基于三代像增强器的高速图像采集方法
第３６卷第１期 ２０１４年２月 探测与控制学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏ１．３６ ＮＯ．１
Ｆｅｂ．２Ｏ１４
基于三代像增强器的高速图像采集方法
王占选 ，赵冬娥 ，刘 吉 。，于 爽 ，王 磊
（１．中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原０３００５１；
２．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原０３００５１）
摘 要：针对高速摄影领域中采用外加辅助照明光源获取的图像效果欠佳、光源设备成本高以及在户外使用
不便等问题，提出了基于像增强器的高速图像采集方法。该方法以９３５０ＥＯＦ＞３一ＰＲＯ三代像增强器和ＭＣ１３６２
高速相机为实验平台，设计了二者之间的接口转换模块使之能够很好的匹配连接，从光谱响应和亮度增益两个
方面对图像采集系统进行实验和分析。验证结果表明，该方法在低照度环境下能显著提高成像效果，但在高照
度环境下工作容易饱和，有待进一步改善。
关键词：高速摄影；像增强器；接Ｉ２１转换；光谱响应；亮度增益
中图分类号：ＴＮ１４４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—１１９４（２０１４）０１—００８４—０４
Ａ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｉｍａｇｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｉｒｄ
Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ
ＷＡＮＧ Ｚｈａｎｘｕａｎ 一，ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇ’ｅ ，一，ＬＩＵ Ｊｉ 一，ＹＵ Ｓｈｕａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ ’
（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ａ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｈａｄ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅｓ ｏｆ ｐｏｏｒ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ，
ｈｉｇｈ ｌｉｇｈｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｏｕｔｄｏｏｒ ｕｓｅ，ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｍａｇｅ
ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ
ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ９３５０ＥＯＳ－３一ＰＲＯ ｔｈｉｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ ＭＣ１３６２ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａ．Ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｉｎ—
ｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ＳＯ ｔｈａｔ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｍａｔｃｈ ｗｅｌ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｌｕｍｉｎａｎｃｅ ｇａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ
ｑｕａｌｉｔｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，ｂｕｔ ｌｉｋｅｌｙ ｔｏ ＯＣＣＵｒ ｓａｔｕｒａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｅｅｄ ｆｕｒｔｈｅｒ
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ；ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ；ｉｎｅｒｆａｃｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｌｕｍｉｎａｎｃｅ ｇａｉｎ；
０ 引言
在国防科技研究领域，爆炸、燃烧、穿甲、弹道、
飞行姿态等研究都离不开高速摄影ｌ＿１］。要想准确采
集清晰、无拖尾的目标图像，高速相机的图像传感器
需要在极短的时间内（通常在微秒级别）积累足够数
量的光电荷完成曝光，而外界环境光照无法满足对
光通量的要求，一直以来高速成像系统都是通过添 加辅助照明光源进行图像的采集。由于对光源脉冲
宽度和光强等参数的特殊要求，常规成像方法存在
成本高、通过辅助照明获取的图像效果欠佳以及在
户外使用不够方便等问题。为此，本文以９３５０ＥＯＳ－
３一ＰＲＯ三代像增强器和ＭＣ１３６２高速相机为实验
平台，提出了利用像增强器进行高速图像采集的
方法。
＊收稿日期：２０１３—０９—２５ 基金项目：教育部科学技术研究重点项目资助（２１１０２７） 作者简介：王占选（１９８８），男，河北邢台人，硕士研究生，研究方向：光电检测、高速摄影。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｂｗｚｈｘ＠１２６．ｃｏｒｎ。
CCD相机的应用
