微光像增强器原理

微光像增强器原理

微光像增强器原理

微光像增强器可以把微弱的光信号增强，是一种用于照明的设备。它的工作原理主要基于光学技术，其基本运作原理如下。

首先，微光像增强器中使用的反射镜来对微弱的光信号进行反射，把它们集中到一起，从而使微弱的光信号变得更强。这样就可以产生足够的光来照亮环境中的任何物体。

其次，微光像增强器中使用了光学滤波器，它可以帮助减少进入设备中的噪声信号，从而让照明效果更加完美。

此外，微光像增强器还搭载了LED照明装置。这使得它可以把精密的微弱的光信号增强，从而使图像或照片拥有更好的视觉效果。

最后，微光像增强器还具有自动稳定技术，这使它能够适应不同光环境，并调节照明参数，从而提供更高品质的图像。

总之，微光像增强器是一种利用光学原理，能够对微弱的光信号进行增强和减少噪声信号，从而产生更强的光照明效果、拥有更迷人的视觉效果的设备。它是照明技术领域中非常先进、高效的方案。

光电成像器件

目录 光电成像器件的原理及组成 (1) 像管 (1) 摄像管 (2) 固体成像器件 (3) 光电成像器件的应用 (4) 光电成像器件的最新发展方向 (4)

光电成像器件的原理及组成 光电成像器件从成像原理上，可分为扫描型与非扫描性两类；从人的观察应用上，又可分为直视型和非直视型两类；按工作原理分，又可分为像管，摄像管和固体成像器件。 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）。 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］ 电F透键系统 s红卄賣像管 b 一种髙谗擾妙吏像管图1赍像管 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。 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］ EG 2 軒维光学齡令三级级联像增強曇 所示。25/H25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5X10，等效背景照度2X10勒克斯。 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。 光电子进入通道后， 由于多次倍增过程，使电子急剧增多，在输出端可获得10〜10的电子增益。目 前，微通道板的典型性能是：通道直径 10〜12微米，通道中心距15微米，长径 比50,厚 0.6毫米，加1 000伏电压，电子增益为10 。 带有微通道板的像增强器通常称为第二代像增强器。其突出优点是体积小、 重量轻、增益可调、本身具有防强光作用，但噪声较大。它有二种形式：一是薄 片管，它把微通道板平行安置在靠得很近的光电阴极与荧光屏之间，从而形成双 近贴像增强器；另一是倒像管，它类似通常单级像增强管，但在荧光屏前置一微 通道板。第二代倒像管的性能与第一代相接近。 如果在第二代薄片管中，光电阴极采用负电子亲和势发射材料， 便构成所谓 第三代像增强器。这种光电阴极通常是III,V 族化合物P 型半导体单晶，由液相 外延或汽相外延生成，然后在超高真空中清洁表面并用铯氧进行处理， 使其真空 能级位于半导体导带底之下，从而形成负电子亲和势。它的突出优点是灵敏度高、 光谱响应向长波阈延伸、光电子的能量分布集中和暗发射小。目前第三代像增强 器的典型水平为：灵敏度（透射式 GaAs 光电阴极）950微安/流明，分辨率30 线对/毫米。 电子照相管一种用胶片直接记录电子图像的器件。它一般采用匀强磁场聚 焦，电子束加速电压为15〜40千伏，用对高速电子敏感的底片记录。其突出优 点是图像无畸变、分辨率高（可达 200线对/毫米）、动态范围大、灰雾和暗背 景小，很适合于观测记录微弱天体，目前已在许多天文台中使用。 摄像管 利用电子束对靶面扫描，把其上与光学图像相应的电荷潜像转换成 一定形式的视频信号的器件的总称。它通常在两种场合下工作：照度在200勒克 斯以上（如广播与工业电视）和照度在 10勒克斯以下（如微光电视）。 摄像管通常由移像段（或不用移像段）、靶与扫描段所组成。其工作原理可 归纳如下。①图像的记录，移像段（其原理与像管相同）将光电阴极上的光电子 图像转移到靶上（不用移像段时，直接将光学图像）变换成靶面上积累的电荷潜 像。②图像的读取，扫描段通过电子枪与偏转系统实现细电子束对靶面的扫描， 将靶面上电荷潜像变换为视频信号

光电成像原理及技术--课后题答案(北理工)

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。 第三章

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。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。 维恩位移定律： 他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律： 一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章 1、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论或实验依据是 什么？ （1）像管的成像过程包括3个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图 像 B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增 C、将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像 （2） A过程：外广电效应、斯托列夫定律和爱因斯坦定律 B过程：利用的是电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量 增强；或者利用微通道板中二次电子发射来增加电子流密度来进行图 像增强

