、信噪比等性能參數(shù)。它們分別屬于超三代和第四代像增強(qiáng)器。3、負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）－－第三代像增強(qiáng)器微通道板＋軍事：武器瞄準(zhǔn)、飛行員夜視鏡；民用：公安部門緝私、緝毒、警偵、追捕；邊境邊防安全監(jiān)控；金融、商貿(mào)、文物、機(jī)要、槍支彈藥庫(kù)、危險(xiǎn)物品庫(kù)等重要場(chǎng)所安全監(jiān)控；7.1.4像管的應(yīng)用

軍事：武器瞄準(zhǔn)、飛行員夜視鏡；7.1.4像管的應(yīng)用1.主動(dòng)紅外夜視儀7.1.4像管的應(yīng)用

1.主動(dòng)紅外夜視儀7.1.4像管的應(yīng)用2.微光夜視儀（10－5lx）7.1.4像管的應(yīng)用

2.微光夜視儀（10－5lx）7.1.4像管的應(yīng)用美軍微光夜視器材微光夜瞄鏡

手持式觀察鏡微光夜視眼鏡美軍微光夜視器材微光夜瞄鏡手持式觀察鏡微光夜

我軍微光夜視器材裝有微光瞄準(zhǔn)鏡的新5.8毫米班用機(jī)槍我軍微光夜視器材裝有微光瞄準(zhǔn)鏡的微光夜視儀的觀察效果可見的目標(biāo)圖像不易見的目標(biāo)圖像微光夜視儀的觀察效果可見的目標(biāo)圖像不易見的目標(biāo)圖像右上小圖為自然光下觀察到的情況，大圖為熱成像觀察到的圖象，從中可以看到掩蔽在樹叢中的人員。熱成像儀使依靠自然偽裝的保護(hù)完全失效）右上小圖為自然光下觀察到的情況，第7章光電成像器件輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像器件變像管像增強(qiáng)管第7章光電成像器件輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像器件變輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像器件輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像攝像頭7.2電真空攝像管二維光學(xué)圖像一維時(shí)序電信號(hào)還原二維光學(xué)圖像例：電視監(jiān)控系統(tǒng)傳輸和接收規(guī)則－－電視制式按照電視制式輸出的一維時(shí)序電信號(hào)稱為視頻信號(hào)攝像是將空間分布的光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為一維時(shí)間變化的視頻信號(hào)的過(guò)程，完成這一過(guò)程的功能器件稱為攝像器件。攝像頭7.2電真空攝像管二維光學(xué)圖像一維時(shí)序電信號(hào)還原二7.2電真空攝像管7.2.1電視制式7.2.2電真空攝像管的結(jié)構(gòu)原理7.2電真空攝像管7.2.1電視制式7.2.2電真空攝像7.2.1電視制式1.掃描2.視頻信號(hào)3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)7.2.1電視制式1.掃描2.視頻信號(hào)3.我國(guó)電視標(biāo)光電成像原理景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)│攝像部分│

傳送→同步掃描→視頻調(diào)輝→圖像再現(xiàn)│顯像部分│光電成像原理景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視

⑴光學(xué)成像：光學(xué)物鏡將景物所反射出來(lái)的光成像到光電成像器件的像敏面上形成二維光學(xué)圖像。

⑵光電變換：光學(xué)成像器件將二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成二維“電氣”圖像的工作。

景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)

攝像部分

光電成像原理⑴光學(xué)成像：光學(xué)物鏡將景物所反射出來(lái)的光成像到光電

⑶圖像分割：“電氣”圖像的電氣量在二維空間的分布與光學(xué)圖像的光強(qiáng)分布保持著線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。組成一幅圖像的最小單元稱作像素，像素單元的大小或一幅圖像所含像素?cái)?shù)決定了圖像的清晰度。像素?cái)?shù)愈多，或像素幾何尺寸愈小，反映圖像的細(xì)節(jié)愈強(qiáng)，圖像愈清晰，圖像質(zhì)量愈高。這就是圖像分割。景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)│攝像部分│光電成像原理⑶圖像分割：“電氣”圖像的電氣量在二維空間的分布與景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)│攝像部分│

