光电成像器件-图像增强器
图像增强器的介绍
图像增强器的介绍介绍图像增强是一个真空管装置，直径为一般18-25毫米。
增压器包括一个光电阴极和荧光屏，光电阴极是输入窗的内侧，和多碱图层或半导体层的荧光屏，这是对的内侧上的荧光磷光体涂层输出窗口。
还包括无论是简单的网格状电极（即，早期增强技术）通过管或加速电子，在以后的增强器，一个复杂的电子倍增的微通道板（MCP）（图1）。
MCP技术在本附注后面讨论。
入射的光子撞击光阴极的引起光电效应释放电子。
然后，这些电子被加速（再乘以在更近的增强器）到荧光屏，电子撞击涂层，引起的光。
这释放的光由每次射入光子撞击的光电阴极的表面产生的光子构成。
影像增强器的发展由在军事上使用的夜视镜为主要动机。
各种类型的图像已经用于近红外（NIR），晚上的主要形式优化照度的战斗环境。
这种军事影响力导致了图像的类型和增强器正式的命名惯例。
类型被称为？代？目前包括（以技术开发）一代，第二代，超第二代的（或第二代+），和第三代。
后来在本附注进行讨论增压式代之间的区别。
影像增强器的掺入高性能的充电耦合器件（CCD）摄像机已经产生增强型CCD（ICCD）系统成像和光谱学是拥有超低照度高灵敏度条件，并允许极短的现象，时间分辨率（小于2毫微秒）。
这些ICCD系统被广泛用于此类国家的最先进的中应用激光诱导荧光（LIF），激光诱导击穿光谱（LIBS），燃烧研究，等离子体研究，非破坏性的检测（NDT），和单分子荧光成像。
图像增强的组件光电阴极光电阴极是在一个图像增强器的第一个主要部件。
光电阴极涂层将入射的光的光子的一部分插入电子。
并非由光电捕获光子被从输由增压器产生的最终信号。
因此，量子效率（QE），定义为入射光子的比例转换为电子费用，是增强器非常重要。
早期的增压器使用多碱涂料组成的化合物与在可见光公平光转化性能（VIS）和紫外（UV）的区域，但在近红外波长相对有限的反应。
这些涂料普遍类似物钠，钾，锑，铯，或银。
砷化镓（GaAs）是一个较新的半导体，低带隙涂层具有高量子效率在可见光和近红外区域。
光电成像器件的类型及特点
光电成像器件利用光电效应将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可观察、记录、传输、存储以及可进行处理的图像的器件系列的总称。
其目的在于弥补人眼在灵敏度、响应波段、细节的视见能力以及空间和时间上的局限等方面的不足。
最早的一种光电成像器件──光电析像管出现于1931年。
目前，各种类型的光电成像器件已广泛应用于天文学、空间科学、X 射线放射学、夜间观察、高速摄影以及科学实验中。
按工作原理，光电成像器件可分为像管、摄像管和固体成像器件。
1、像管 各种类型的变像管、像增强器的电子照相管的总称。
它将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可直接观察或记录的图像。
其工作原理是将投射在光电阴极上的辐射图像转换为电子图像，电子光学系统将此图像尽可能真实地转移到荧光屏上产生一个增强的光学图像（如变像管和像增强器）或记录在对高速电子敏感的胶片上（如电子照相管）。
a、变像管 一种把非可见（红外或紫外）辐射图像转换成可见光图像的器件。
图1a[变像管]示出了利用银氧铯光电阴极的红外变像管，它通常用于主动红外夜视中。
图1b[变像管]为一种用于高速摄影的变像管。
图1 变像管b、像增强器 一种将微弱的光学图像增强为高亮度的可见光图像的器件。
它广泛用于微光夜视中。
其光敏面通常采用钠钾铯锑多碱光电阴极。
获得高亮度增益的方式有级联和使用电子倍增器两种。
实现级联的方式也有两种：一种是在同一管壳内用薄的云母片作为支撑体，其两侧分别制作光电阴极和荧光屏,形成夹心倍增屏结构,以实现各级像管之间的耦合。
磁聚焦像增强器大都采用这种方式。
另一种是采用纤维光学面板将单个静电聚焦型像增强管耦合在一起，如纤维光学耦合三级级联像增强器，它通常称为第一代像增强器，如图2[ 纤维光学耦合三级级联像增强器]所示。
25/25毫米第一代像增强器的典型性能是：放大率 =0.85，分辨率 28线对/毫米，亮度增益5×10，等效背景照度2×10勒克斯。
