微光電視系統(tǒng)

微光電視系統(tǒng)光電工程學(xué)院2009級光電信息03班張辰松20097513引言最近幾年，隨著好萊塢各種諜戰(zhàn)片的上映，紅外夜視鏡已經(jīng)被人們所了解認(rèn)知，特工們一次次夜間機(jī)密任務(wù)的成功都少不了夜視系統(tǒng)輔佐。對于夜視鏡，大多數(shù)人們的認(rèn)知僅僅局限在它能幫助使用者在夜間看清肉眼分辨困難的事物，但是對于它的結(jié)構(gòu)和工作原理，人們的了解還是很少。紅外線夜視儀是利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的軍用夜視儀器。紅外線夜視儀分為主動(dòng)式紅外線夜視儀和被動(dòng)式紅外線夜視儀兩種：主動(dòng)式紅外線夜視儀用紅外探照燈照射目標(biāo)，接收反射的紅外輻射形成圖像；被動(dòng)式紅外線夜視儀不發(fā)射紅外線，依靠目標(biāo)自身的紅外輻射形成“熱圖像”，故又稱為”熱像儀”。主動(dòng)紅外成像系統(tǒng)主動(dòng)紅外成像系統(tǒng)主要紅外成像系統(tǒng)由兩部分組成，紅外探照燈和由光學(xué)系統(tǒng)的物鏡組成的接受系統(tǒng)接受目標(biāo)反射回來的紅外輻射，并在紅外變像管的光陰極面上形成目標(biāo)輻射的紅外圖像。人眼通過目鏡觀察增強(qiáng)了的目標(biāo)圖像。主動(dòng)紅外成像系統(tǒng)的波段在0.76?1.2um的近紅外光譜區(qū)，長波限由變像管光陰極決定。在軍事方面，由于事物反射能力不同，可以在一定程度上識別偽裝。但在有霧的惡劣天氣條件下，近紅外輻射會(huì)受到大氣散射的影響。對于軍事應(yīng)用上，探照燈本身會(huì)成為對方偵查的目標(biāo)而易于暴露自己。直視微光成像系統(tǒng)直視微光成像系統(tǒng)由直視系統(tǒng)和見識系統(tǒng)組成，直視系統(tǒng)又稱微光夜視儀。第一代采用級聯(lián)式像曾強(qiáng)器作為圖像增強(qiáng)期間的系統(tǒng)，第二代采用帶微通道板的像增強(qiáng)器作為圖像增強(qiáng)器件的產(chǎn)品，發(fā)展較為成熟，第三代直視微光夜視產(chǎn)品采用半導(dǎo)體光陰極的帶MCP的像增強(qiáng)器作為圖像增強(qiáng)器件。系統(tǒng)主要由微光光學(xué)系統(tǒng)，微光像增強(qiáng)器和高壓電源組成。工作過程:由夜間自然微光照射目標(biāo)，經(jīng)目標(biāo)反射的輻射進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的物鏡，物鏡把目標(biāo)成像在位于其焦平面的像增強(qiáng)器的光陰極面上，像增強(qiáng)器對目標(biāo)像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，電子成像和亮度增強(qiáng)，并在熒光屏上顯示目標(biāo)的增強(qiáng)圖像。與主動(dòng)紅外成像系統(tǒng)相比最主要的優(yōu)點(diǎn)是不用探照燈照明，而是靠夜間自然光照明勁舞，以被動(dòng)的方式工作，資深隱蔽性好。但是由于依賴于自然光，所以受到自然光亮度及大氣透明度的影響，并且勁舞見的反差小，圖像平淡而層次不夠分明。紅外微光系統(tǒng)的應(yīng)用夜間可見光很微弱，但人眼看不見的紅外線卻很豐富。紅外線視儀可以幫助人們在夜間進(jìn)行觀察、搜索、瞄準(zhǔn)和駕駛車輛。