⑷同步掃描：按著一定的規(guī)律將所分割的電氣圖像轉(zhuǎn)變成一維時(shí)序信號(hào)，即將電氣圖像從左向右，又從上向下的規(guī)律輸出即為掃描。⑸視頻信號(hào)：由于監(jiān)視器的顯象管幾乎都是利用電子束掃描熒光屏，便可在顯象管上獲得可供觀察的圖像。景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)1.掃描光電圖像將光電圖像分割為很多細(xì)小的單元，稱為像素－－圖像的分割與象素1.掃描光電圖像將光電圖像分割為很多細(xì)小的單元，稱為1.掃描電信號(hào)光電圖像按一定規(guī)律依次將圖像中的每一像素的電（電荷）信號(hào)讀出的過(guò)程，稱為掃描。－－圖像的分割與象素1.掃描電信號(hào)光電圖像按一定規(guī)律依次將圖像中的每一像素一幀：一行：從左向右的掃描稱為行掃描掃描點(diǎn)從起始點(diǎn)出發(fā)再次回到該點(diǎn)，輸出的全部圖像信息稱為一幀。1.掃描－－行、幀一場(chǎng)：從上向下的掃描稱為場(chǎng)掃描一幀：一行：從左向右的掃描稱為行掃描掃描點(diǎn)從起始點(diǎn)出發(fā)再次回－－正程和逆程行正程場(chǎng)正程顯示信息行逆程場(chǎng)逆程消隱1.掃描－－正程和逆程行正程場(chǎng)正程顯示行逆程場(chǎng)逆程消隱1.隔行掃描方式逐行掃描方式1.掃描－－兩種掃描方式隔行掃描方式逐行掃描方式1.掃描－－兩種掃描方式逐行掃描方式根據(jù)人眼視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍顯示活動(dòng)圖象要高于48次/秒刷新速率幀頻：50Hz行數(shù)：625行頻：降低行頻閃爍感隔行掃描方式1.掃描－－兩種掃描方式逐行掃描方式根據(jù)人眼視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍顯示活動(dòng)圖象要高于4隔行掃描方式一幀分為兩場(chǎng)－－奇數(shù)場(chǎng)－－偶數(shù)場(chǎng)135246隔行掃描方式一幀分為兩場(chǎng)－－奇數(shù)場(chǎng)－－偶數(shù)場(chǎng)135246隔行掃描方式根據(jù)視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍地顯示活動(dòng)圖象要高于48次/秒的刷新速率場(chǎng)頻：50Hz幀頻：25Hz－－無(wú)閃爍－降低行頻隔行掃描方式根據(jù)視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍地顯示活動(dòng)圖象要高于48隔行掃描方式逐行掃描方式－高清晰成像測(cè)量系統(tǒng)－工業(yè)民用電視系統(tǒng)1.掃描－－兩種掃描方式隔行掃描方式逐行掃描方式－高清晰成像測(cè)量系統(tǒng)－工業(yè)民用電視系3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)采用PAL制：場(chǎng)頻fv=50Hz，幀頻fZ=25Hz；隔行掃描，每幀625行；場(chǎng)周期TV=20ms；行周期TH=64s；視頻信號(hào)帶寬BW=6MHzPAL－－德國(guó)NTSC－－美國(guó)3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)采用PAL制：PAL－－德國(guó)一、電視制式小結(jié)1.掃描3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)

隔行掃描場(chǎng)頻50Hz逐行掃描

隔行掃描行幀場(chǎng)625行/幀正程

逆程－PAL制2.視頻信號(hào)

信息信號(hào)同步脈沖消隱脈沖一、電視制式小結(jié)1.掃描3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)隔行掃描場(chǎng)頻7.2.2電真空攝像管結(jié)構(gòu)原理光電轉(zhuǎn)換信號(hào)存儲(chǔ)掃描輸出－－光電導(dǎo)式/熱釋電攝像管1.三個(gè)基本功能光像電子槍利用電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束依次掃描靶面各像素，將靶面的電荷（或電勢(shì)）圖像有序地轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)輸出，這就完成了掃描輸出的功能。