图2 纤维光学耦合三级级联像增强器在管内获得电子倍增的一条途径是在单级像增强管中插入电子倍增器，曾用过氯化钾薄膜，目前均使用微通道板电子倍增器,微通道板(MCP)是由数以百万计的微型通道电子倍增器的通道紧密排列而成的二维阵列器件。
简述红外变像管和像增强器的工作原理
红外变像管和像增强器是用于夜视和红外成像的两种不同技术，它们的工作原理各不相同。
1. **红外变像管（Image Intensifier Tube）**:
- **光电倍增**：红外变像管使用光电倍增技术来增强微弱的光信号。
当红外光或可见光进入红外变像管时，它击中光敏面板，激发电子。
- **光电子倍增**：激发的电子被加速并撞击光电倍增管内的光敏表面。
每次碰撞都会释放更多的电子，形成电子级联。
- **成像**：最终，电子级联产生的电流被转化为亮度增强图像，这个图像可以在显示器上观察。
这使得微弱的光信号可以被放大，以产生清晰的图像，即所谓的夜视图像。
- **可见光和红外**：红外变像管可以用于放大可见光和红外光信号，因此它们在夜视设备中广泛使用。
2. **像增强器（Thermal Imaging）**:
- **热红外感应**：像增强器使用热红外感应来捕捉目标的热辐射。
物体发出的热辐射是无论是否有可见光都会产生的，因此像增强器在完全黑暗或烟雾等情况下也能工作。
- **热图生成**：热红外感应器捕捉不同温度的热辐射，然后将这些数据转换成热图。
热图显示了目标的温度分布，从而生成一个热图像。
- **观察目标**：热图像可以在显示器上观察，其中不同颜色或亮度表示不同温度的区域。
热图像允许用户看到目标的热特征，而不仅仅是其可见光外观。
总之，红外变像管和像增强器是两种用于改善夜视和热红外成像的不同技术。
红外变像管依赖光电倍增来增强微弱的光信号，而像增强器则使用热红外感应来捕捉目标的热辐射，以产生热图像。
每种技术都在不同应用中具有独特的优势。
四讲_微光像增强器
4.1.1 光电阴极
光电阴极光谱响应曲线
4.1.2 电子光学系统
像管中电子光学系统的任务有两个：加速光电子；使 光电子成像在像面上。 它具有与光学透镜相似的性质，能运用几何光学中类 似的方法进行物象处理。因此把能使电子流聚焦成像 的电子光学系统称为电子透镜。 电子透镜分为静电透镜和磁透镜两类。 静电透镜按是否聚焦可分为:聚焦型和非聚焦型。静 电电子光学系统，靠静电场来使光电子加速，聚焦成 像。 磁透镜即电磁复合系统，靠静电场的加速和磁场来完 成聚焦成像。
1．非聚焦型电子光学系统
C A
即近贴型
α
0
E
z
l
C—阴极 ,A—阳极；
C
A
电子落点高度的计算
α
俄罗斯
俄罗斯科工委 电子局 俄罗斯微光 产研联合体
俄科学院新西北利亚半导 体物理研究所（超三代、 四代基础研究 莫斯科电子器件研究所（ 超二代、三代微光器件工 程化研究）
新西北利亚艾 克兰公司一代 、二代生产
新西北利亚凯 道特公司 超二 代、三代生产
地球物理公司 三代微光器件 整机生产
彼得堡电子器 件公司倍增管 、微光管生产
（m)n
倍增次数 二次电子 倍增系数
工作时加三个电压，光电阴极~通道板输入端 通道板两端，通道板输出端~荧光屏
c. 第三代微光夜视 1979年美国ITT公司研制出第三代微光夜 视仪，是在二代薄片管的基础上，将多碱光 电阴极置换为GaAs负电子亲和势光电阴极。
微光像增强器系列
d. 超二代微光夜视 1989年，Jacques Dupuy等人研制成了超二 代像增强器]。超二代管是在二代管的基础上， 通过提高光阴极的灵敏度（灵敏度由300400μA/lm提高到600μA/lm以上），减小微通 道板噪声因数，提高输出信噪比（改进微通 道板的性能）和改善整管的MTF，使鉴别率 和输出信噪比提高到接近三代管的水平。
图像增强器讲解
像管中常用的光电阴极有4种：银氧铯光电阴极、单碱和多 碱光电阴极、各种紫外光电阴极，以及灵敏度高、响应波长
范 围电宽子光的学负系电统子亲合势(NEA)光电阴极。