CCD相机的应用
引言
CCD(Charge Couple Device)中文名为“电荷耦合器件”，是一种以电荷包
的形式存储和传递信息的半导体表面器件。1969年，美国贝尔电话实验室的
w．S．Boyle和G．E．Smith在探索磁泡器件的电模拟过程中，产生了电荷耦合器
件原理的设想，并在实验中得到验证。最初，CCD只是作为存储器件使用，但后
来依靠已经成熟的MOS集成电路工艺，CCD技术得到迅速的发展。
CCD的工作原理
CCD是一种大规模集成电路工艺制作的半导体光电元件，它在半导体硅片上
制有成千上万个光敏元，产生与照在它上面的光强成正比的电荷。CCD基本构成
单元是MOS电容器，它以电荷为信号，通过对金属电极施加时钟脉冲信号，在半
导体内部形成储存载流子的势阱。当光或电注入时，将代表信号的载流子引入势
阱，再利用时钟脉冲的规律变化，使电极下的势阱作相应变化，就可以使代表输
入信号的载流子在半导体表面作定向运动，再通过对电荷的收集、放大，把信号
取出。
CCD的发展与应用
世界各科技强国在CCD研制、开发及应用领域都投入了大量的人力、物力和
财力，展开了广泛而深入的工作。美国是研究CCD技术最早的国家，在该领域一
直处于领先地位。Bell实验室是CCD研究的发源地，并在CCD传感器和电荷信号处
理研究方面保持优势。通用电器(GEC)、无线电(RCA)和柯达fKODAK)等著名公司
的研究机构在面向军、民用及工艺研究居于领先地位。日本是CCD生产大国，产
量居世界之首。索尼(SONY)、NEC等公司的CCD研发很快，已成为美国强大的竞争
对手。[1]
1974年，美国RCA公司的512×320像元面阵CCD摄像机首先问世。近年来，
随着大规模、超大规模集成电路工艺的发展，CCD研制水平不断提高，阵列元素
不断增加，CCD摄像机的性能也越来越好，并且CCD芯片的成品率不断提高，器件
尺寸不断缩小。CCD图像传感器的像素高密度集成化己有了显著的突破，线阵CCD
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。
三代微光像增强器分辨力自动测量系统
第３３卷第１期 ２０１２年１月 应用光学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏ１．３３ ＮＯ．１ Ｊａｎ．２０１２
文章编号：１００２—２０８２（２０１２）０１—０１４４—０４
三代微光像增强器分辨力自动测量系统
史继芳，孙宇楠，解 琪，李宏光，吴李鹏，韩占锁，王生云，杨 斌
（西安应用光学研究所，陕西西安７１００６５）
摘 要：传统的像增强器分辨力测量通常采用目视观察法，但目视法受人的主观因素影响，测量
准确度不高。为改善目视观察法带来的弊端，设计了三代微光像增强器分辨力自动测量系统。
系统中选用了科学级制冷型ＣＣＤ与计算机构成观测系统，采集微光像增强器荧光屏上的分辨
力靶图像通过计算机进行图像处理和软件分析计算，得出三代微光像增强器分辨力，并与人眼
观测结果进行比较。
关犍词：光学测量；微光像增强器；分辨力；测量系统
中圈分类号：ＴＮ２２３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１２３３．０１０３００９
Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＬＬＬ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ
ＳＨＩ Ｊｉ—ｆａｎｇ，ＳＵＮ Ｙｕ—ｎａｎ，ＸＩＥ Ｑｉ，ＬＩ Ｈｏｎｇ—ｇｕａｎｇ，ＷＵ Ｌｉ—ｐｅｎｇ，ＨＡＮ Ｚｈａｎ—ＳＵＯ，
ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ—ｙｕｎ。ＹＡＮＧ Ｂｉｎｇ （Ｘｉ’ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｉＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ
ｈｕｍａｎ ｅｙｅｓ，ｂｕｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｖｅｒａｃｉｔｙ ｉｓ ｎｏｔ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｉｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ３ ｒｄ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉ—
三代微光像增强器亮度增益测量装置
第３２卷第２期 ２０１１年３月 应用光学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏ１．３２ ＮＯ．２ Ｍａｒ．２Ｏ１１
文章编号：１００２—２０８２（２０１１）０２—０３００—０３
三代微光像增强器亮度增益测量装置
史继芳，王生云，孙宇楠，解 琪
（西安应用光学研究所，陕西西安７１００６５）
摘 要：微光像增强器是微光夜视仪的核心器件，它是微光夜视整机性能和价格的决定因素。
微光像增强器是在微弱的光线下工作的，因此必然是光能放大器。亮度增益是评价微光像增强
器光电性能的一个重要参数，它直接影响了微光整机的性能，因此，对像增强器的亮度增益测试 技术的研究具有重要意义。文中介绍了三代微光像增强器的亮度增益测量原理和装置，并对测
量结果进行了不确定度评定。 关捷词：微光像增强器；亮度增益；测量装置；不确定度
中图分类号：ＴＮ１４４ 文献标志码：Ａ
Ｔｈｉｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｇａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ
ＳＨＩ ｊｉ—ｆａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ—ｙｕｎ，ＳＵＮ Ｙｕ—ｎａｎ，ＸＩＥ Ｑｉ （Ｘｉ’ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｌｉｍｍｅｒ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｉｓ ｃｏｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｌｅｖｅｌ ｎｉｇｈｔ ｖｉｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｇｌｉｍｍｅｒ ｎｉｇｈｔ ｖｉｓｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｐｒｉｃｅ．Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｇｌｉｍｍｅｒ
ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｗｏｒｋｓ ｕｎｄｅｒ ｗｅａｋ ｌｉｇｈｔ，ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｅｎｅｒｇｙ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ．Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｇａｉｎ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ
ICCD技术参数
iStarDH334T规格概要Ø
18mmØ25mm有效CCD面积（mm)13.3x13.3mm有效像素1024x1024光纤锥放大率1:11.5:1CCD像素尺寸13x13µm(100%fillfactor)19.5x19.5µm(100%fillfactor)读出噪声低于4e-Frame
rateimage/sec[spectra/sec]Upto4[3,450]
光阴极光谱范围120-1,100nm光阴极量子效率Upto50%Upto45%最小光学门宽<2ns数位16bit特点和好处.USB2.0连接简单插拔连接.多兆赫读出速度快速过渡现象分析和“聚焦模式”的快速图像捕捉.内置数字延迟发生器综合软件控制·封闭耦合门控<2ns的真正光学门控-极限的时间分辨率.最低内置延迟低至19ns.光纤耦合高光通量没有光损失·IntelliGate™在紫外波段，微通道板门开关比>108·光阴极门控速率达到500KHz对于高速的激光实验，增强了信噪比·裁剪传感器模式专业化采集模式，实现最快的图像采集速率·高分辨率的二代或三代像增强器最高可用增强分辨率时量子效率增强到50%，灵敏度范围从110nm到1100nm·热电制冷至-40℃低光应用的理想选择·实时控制直观的用户界面，更好地实现实时采集.光电阴极干燥气体净化端口弱光应用时减小等效背景噪声是高分辨率、纳秒级时间分辨率成像的行业主力安道尔的iStarDH334T像增强CCD相机为高分辨率、纳秒级时间分辨光谱提供最终的综合解决方案。1024×1024阵列搭配安道尔的中阶梯光谱仪时，很适用于各种时间分辨应用，包括等离子体分析，LIBS或超快瞬态。它具有多兆赫读出通道，USB2.0连接笔记本电脑，集成的软件控制的数字延时发生器。这使得复杂的实验，通过一个按钮，通过一个单一的交互界面与充分的时间和增益控制实现无缝集成。第二代或三代像增强器的入口窗和荧光选项可实现120nm至1100nm的波长范围要求和最小门控<2ns的要求。二代像增强器规格
基于三代像增强器的高速图像采集方法
第３６卷第１期 ２０１４年２月 探测与控制学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏ１．３６ ＮＯ．１
Ｆｅｂ．２Ｏ１４
基于三代像增强器的高速图像采集方法
王占选 ，赵冬娥 ，刘 吉 。，于 爽 ，王 磊
（１．中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原０３００５１；
２．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原０３００５１）
摘 要：针对高速摄影领域中采用外加辅助照明光源获取的图像效果欠佳、光源设备成本高以及在户外使用
不便等问题，提出了基于像增强器的高速图像采集方法。该方法以９３５０ＥＯＦ＞３一ＰＲＯ三代像增强器和ＭＣ１３６２
高速相机为实验平台，设计了二者之间的接口转换模块使之能够很好的匹配连接，从光谱响应和亮度增益两个
方面对图像采集系统进行实验和分析。验证结果表明，该方法在低照度环境下能显著提高成像效果，但在高照
度环境下工作容易饱和，有待进一步改善。
关键词：高速摄影；像增强器；接Ｉ２１转换；光谱响应；亮度增益
中图分类号：ＴＮ１４４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—１１９４（２０１４）０１—００８４—０４
Ａ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｉｍａｇｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｉｒｄ
Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ
ＷＡＮＧ Ｚｈａｎｘｕａｎ 一，ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇ’ｅ ，一，ＬＩＵ Ｊｉ 一，ＹＵ Ｓｈｕａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ ’
（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
三代微光像增强摄像系统选通成像系统研究
第３５卷第１期 ２０１４年ｉ月 应用 光学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏ１．３５ ＮＯ．１ Ｊａｎ．２ｏ１４