7.2.2電真空攝像管結(jié)構(gòu)原理光電轉(zhuǎn)換信號(hào)存儲(chǔ)掃描輸出－－a)光電發(fā)射式攝象管b)光電導(dǎo)式攝象管

2分類：a)光電發(fā)射式攝象管1）光電發(fā)射體：光電陰極光照下光電陰極產(chǎn)生與光通量成正比的光電子流，既可利用光電子流進(jìn)行放大處理作為信號(hào)輸出；也可以利用以光電子發(fā)射而提高的光電陰極電位作輸出。入射光光電子發(fā)射光電陰極光電變換示意圖（1）、光電變換部分2）光電導(dǎo)體光照時(shí)靶的電導(dǎo)率升高，正電荷順電場(chǎng)方向移動(dòng)而積累，電位升高，升高量與光照相對(duì)應(yīng)。E光電導(dǎo)體光電變換示意圖3工作原理：1）光電發(fā)射體：光電陰極入射光光電子發(fā)射光電陰極光電變換示意外光電效應(yīng)光電子發(fā)射光電發(fā)射體內(nèi)光電效應(yīng)導(dǎo)體內(nèi)有電流光電導(dǎo)體移走的電子數(shù)或留下的正電荷數(shù)發(fā)射的電子數(shù)或留下的正電荷數(shù)信號(hào)光電轉(zhuǎn)換介質(zhì)變換方式（1）、光電變換部分外光電效應(yīng)光電子發(fā)射光電發(fā)射體內(nèi)光電效應(yīng)導(dǎo)體內(nèi)有電流光電導(dǎo)體1）電子發(fā)射積累型靶面形成與入射光圖像對(duì)應(yīng)的正電位分布（2）、電荷存儲(chǔ)（或電荷積累）光電陰極發(fā)射的光電子，在加速電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，打到SEC靶上，產(chǎn)生二次電子發(fā)射。于是在靶的掃描面即形成與之對(duì)應(yīng)的電勢(shì)起伏，從而使光電陰極上的光學(xué)圖象轉(zhuǎn)移到SEC靶，變?yōu)榘袙呙杳嫔系碾妱?shì)分布圖象。靶的二次電子發(fā)射系數(shù)越大，移象后靶上的電勢(shì)起伏也就越大。二次電子導(dǎo)電型（SEC）1）電子發(fā)射積累型靶面形成與入射光圖像對(duì)應(yīng)的正電位分布（2）硅增強(qiáng)靶（SIT）

從光電陰極發(fā)射出來(lái)的電子，在高的電壓作用下去轟擊硅靶，使靶內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，它們被結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)分離以后，光生的電子通過(guò)信號(hào)板等外電路入地，光生的空穴則被積累于P型島上。

如果光照是均勻的，靶的掃描面電位只是均勻地升高。如果光照不均勻，是一幅光學(xué)圖象，則掃描面上各P型島的電勢(shì)分布，將正比于入射光學(xué)圖象的亮度分布，亮度高的點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的P型島的電勢(shì)也高。

硅增強(qiáng)靶（SIT）從光電陰極發(fā)射出來(lái)的電子，在高的電壓作用2）光電導(dǎo)靶（視象管）

光進(jìn)入到每個(gè)PN結(jié)區(qū)將產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，它們被結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)分離以后，光生的電子通過(guò)信號(hào)板等外電路入地，光生的空穴則被積累于P型島上。

如果光照是均勻的，靶的掃描面電位只是均勻地升高。如果光照不均勻，是一幅光學(xué)圖象，則掃描面上各P型島的電勢(shì)分布，將正比于入射光學(xué)圖象的亮度分布，亮度高的點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的P型島的電勢(shì)也高。