盡管人們很早就發(fā)現(xiàn)了紅外線，但受到紅外元器件的限制，紅外遙感技術(shù)發(fā)展很緩慢。直到1940年德國研制出硫化鉛和幾種紅外透射材料后，才使紅外遙感儀器的誕生成為可能。此后德國首先研制出主動(dòng)式紅外線夜視儀等幾種紅外探測儀器，但它們都未能在第二次世界大戰(zhàn)中實(shí)際使用。1945年夏，紅外夜視儀第一次用于戰(zhàn)場。美軍登陸進(jìn)攻沖繩島，隱藏在巖洞坑道里的日軍利用復(fù)雜的地形，夜晚出來偷襲美軍。于是美軍將一批剛剛制造出來的紅外夜儀緊急運(yùn)往沖繩，把安有紅外線夜視儀的槍炮架在巖洞附近，當(dāng)日軍趁黑夜剛爬出洞口，立即被一陣準(zhǔn)確的槍炮擊倒。洞內(nèi)的日軍不明其因，繼續(xù)往外沖，又糊里糊涂地送了命。紅外線夜視儀初上戰(zhàn)場，就為肅清沖繩島上頑抗的日軍發(fā)揮了重要作用。微光電視系統(tǒng)的產(chǎn)生微光電視系統(tǒng)可謂是紅外夜視鏡的一種衍生產(chǎn)物。攝像機(jī)輸出的電信號可以通過視頻電纜送達(dá)顯示器（閉路微光電視），也可以饋至專用發(fā)射機(jī)通過天線傳輸，遠(yuǎn)處的顯示終端通過天線接收信號后在顯示器上顯示（開路微光電視）。微光電視系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域起著舉足輕重的地位，通過微光電視系統(tǒng)，不僅裝配著紅外夜視儀的前線戰(zhàn)士可以在夜間清晰洞察到敵軍的動(dòng)靜，而且位于戰(zhàn)線后方的指揮中心也可以清晰的了解到前線作戰(zhàn)的情況并根據(jù)情況的不同制定合理的應(yīng)戰(zhàn)措施。在微光夜視儀后加裝攝像機(jī)就成了微光電視。微光電視是像增強(qiáng)管和電視攝像管相結(jié)合的微光夜視系統(tǒng)。它誕生于四十年代，七十年才迅速發(fā)展起來。它具有成像面積大、直觀性強(qiáng)、連續(xù)性、遠(yuǎn)距離多點(diǎn)多人觀察等優(yōu)點(diǎn)，目益廣泛地用于監(jiān)視、偵察、探測、制導(dǎo)、跟蹤等方面，國外已裝備30余種。典型產(chǎn)品有法國的坦克用的"卡納斯特"微光電視系統(tǒng)、美國的直機(jī)用UVR-700型晝夜兩用電視跟蹤系統(tǒng)、英國的海軍用V0084型微光電視系統(tǒng)、瑞士的2704型遠(yuǎn)距離（觀察距離為10公里）微光電視攝像機(jī)等。目前的微光夜視裝置僅能提供單色的圖像，而利用彩色圖像會(huì)有助于目標(biāo)識別，使識別速度提高30%,識別錯(cuò)誤減少60%,因此彩色微光夜視技術(shù)已受到關(guān)注。美國Delft傳感器系統(tǒng)公司采用光譜響應(yīng)不同的兩只像增強(qiáng)器管觀察同一場景，利用它們間的差別，通過濾光和特殊的電子處理技術(shù)，來產(chǎn)生彩色圖像。麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室則將微光圖像和紅外熱像相結(jié)合，產(chǎn)生彩色圖像。林肯實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的小型彩色夜視系統(tǒng)采用與三代像增強(qiáng)器耦合的電荷耦合器件（CCD）獲得微光圖像，又用非致冷熱成像陣列獲得紅外熱像，然后用二向色分光鏡進(jìn)行匹配和圖像處理器處理，在液晶顯示器上顯示出逼真的彩色圖像。