复合聚焦电子光学系统(即电磁聚焦系统)中 既有磁场也有电场。该系统的磁场是由像管 外面的长螺线管通过恒定电流产生的，电场 是由光电阴极和阳极间所加直流高压产生的。 因此，从光电阴极面上发出的电子在纵向电 场和磁场的复合作用下，都能以不同螺旋线 向阳极前进；由阴极面上同一点发出的电子， 只要在轴向有相同的初速度，如图6−6所示 就能保证在一个周期之后相聚于一点，起到 聚焦作用。 磁聚焦的优点是聚焦作用强，容 易调节，边缘像差小，分辨率高，缺点是体 积和重量较大，结构较复杂。
第一，图中每个单级变像管的输入和输出都用光纤面板 制成，便于级与级之间的耦合。
第二，必须注意荧光屏和后级光电阴极的光谱匹配，即荧 光屏发射的光谱峰值与光电阴极吸收的峰值波长相接近，而 最后一级荧光屏的发射光谱特性应与人眼的明视觉光谱光视 效率曲线相一致。
微通道板
微通道板像增强器有两种结构形式：双近贴式和倒像式。双 近贴式像增强器，用微通道板代替图6−2中的电子光学系统， 实现电子图像增强。而且其光电阴极、微通道板、荧光屏三 者相互靠得很近，故称双近贴。光电阴极发射的光电子在电 场作用下，进入微通道板输入端，经MCP电子倍增和加速后 打到荧光屏上，输出光学图像。这种管子体积小、重量轻、 使用方便，但像质和分辨率较差。
三是电光变换部分，即荧光屏，它可以使打到它上面的 电子图像变成可见光图像。
光电阴极
光电阴极使不可见的亮度很低的辐射图像转换成电子图像。 像管中常用的光电阴极有4种：银氧铯光电阴极、单碱和多 碱光电阴极、各种紫外光电阴极，以及灵敏度高、响应波长 范 围电宽子光的学负系电统子亲合势(NEA)光电阴极。
什么是微光像增强器？微光像增强器未来发展如何
什么是微光像增强器？微光像增强器未来发展如何一、什么是微光像增强器？微光像增强器是一种光电转换设备，又叫微光像管，主要用于增强微弱光线的亮度和清晰度，使可见光图像变成人眼可以观察到的图像。
微光像增强器是微光夜视仪的核心组成部分，对微光夜视仪的成像质量起着决定性的作用。
微光像增强器具有高速成像、微光环境成像等功能，它的工作原理是通过将微弱的光信号转化为可见的图像或视频，以便用户能够看到并分析。
二、微光像增强器的主要组成微光像增强器通常由几个主要部分组成：1.光学系统：光学系统主要包括目标镜头和物镜等组件，它们的主要作用是收集和聚焦来自目标物体的微弱光线，并将其传递给后续的电子器件。
2.光电转换器件：光电转换器件将收集到的光能转换为电信号。
最常用的光电转换器件是光电二极管或光电子倍增管，它们能够将微弱的光信号放大并转换为电流信号。
3.信号放大和处理模块：信号放大和处理模块负责对光电转换器件输出的电信号进行放大、过滤和处理，从而提高图像的亮度和清晰度。
4.显示装置：微光像增强器通常配备显示装置，主要作用是将处理后的电信号转化为可视的图像或视频，供人眼观察和分析。
这种显示装置可以是液晶显示屏、目镜或者连接到其他设备的输出接口。
三、微光像增强器的未来发展微光像增强器从20世纪50年代发展至今已经历经四代产品，我国行业起步较晚，在20世纪60年代才开始研究微光夜视技术。
近年来，在本土企业以及相关科研机构的技术创新推动下，我国微光像增强器行业得到了较为快速的发展。
目前，我国第三代微光像增强器的质量及性能已经达到海外先进水平。
但受技术、生产成本等因素的影响，目前我国市场的微光像增强器主流产品仍是第二代和第三代产品。
全球微光像增强器的龙头企业主要集中于俄罗斯、法国和美国，我国的行业发展相对缓慢，技术水平与发达国家相比还存在一定的差距。
作为微光夜视仪的核心组件，微光像增强器广泛应用于夜视观测、安防监控、军事侦察、野外探险等各个领域，在军事领域的应用广泛，如夜间光电对抗、炮瞄等。
3.5(zm2011) 光电成像器件
目前世界上只有60英寸以上的显示屏才能够显示出1920×1080
的信号。目前市场上出现的所谓1080p高清数字电视并不能真正给 消费者带来1920×1080的图像，这些彩电只是能够接收和处理
1920×1080格式的信号而已，由于目前电视信号根本无法达到如此
高的标准，1080p对于普通用户基本没有什么实际价值，只是厂家 的一种市场宣传噱头。