硅靶2）光電導(dǎo)靶（視象管）光進(jìn)入到每個(gè)PN結(jié)區(qū)將產(chǎn)生氧化鉛靶

靶的成象面一邊為N-PbO，掃描面一邊為P-PbO，兩者之間夾著一層(相對(duì))很厚的本征氧化鉛I-PbO，因而具有PIN結(jié)構(gòu)。工作過(guò)程都與硅靶管類似，所不同的是，它的靶是由PbO材料制成的。氧化鉛靶靶的成象面一邊為N-PbO，掃描面一邊為P-PbO

燈絲、熱陰極、控制柵極、各加速電極和聚焦電極、靶網(wǎng)電極和管外的聚焦線圈、偏轉(zhuǎn)線圈、校正線圈等，它的作用是產(chǎn)生電子，并使它聚焦成很細(xì)的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。電子槍（3）、掃描輸出信號(hào)燈絲、熱陰極、控制柵極、各加速電極和聚焦電極、靶網(wǎng)電（3）、掃描輸出信號(hào)硅靶攝象管產(chǎn)生視頻信號(hào)的過(guò)程：

掃描電子束按一定的制式去掃描靶面。例如先從左上角開始，從左向右掃，然后再一行挨著一行地從上向下掃，當(dāng)掃到最右下角時(shí)，再返回到左上角，接著掃下一幀。這相當(dāng)于用一條軟導(dǎo)線，按著一定的次序去接通每個(gè)P型島。當(dāng)電子束與每個(gè)P型島接觸時(shí)，上靶電子數(shù)的多少，正比于各P型島電勢(shì)的高低。因此，在輸出回路中即產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的電子流，在負(fù)載電阻上即得到與之對(duì)應(yīng)的視頻電壓信號(hào)。與此同時(shí)，被掃到的P型島，即被拉回到地的電位，為下一幀光積分作準(zhǔn)備。當(dāng)下一幀再掃到它時(shí)，它就可以把一個(gè)幀周期時(shí)間內(nèi)積累起的信息電荷，瞬時(shí)地放出來(lái)，就這樣反復(fù)下去，即可得到與光學(xué)圖象亮度分布相對(duì)應(yīng)的時(shí)序視頻信號(hào)。（3）、掃描輸出信號(hào)硅靶攝象管產(chǎn)生視頻信號(hào)的過(guò)程：－－加速電極－－聚焦電極－－聚焦線圈－－偏轉(zhuǎn)線圈－－燈絲－－熱陰極－－控制柵極掃描輸出2.電子束掃描輸出－－加速電極－－偏轉(zhuǎn)線圈－－燈絲掃描輸出2.電子束掃描輸2.電子束掃描輸出－－燈絲－－熱陰極－－控制柵極－－加速電極－－聚焦電極－－聚焦線圈－－偏轉(zhuǎn)線圈電真空攝像管由于其重量和體積的限制，其研究與發(fā)展已經(jīng)告一段落，它正逐步被固體攝像器件所代替。2.電子束掃描輸出－－燈絲電真空攝像管由于其重量和體光電成像器件像管攝像管課件光電成像器件像管攝像管光電成像器件像管攝像管光電成像器件：－－陣列器件

“面源”探測(cè)，目標(biāo)識(shí)別等成像制導(dǎo)攻擊目標(biāo)光電成像器件：－－陣列器件

光電成像器件微光夜瞄鏡

微光夜視眼鏡熱像儀光電成像器件微光夜瞄鏡微光夜視眼鏡熱像儀

早在1934年就成功地研制出光電攝像管（Iconoscope），用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。但是，它的靈敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能獲得較為清晰的圖像。使它的應(yīng)用受到限制。1947年制出的超正析像管（ImaigeOrthico），靈敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。光電成像器件發(fā)展歷史1954年投放市場(chǎng)的高靈敏視像管（Vidicon）基本具有了成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，使廣播電視事業(yè)和工業(yè)電視事業(yè)有了更大的發(fā)展。早在1934年就成功地研制出光電攝像管（Icono