文章编号：１００２－２０８２（２０１４）０１—００２７—０４
三代微光像增强摄像系统选通成像系统研究
刘 宇，郭 城，茹志兵
（西安应用光学研究所，陕西西安７１００６５）
摘要：提出一种能够高速选通工作的三代微光像增强摄像系统（ＩＣｃＤ）。采用三代像增强器， 设计了光阴极选通控制电路，使ＩＣＣＤ系统能够高速选通成像；通过分析、比较，设计了双高斯复
杂化结构的中继镜头耦合方案，获得了高透过率、高调制传递函数（ＭＴＦ）的图像耦合性能。采
用数字ＣＣＤ、数字图像采集卡及其集成的图像处理硬件，编写了相关处理软件，使ＩＣＣＤ系统的
图像能够快速呈现。结果表明：设计的三代选通ＩＣＣＤ具有３．３ ｎｓ选通门宽，空间分辨力达到
６００ ＴＶＬ。
关键词：选通成像；三代像增强器；数字成像 中图分类号：ＴＮ２２３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１４３５．０１０１００６
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ３ｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＩＣＣＤ ｇａｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩＵ Ｙｕ，ＧＵＯ Ｃｈｅｎｇ，ＲＵ Ｚｈｉ—ｂｉｎｇ
（Ｘｉ’ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ３ ｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｙｉｎｇ ｃｈａｒｇｅｄ—ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｍｅｒａ（ＩＣ—
ＣＤ）ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｕｌｄ ｏｐｅｒａｔｅ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｇａｔｉｎｇ．Ａ ｇａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｄｅ—
ｓｉｇｎｅｄ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ ｏｆ ａ ３ｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｔｕｂｅ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＩＣＣＤ
光电成像原理及技术--课后题答案(北理工)
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第一章
5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？
答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。
b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差；
分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认；
时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上；
空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察；
光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。
6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？
答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。
在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1，
光电灵敏度：
或者：
8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？
答，利用分辨力和光学传递函数来描述。
分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。
光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。
第二章
6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？
答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）；
景物细节对光电成像系统接受孔径的张角；
景物细节与背景之间的辐射对比度。
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13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？
答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类：
黑体，=1；
灰体，<1,与波长无关；
选择体，<1且随波长和温度而变化。
14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。
基于多分辨率融合的X射线图像动态范围扩展技术
基于多分辨率融合的X射线图像动态范围扩展技术
李汉志;赵宝升;李伟
【摘 要】针对X射线图像增强器所成图像动态范围小的缺点,提出一种基于多分辨率图像融合的动态范围扩展方法.通过小波变换,将两幅不同管电压条件下采集的X射线图像融合为一幅图像,以扩展单幅X射线图像的动态范围.试验结果显示,与两幅源图像相比,融合图像的动态范围得到显著扩展,各项量化指标均优于射线管电压取两次采集时的中间值的射线图像.