SECAM制式（Sé quential CouleuràMé moire）－行轮换调频制 SECAM是法文的缩写，意为顺序传送彩色信号与存储恢复彩 色信号制，是由法国在1956年提出，1966年制定的一种新的彩色 电视制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺点，但采用时间 分隔法来传送两个色差信号。使用SECAM制的国家主要集中在 法国、东欧和中东一带。
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1970年：美国贝尔电话实验室发现的电荷耦合器件（CCD）的原理使图像
传感器的发展进入了一个全新的阶段，使图像传感器从真空电子束扫描 方式发展成为固体自扫描输出方式。 具有固体器件的所有优点；
自扫描输出方式消除了电子束扫描造成
的图像光电转换的非线性失真，即CCD 图像传感器的输出信号能够不失真地将光
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The first Philips Iconoscope tube early 1930's. The complete experimental camera for 180 TV lines displayed in the Philips laboratory
http://members.chello.nl/~h.dijkstra19/page4.html
扫描
－－图像的分割与象素
光电图像
电信号
按一定规律依次将图像中的每一像素的电（电荷） 信号读出的过程，称为扫描。
光电成像器件CCD
线阵CCD驱动电路介绍
线阵CCD驱动电路就是要产生正确的SH、1、2、RS 信号，它是CCD芯片赖以正常工作的基础。
以TCD1200D为例，介绍线阵CCD驱动电路：TCD1200D 有2160个光敏单元，其前后各有64及12个哑单元。因此： TSH2236TRS，fRS =1MHz，fφ1、φ2=0.5MHz。
CCD类型及特点
1.类型 表面沟道CCD（SCCD）：电荷包存储在半导体与绝缘体 之间的界面，并沿界面传输； 体沟道CCD（BCCD）：电荷包存储在离半导体表面一定 深度的体内，并在半导体体内沿一定方向传输。 工作过程：电荷的产生-存储-传输-检测。 2.特点 固体化摄像器件 高空间分辨率 高光电灵敏度和大的动态范围 光敏元间距位置精确,可获得很高的定位和测量精度 信号与微机接口容易
电荷耦合器件(CCD)
CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称： 电荷耦合元件。可称为CCD图像传感器。它是一种半导体器 件，能够把光学影像转化为数字信号。它具备光电转换、 信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力 高、动态范围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应用于 生活、天文、医疗、电视、传 真、通信以及工业检测和自动 控制系统。
0
通常情况
100 kH Z f 1MH Z
3.光谱特性 CCD积分灵敏度 S=Uo/H 单位:Vcm2/μJ
曝光量H=Lτ L:光照度 τ:曝光时间(光积分TSH) H的单位:μJ/cm2 ;lxs
4.分辨率
CCD所能分辨的最小间距就是像元间距d，因而由像 元的尺寸可确定极限分辨率。
线阵CCD：极限分辨率为1/d(线对/mm) 面阵CCD: 像元数越多，分辨率越高。 更多用水平方向、垂直方向各自的线数来表示。 5.光电特性 CCD是低照度器件，光电靶γ可达99.7%，摄像头常带有 γ选择。
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发展历史
第一代像增强器：三级级联式图像增强管 第二代像增强器：通过微通道板实现单极高增益 图像增强器 第三代像增强器：微通道板配以负电子亲和势光 电阴极