1965年推出的氧化鉛視像管(Plumbicon)成功地取代了超正析像管，發(fā)展了彩色電視攝像機(jī)，使彩色廣播電視攝像機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生一次飛躍。誕生了1英寸，1/2英寸，甚至于1/3英寸（8mm）靶面的彩色攝像機(jī)。然而，氧化鉛視像管抗強(qiáng)光的能力低，余輝效應(yīng)影響了它的采樣速率。1976年，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管（Saticon）和硅靶管（Siticon）。不斷滿足人們對(duì)圖像傳感器日益增長(zhǎng)的需要。1970年，美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的電荷耦合器件（CCD）的原理使圖像傳感器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。CCD圖像傳感器目前已經(jīng)成為圖像傳感器的主流產(chǎn)品。CCD圖像傳感器的應(yīng)用研究成為當(dāng)今高新技術(shù)的主流課題。1965年推出的氧化鉛視像管(Plumbicon光電成像器件是一類能夠輸出圖像信息（圖像或視頻信號(hào)）的功能器件，也稱光電圖像傳感器。PhotoelectronicImagingDevices光電成像器件攝像型：直視型：像管變像管像增強(qiáng)管電真空攝像管固體攝像器件攝像管第7章光電成像器件光電成像器件是一類能夠輸出圖像信息（圖像或視頻信號(hào)）的功能器真空光電成像器件像管攝像管變像管像增強(qiáng)管不可見光圖象可見光圖象亮度很低的光學(xué)圖象有足夠亮度圖象顯像裝置輸出圖像光電發(fā)射式攝像管（攝像管）光電導(dǎo)式攝像管（視像管）可見光或不可見光圖像視頻信號(hào)光電靶和電子束掃描第7章光電成像器件真空光電成像器件像管攝像管變像管像增強(qiáng)管不可見光圖象第7章光電成像器件夜視儀輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像器件第7章光電成像器件夜視儀輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像器件輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像7.1像管（變像管和像增強(qiáng)器）7.2電真空攝像管7.3固體成像器件第7章光電成像器件7.1像管（變像管和像增強(qiáng)器）7.2電真空攝像管7.7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理7.1.2變像管7.1.3像增強(qiáng)器第7章光電成像器件7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理7.1.2變像管7.1.3像光學(xué)圖像電子圖像三個(gè)基本部分：光電變換部分電子光學(xué)部分電光變換部分7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理加速聚焦高速電子流電子圖像光學(xué)圖像光學(xué)圖像電子圖像三個(gè)基本部分：光電變換部分光電陰極

對(duì)紅外光敏感的銀氧銫紅外光電陰極對(duì)可見光敏感的單堿和多堿光電陰極對(duì)紫外光敏感的各種紫外光電陰極負(fù)電子親和勢(shì)(NEA)光電陰極像管中常用的光電陰極是透射式，因此光電陰極應(yīng)是透明的，可選擇透明的基底材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子光學(xué)系統(tǒng)靜電系統(tǒng)：靠靜電場(chǎng)的加速和聚焦來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)：靠靜電場(chǎng)的加速和磁場(chǎng)的聚焦作用來(lái)實(shí)現(xiàn)熒光屏

要求：高的轉(zhuǎn)換率，發(fā)射譜同人眼或與之耦合的下級(jí)光電陰極的光譜響應(yīng)一致。

光電陰極電子光學(xué)系統(tǒng)熒光屏

2）靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)

雙圓筒電極系統(tǒng)和雙球面電極系統(tǒng)其電場(chǎng)為軸對(duì)稱的靜電場(chǎng)，光電子在極間受到會(huì)聚和加速作用。KA(a)雙圓筒電極系統(tǒng)(a)雙球面電極系統(tǒng)KA1）非聚焦型電子光學(xué)系統(tǒng)

光電陰極與熒光屏為兩平行電極并加電壓，形成平行電場(chǎng)，對(duì)電子只有加速作用，分辨率低。光電陰極熒光屏2）靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)KA(a)雙圓筒電極系統(tǒng)(a)3）復(fù)合聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)

由縱向加速電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁透鏡組成，對(duì)電子除了有加速作用，還有聚焦成像作用。12線圈