美國伍德監(jiān)視技術(shù)公司研制出全彩色夜視攝像機(jī)。該攝像機(jī)的每一個(gè)原色有一個(gè)增強(qiáng)型CCD芯片，并采用了視頻增強(qiáng)技術(shù)，從而獲得了類似于廣播級攝像機(jī)的彩色圖像。俄羅斯的喀山光學(xué)和機(jī)械廠正在研制的彩色夜視系統(tǒng)，可將接收的不同的紅外頻率轉(zhuǎn)換彩色圖像，估計(jì)幾年后可推入市場。微光電視的特點(diǎn)圖象清晰，視距遠(yuǎn)（在良好天氣作用距離大于10千米），開路微光電視可將圖象傳送到50千米以外的指揮所；可以根據(jù)需要布設(shè)在前沿陣地、由人員攜帶進(jìn)入敵方境內(nèi)、裝于直升飛機(jī)攝取目標(biāo)圖象，可以同時(shí)發(fā)往多個(gè)不同地點(diǎn)的有關(guān)部門使用；一臺顯示器也可以分別與不同地點(diǎn)的微光電視連接，根據(jù)需要選擇觀察某地的圖象；適于在邊防、海防線上分段設(shè)置作定向、定點(diǎn)觀察用，甚至可代替巡邏；可作為重要目標(biāo)的警戒監(jiān)視和安全監(jiān)視用；還可以用于反坦克導(dǎo)彈的發(fā)射瞄準(zhǔn)。但是，微光電視存在體積和質(zhì)量較大、耗電多、造價(jià)高、操作維修復(fù)雜、對天氣和照明條件依賴性較大等缺點(diǎn)，應(yīng)用受到限制。微光電視系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)從微光成像的要求考慮，最主要的是要提高器件的信/噪比。為此，應(yīng)降低器件噪聲（即減少噪聲電子數(shù)）和提高信號處理能力（即增加信號電子的數(shù)量）?？梢圆捎弥吕銫CD和電子轟擊CCD兩種方法，其主要目的是在輸出信噪比為1時(shí)盡可能減少成像所需的光通量。滿足電視要求（50fps?60fps）的CCD在室溫下有明顯的暗電流，它將使噪聲電平增加。在消除暗電流尖峰的情況下，暗電流分布的不均勻也會(huì)在輸入光能減少時(shí)產(chǎn)生一種噪聲的“固定圖形”。此外，在高幀率工作時(shí)，每個(gè)像單元信號的利用率不能降低。器件致冷會(huì)使硅中的暗電流明顯改善，每冷卻8°C噪聲將下降一半。用普通電氣致冷到-20°C?-40°C時(shí)，暗電流會(huì)比室溫下小100?1000倍，但這時(shí)的其它噪聲就變得很突出了。配合致冷，采用浮置柵放大器的低噪聲輸出（FGA和DFGA）,CCD的檢測效果更為理想。其中，F(xiàn)GA能處理100個(gè)噪聲的CCD像感器峰值信號，而DFGA的飽和電平約為FGA的1/10，它僅能處理約20個(gè)噪聲電子的像感器峰值信號。微光電視系統(tǒng)未來展望目前看來，微光電視系統(tǒng)主要在軍事戰(zhàn)場上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但是先進(jìn)的科技是為了方便人們的生活，從這個(gè)角度看，微光電視系統(tǒng)已經(jīng)開始慢慢融入人們的生活之中。商務(wù)轎車豪門BMW公司已經(jīng)著手于在車內(nèi)安裝夜視系統(tǒng)，這樣對于在昏暗夜路駕駛的駕駛員來說無疑是多了一雙真視之眼，駕駛員可以通過夜視系統(tǒng)，看清車前方的一切事物，彌補(bǔ)和避免了由于夜晚光線不足所帶來的安全隱患。相信在不久的將來，該技術(shù)能夠普遍應(yīng)用于民用私家車，使得人們的駕駛有了多一層安全保障。不僅僅是應(yīng)用在