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2010(032)012
【总页数】4页(P918-920,925)
【关键词】X射线图像像增强器;动态范围扩展;信号处理;图像融合
【作 者】李汉志;赵宝升;李伟
【作者单位】中国科学院,西安光学精密机械研究所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安,710119;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,西安光学精密机械研究所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安,710119;长安大学,信息工程学院,西安,710064
【正文语种】中 文
【中图分类】TG115.28;TP391.4
数字X射线成像技术在无损检测方面的应用日益广泛,目前主要有计算机 X射线成像(CR,computer radiography)、采用电荷耦合器的数字X射线成像以及使用平板探测器的X射线成像技术。平板探测器以其动态范围大和空间分辨率高等优异性能,是目前最先进的射线检测设备。但是,基于平板探测器的射线成像系统价格十分昂贵。在检测要求不是极其苛刻的条件下,具有较高分辨力的X射线图像增强器系统使用十分广泛。这种X射线成像系统的优点是价格远低于平板探测器,缺点是成像动态范围小、背景噪声大以及背景不均匀性严重[1]。针对X射线图像增强器系统动态范围小的问题,笔者提出一种基于多分辨率图像融合的射线图像动态范围扩展技术。
1 算法原理
1.1 小波分解与重构
根据Mallat提出的塔式分解方法[2],离散小波分解如下式：式中a为低频子带;h,v,d分别为水平、垂直和对角方向的高频子带;J为执行小波分解的层数;C0为原始图像;H和G分别为尺度函数和小波函数对应的滤波器系数矩阵;H′和G′分别为H和G的共轭转置矩阵,它们都随小波基的选择而定。相应的小波重构算法是：
数字媒体中的图像去噪与图像增强方法比较
数字媒体中的图像去噪与图像增强方法比较
在数字媒体领域中，图像处理是一项重要的技术，旨在改善图像的质量和外观。在图像处理中，图像去噪和图像增强是两个相关但又略有不同的概念。图像去噪旨在从图像中消除噪声，以改善图像的清晰度和细节。而图像增强则是通过增强图像的亮度、对比度和色彩等特征，使图像更加清晰和吸引人。本文将比较数字媒体中常用的图像去噪和图像增强方法，旨在帮助读者更好地了解各种方法的特点和适用场景。
1. 图像去噪方法比较
1.1 统计滤波器法
统计滤波器法是一种基于图像的统计特性，通过对图像像素值进行统计分析，判断是否为噪声并进行去除。其中一种常见的统计滤波器是中值滤波器，它通过计算像素值的中位数来消除孤立的噪声点。统计滤波器法简单易用，对整体像素值分布影响较小，适用于高斯噪声、椒盐噪声等。
1.2 小波变换法
小波变换法是一种基于信号频域特性的滤波方法。它能够将图像分解成不同尺度和频率的子带，通过控制不同尺度的权重，去除高频噪声和低频噪声。小波变换法能够有效去除多种类型的噪声，并保持图像的细节信息。
1.3 自适应滤波法
自适应滤波法是一种基于邻域像素值的滤波方法。它通过定义邻域大小和权重函数来计算每个像素的新值，以降低噪声对图像的影响。自适应滤波法能够在保持图像细节的同时去除噪声，适用于各种类型的噪声。
2. 图像增强方法比较 2.1 直方图均衡化
直方图均衡化是一种常见的图像增强方法，它通过对图像像素值的分布进行重新调整，使得图像的整体对比度得到增强。直方图均衡化适用于低对比度的图像，可以使得图像更加清晰明亮，但有时可能会引入噪声。
2.2 高斯滤波
高斯滤波是一种平滑图像的方法，通过对图像进行高斯模糊处理，降低噪声干扰，使图像更加平滑。高斯滤波适用于高斯噪声和孤立噪声的去除，但可能会损失图像的细节。
2.3 锐化增强
锐化增强是一种通过增强图像的边缘和细节来改善图像质量的方法。常用的锐化增强算法包括拉普拉斯算子和梯度算子等。锐化增强能够使图像更加清晰细致，但也可能增加噪声的强度。