復(fù)合聚焦系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：a)聚焦作用強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)聚焦能力；b)軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)有相同的成像質(zhì)量，邊緣像質(zhì)好；c)象差小，鑒別率較高。缺點(diǎn)：設(shè)備尺寸、重量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)笨重，目前多用靜電系統(tǒng)3）復(fù)合聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)12線圈復(fù)合聚焦系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：由于復(fù)7.1.2變像管變像管－－不可見光圖像可見光圖像紅外夜視儀7.1.2變像管變像管紅外夜視儀變像管

紅外變像管：波長(zhǎng)小1.15μm的紅外光，光電陰極多為S-1型Ag-O-Cs陰極波長(zhǎng)大于1.15μm的紅外光，采用負(fù)電子親和勢(shì)陰極紫外變象管：窗口材料變像管紅外變像管：波長(zhǎng)小1.15μm的紅外光，光電陰極多像增強(qiáng)器－－亮度低圖像亮度高圖像微光夜瞄鏡7.1.3像增強(qiáng)器

像增強(qiáng)器微光夜瞄鏡7.1.3像增強(qiáng)器

7.1.3像增強(qiáng)器1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器2、微通道板式圖象增強(qiáng)器像增強(qiáng)管：將微弱輻射圖象轉(zhuǎn)換成可見光圖象的器件。陰極材料：由入射光波長(zhǎng)范圍決定，通常采用單堿多堿光電陰極。主要考慮：大的增益系數(shù)，獲得高亮度增益的方式有級(jí)聯(lián)和使用電子倍增器兩種。7.1.3像增強(qiáng)器1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器2、微通道板1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器三級(jí)級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)示意圖亮度增益可達(dá)105體積大、重量重、防強(qiáng)光能力差。（第一代象增強(qiáng)器）級(jí)間耦合：光纖面板需考慮：前級(jí)熒光屏與后級(jí)光電陰極的匹配、最后一級(jí)熒光屏與人眼視見函數(shù)的匹配1、級(jí)聯(lián)式圖像增強(qiáng)器三級(jí)級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)示意圖亮度增益可達(dá)2、微通道板式圖象增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)原理：MicroChannelPlate，簡(jiǎn)稱MCP（第二代象增強(qiáng)器）2、微通道板式圖象增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)原理：MicroChannel2、微通道板式圖象增強(qiáng)器

優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有電子光學(xué)系統(tǒng)，整管可以做得很短（第二代象增強(qiáng)器）2、微通道板式圖象增強(qiáng)器優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有電子光學(xué)系統(tǒng)，整管可以做3、負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）－－第三代像增強(qiáng)器微通道板＋負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極－－第四代像增強(qiáng)器

在第三代像增強(qiáng)器的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)微通道板的性能，或者利用門控電源技術(shù)，提高像增強(qiáng)器的分辨率、信噪比等性能參數(shù)。它們分別屬于超三代和第四代像增強(qiáng)器。3、負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）－－第三代像增強(qiáng)器微通道板＋軍事：武器瞄準(zhǔn)、飛行員夜視鏡；民用：公安部門緝私、緝毒、警偵、追捕；邊境邊防安全監(jiān)控；金融、商貿(mào)、文物、機(jī)要、槍支彈藥庫(kù)、危險(xiǎn)物品庫(kù)等重要場(chǎng)所安全監(jiān)控；7.1.4像管的應(yīng)用