第一代像增强器：三级级联式图像增强管
第二代像增强器：微通道板（Micro channel plates-MCP）
第二代像增强器：微通道板（Micro channel plates-MCP）
静电聚焦型像管的基本结构示意图
像管的组成
电子光学系统（电聚焦、磁聚焦）-电子透镜 电子透镜：当电子经过电场界面时， 会发生折射。
该公式与光学的折射公式十分相 似，所以把聚焦电场成为电子透 镜
像管的组成
电子光学系统（电聚焦、磁聚焦）-磁聚焦
管外线圈用来使管内产生平行 于管轴的磁场，以形成磁透镜。
主要性能：
物镜孔径： 48毫米 放大倍率： 1.8倍 物方视场： 17° 调焦范围： 5米～无穷远 视度范围： ±5屈光度 出瞳直径： 7毫米 分辨力： ≤2.8毫弧度 工作电压： 3伏直流（采用标准5号电 池） 像增强器： 一代像增强器（XX1490） 尺寸： 192（L）×66（W）×88（H） 质量： 0.7公斤
应用案例（二）-医用X光透视摄像系统
新一代X光透视机 由X光透视摄像系统、高分辨 率CCD摄像机、显示器与计 算机组成。将传统的暗室透视 变为明室透视。 显示器和计算机设在室外，医 生免受常年工作的伤害，方便 观察。X光剂量大大降低，利 于保护透视人员。
谢谢
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二代象增强器的微通道板结构配以负电子亲和势光电阴极， 构成第三代像增强器。 第三代像管具有高增益、低噪声、较高的图像分辨力的优点， 成为目前性能最优越的直视型光电成像器件。
应用案例（一）
WGS15-1 型手持微光夜视仪 主要特点：该夜视仪是以微光像增强器为核心携带方便的一代
手持微光夜视仪，该夜视仪配有IR助视灯，视场大、体积小、重 量轻、使用方便。 用途：用于夜间和低照度下进行观察。在公安侦破、边防守卫 、海关及科学研究等方面均可广泛运用。
像管的组成
电子光学系统（电聚焦、磁聚焦）-电聚焦
电子透镜里的圆筒形电极形成 对光电子聚焦和加速的电场。 1、各电极采用多个电阻串联分压的 方式连接，从而使各电极电压之比保 持不变，即使总电压稍有改变，其电 子轨迹也基本不变。 2、荧光屏多采用外侧为平面，内侧 为球面的光纤面板且光电阴极多作成 曲面状,以补偿电聚焦引起的像差
优点：
体积小，重量轻，整管长度和重量 约为一代级联管的二分之一 亮度便于调节 减少了荧光屏的光反馈 整管电压较低
缺点：
噪声大，主要是的附加噪声； 图像不够均匀； 工艺难度大，主要是的制作以及后 续工序对MCP有影响。
第三代像增强器：微通道板配以负电子亲和势光电阴极
P.S. 图像增强器只是把微弱 光图像的发光强度增强，该 图像还是属于可见光范围内。
像管的组成
光电阴极 电子光学系统（电聚焦、磁聚焦） 荧光屏
像管的组成
光电阴极
涂覆于光窗内壁的光电发射材料 薄膜。 工作原理：外光电效应（将光信 号转为电信号）
像管的组成
电子光学系统（电聚焦、磁聚焦）-电聚焦
电子透镜里的圆筒形电极形成 对光电子聚焦和加速的电场。 1、各电极采用多个电阻串联分压的 方式连接，从而使各电极电压之比保 持不变，即使总电压稍有改变，其电 子轨迹也基本不变。 2、荧光屏多采用外侧为平面，内侧 为球面的光纤面板且光电阴极多作成 曲面状,以补偿电聚焦引起的像差
静电聚焦型像管的基本结构示意图
优点：聚焦作用强强、容易调 节、易保证边缘镜像差，分辨 率高。 缺点：尺寸和重量都较大，结 构较复杂
电磁聚焦型像管的基本结构示意图
像管的组成
荧光屏
荧光层
经聚焦、加速后的电子撞击到荧光屏 上时，电子的动能激发荧光物质（硫 化锌镉）产生可见光，得到人们所需 要得影像。
铝膜
防止输出屏的荧光反射到输入屏的光 电阴极和防止二次电子反跳。
4.5 图像增强器
功能：把亮度很低的光学图像变为足够亮度的图像
目录
基本概念 像管的组成 发展历史
应用案例
基本概念
能够把亮度很低的光学图像变为 足够亮度的图像的真空光电管。
由于常和变像管一起使用，结构 又很相似，所以统称为像管。 变像管：能够把不可见光图像变 为可见光图像的真空光电管。