軍事：武器瞄準(zhǔn)、飛行員夜視鏡；7.1.4像管的應(yīng)用1.主動(dòng)紅外夜視儀7.1.4像管的應(yīng)用

1.主動(dòng)紅外夜視儀7.1.4像管的應(yīng)用2.微光夜視儀（10－5lx）7.1.4像管的應(yīng)用

2.微光夜視儀（10－5lx）7.1.4像管的應(yīng)用美軍微光夜視器材微光夜瞄鏡

手持式觀察鏡微光夜視眼鏡美軍微光夜視器材微光夜瞄鏡手持式觀察鏡微光夜

我軍微光夜視器材裝有微光瞄準(zhǔn)鏡的新5.8毫米班用機(jī)槍我軍微光夜視器材裝有微光瞄準(zhǔn)鏡的微光夜視儀的觀察效果可見的目標(biāo)圖像不易見的目標(biāo)圖像微光夜視儀的觀察效果可見的目標(biāo)圖像不易見的目標(biāo)圖像右上小圖為自然光下觀察到的情況，大圖為熱成像觀察到的圖象，從中可以看到掩蔽在樹叢中的人員。熱成像儀使依靠自然偽裝的保護(hù)完全失效）右上小圖為自然光下觀察到的情況，第7章光電成像器件輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像器件變像管像增強(qiáng)管第7章光電成像器件輸出圖像信號(hào)：－－直視型光電成像器件變輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像器件輸出視頻信號(hào)：－－攝像型光電成像器件攝像頭第7章光電成像攝像頭7.2電真空攝像管二維光學(xué)圖像一維時(shí)序電信號(hào)還原二維光學(xué)圖像例：電視監(jiān)控系統(tǒng)傳輸和接收規(guī)則－－電視制式按照電視制式輸出的一維時(shí)序電信號(hào)稱為視頻信號(hào)攝像是將空間分布的光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為一維時(shí)間變化的視頻信號(hào)的過(guò)程，完成這一過(guò)程的功能器件稱為攝像器件。攝像頭7.2電真空攝像管二維光學(xué)圖像一維時(shí)序電信號(hào)還原二7.2電真空攝像管7.2.1電視制式7.2.2電真空攝像管的結(jié)構(gòu)原理7.2電真空攝像管7.2.1電視制式7.2.2電真空攝像7.2.1電視制式1.掃描2.視頻信號(hào)3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)7.2.1電視制式1.掃描2.視頻信號(hào)3.我國(guó)電視標(biāo)光電成像原理景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)│攝像部分│

傳送→同步掃描→視頻調(diào)輝→圖像再現(xiàn)│顯像部分│光電成像原理景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視

⑴光學(xué)成像：光學(xué)物鏡將景物所反射出來(lái)的光成像到光電成像器件的像敏面上形成二維光學(xué)圖像。

⑵光電變換：光學(xué)成像器件將二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成二維“電氣”圖像的工作。

景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)

攝像部分

光電成像原理⑴光學(xué)成像：光學(xué)物鏡將景物所反射出來(lái)的光成像到光電

⑶圖像分割：“電氣”圖像的電氣量在二維空間的分布與光學(xué)圖像的光強(qiáng)分布保持著線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。組成一幅圖像的最小單元稱作像素，像素單元的大小或一幅圖像所含像素?cái)?shù)決定了圖像的清晰度。像素?cái)?shù)愈多，或像素幾何尺寸愈小，反映圖像的細(xì)節(jié)愈強(qiáng)，圖像愈清晰，圖像質(zhì)量愈高。這就是圖像分割。景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)│攝像部分│光電成像原理⑶圖像分割：“電氣”圖像的電氣量在二維空間的分布與景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)│攝像部分│

⑷同步掃描：按著一定的規(guī)律將所分割的電氣圖像轉(zhuǎn)變成一維時(shí)序信號(hào)，即將電氣圖像從左向右，又從上向下的規(guī)律輸出即為掃描。⑸視頻信號(hào)：由于監(jiān)視器的顯象管幾乎都是利用電子束掃描熒光屏，便可在顯象管上獲得可供觀察的圖像。景物→光學(xué)成像→光電變換→圖像分割→同步掃描→視頻信號(hào)1.掃描光電圖像將光電圖像分割為很多細(xì)小的單元，稱為像素－－圖像的分割與象素1.掃描光電圖像將光電圖像分割為很多細(xì)小的單元，稱為1.掃描電信號(hào)光電圖像按一定規(guī)律依次將圖像中的每一像素的電（電荷）信號(hào)讀出的過(guò)程，稱為掃描。－－圖像的分割與象素1.掃描電信號(hào)光電圖像按一定規(guī)律依次將圖像中的每一像素一幀：一行：從左向右的掃描稱為行掃描掃描點(diǎn)從起始點(diǎn)出發(fā)再次回到該點(diǎn)，輸出的全部圖像信息稱為一幀。1.掃描－－行、幀一場(chǎng)：從上向下的掃描稱為場(chǎng)掃描一幀：一行：從左向右的掃描稱為行掃描掃描點(diǎn)從起始點(diǎn)出發(fā)再次回－－正程和逆程行正程場(chǎng)正程顯示信息行逆程場(chǎng)逆程消隱1.掃描－－正程和逆程行正程場(chǎng)正程顯示行逆程場(chǎng)逆程消隱1.隔行掃描方式逐行掃描方式1.掃描－－兩種掃描方式隔行掃描方式逐行掃描方式1.掃描－－兩種掃描方式逐行掃描方式根據(jù)人眼視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍顯示活動(dòng)圖象要高于48次/秒刷新速率幀頻：50Hz行數(shù)：625行頻：降低行頻閃爍感隔行掃描方式1.掃描－－兩種掃描方式逐行掃描方式根據(jù)人眼視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍顯示活動(dòng)圖象要高于4隔行掃描方式一幀分為兩場(chǎng)－－奇數(shù)場(chǎng)－－偶數(shù)場(chǎng)135246隔行掃描方式一幀分為兩場(chǎng)－－奇數(shù)場(chǎng)－－偶數(shù)場(chǎng)135246隔行掃描方式根據(jù)視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍地顯示活動(dòng)圖象要高于48次/秒的刷新速率場(chǎng)頻：50Hz幀頻：25Hz－－無(wú)閃爍－降低行頻隔行掃描方式根據(jù)視覺(jué)時(shí)間特性，無(wú)閃爍地顯示活動(dòng)圖象要高于48隔行掃描方式逐行掃描方式－高清晰成像測(cè)量系統(tǒng)－工業(yè)民用電視系統(tǒng)1.掃描－－兩種掃描方式隔行掃描方式逐行掃描方式－高清晰成像測(cè)量系統(tǒng)－工業(yè)民用電視系3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)采用PAL制：場(chǎng)頻fv=50Hz，幀頻fZ=25Hz；隔行掃描，每幀625行；場(chǎng)周期TV=20ms；行周期TH=64s；視頻信號(hào)帶寬BW=6MHzPAL－－德國(guó)NTSC－－美國(guó)3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)采用PAL制：PAL－－德國(guó)一、電視制式小結(jié)1.掃描3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)

隔行掃描場(chǎng)頻50Hz逐行掃描

隔行掃描行幀場(chǎng)625行/幀正程

逆程－PAL制2.視頻信號(hào)

信息信號(hào)同步脈沖消隱脈沖一、電視制式小結(jié)1.掃描3.我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)隔行掃描場(chǎng)頻7.2.2電真空攝像管結(jié)構(gòu)原理光電轉(zhuǎn)換信號(hào)存儲(chǔ)掃描輸出－－光電導(dǎo)式/熱釋電攝像管1.三個(gè)基本功能光像電子槍利用電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束依次掃描靶面各像素，將靶面的電荷（或電勢(shì)）圖像有序地轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)輸出，這就完成了掃描輸出的功能。

7.2.2電真空攝像管結(jié)構(gòu)原理光電轉(zhuǎn)換信號(hào)存儲(chǔ)掃描輸出－－a)光電發(fā)射式攝象管b)光電導(dǎo)式攝象管

2分類：a)光電發(fā)射式攝象管1）光電發(fā)射體：光電陰極光照下光電陰極產(chǎn)生與光通量成正比的光電子流，既可利用光電子流進(jìn)行放大處理作為信號(hào)輸出；也可以利用以光電子發(fā)射而提高的光電陰極電位作輸出。入射光光電子發(fā)射光電陰極光電變換示意圖（1）、光電變換部分2）光電導(dǎo)體光照時(shí)靶的電導(dǎo)率升高，正電荷順電場(chǎng)方向