论文红外与夜视仪

1基于微光与红外融合的夜视技术 关键字：红外器件红外焦平面阵列微光夜视仪夜视技术光机扫描红外热成像红外热像红外图像量子效率BCG-MCPIV 摘要：以像增强器为主线概述微光成像技术,以红外探测器为主线概述红外热成像技术, 分别介绍各自的发展历程、技术特点和发展趋势,并对这二种夜视技术进行了比较,最后介绍微光图像和红外图像的融合技术。将微弱的光信号转换成电信号，并进一步放大、转换成可视信号的固态电子器件。是在黑夜或低照度（小于1勒克斯）下扩展人眼视力的微光夜视技术的关键部件。其中包括：①直接微光成像器件。功能是把微弱的光学图像转换成电子图像，再经过增强传递到荧光屏上，以得到人眼可视的照度(1～105勒克斯)和可见的光谱范围(350～760纳米)。②把微弱光信息转换成视频信号的微电摄像器件。把收集到的光学图像以其光强的分布转换成电荷量的分布并存储，随后将存储的电荷图像转换成视频信号，从而扩展人眼接收微光信息的范围。在工、农业、航天、科研、国防、公安等部门中，凡需要采集低照度下的光学信息时，都离不开微光器件。由微光器件组成的微光夜视仪广泛应用于战术武器和防盗系统。 1背景：20世纪40年代研制成功的主动式红外夜视仪是夜视器材的鼻祖，它的出现使人类第一次看到黑暗中的目标。主动式红外夜视仪成像清晰，对比度好，但由于需要红外光源照射，存在着能耗大，易暴露的缺点。 1962年，美国人研制成功像增强器，使得夜视器材的发展产生了一个飞跃。 我们平时所谓的黑夜，很少是绝对黑暗的，因为自然界总是存在着微弱的光线，例如星月光，大气的辉光和黄道光。即使肉眼不容易察觉的星星，对地面的照度仍然可以达到2x10负4次方勒克司。能够利用如此微弱的光线进行观测，是因为两个技术上的重大突破。 首先，研制成功了灵敏度极高的光电阴极，既S-20多碱光电阴极。比以前的光电阴极灵敏度提高了一个数量级，使得夜视仪的光电增益大大提高。 另一个突破是采用了光学纤维面板。既一种由大量光导纤维组成的薄板阵列，每根纤维传导一个像素减少了光的散射，传导效果好，由于可以将纤维的末端排列成曲面，天然的避免了像差，大大提高了成像质量。 将多个上述结构的像增强管串联起来，将光线逐级放大，使得极其微弱光线下的图象放大到了人眼可以清晰观看的程度，便实现了无须红外照明的微光观测。

光电成像

1.直视型光电成像器件与电视型光电型成像器件区别： 直视型光电成像器件： 1）用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分。 2）工作方式是：通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。基本结构包括有： 3）基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板（电子倍增器件）、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。 电视型光电成像器件： 1）用于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号。 2) 工作方式：接受二维光学图像或热图像，利用光敏面的光电效应或热电效应将其转换为二维电荷图像并进行适当的时间存储，然后通过电子束扫描或电荷耦合转移等方式，输出一维时间的视频信号。 3）按工作方式可分为：电真空摄像器件；固体摄像器件； 4）按工作原理可分为：光电摄像器件；光电导摄像器件；光电增强型摄像器件；热释电摄像器件；固体摄像器件； 2.光电成像器件的特性： 3.光电成像器件的噪声种类：散粒噪声；产生-复合噪声；温度噪声；热噪声低频噪声、介质损耗噪声等。 第五章 1.像管成像的物理过程： 1.）将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像； 2.）使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增； 3.）将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像。 2.外光电效应的特点（两个定律）： 1）斯托列托夫定律：当入射光的频率或频谱成分不变时，光电发射体单位时间内发射出的光电子数或饱和光电流IG与入射光的强度成正比； 该定律表明：入射光越强，其产生的光电发射越大。 2）爱因斯坦定律：光电发射出来的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关。 该定律表明：当入射频率低于ν0时，不论光强如何都不会产生光电发射。 3.像管的类型:1）工作波段可分为：工作于微弱可见光的像增强器；工作于非可见辐射（近红外、紫外、X射线、γ射线）的变像管。 2）工作方式可分为：连续工作像管、选通工作像管、变倍工作像管等； 4.二代像管与一代像管区别： 它不是采用多级级联实现光电子图像倍增，而是采用在单级像增强器中设置MCP来

变像管

中文名称：变像管 英文名称：image converter 定义：像管的一种。能使不可见的图像，如红外像、紫外像或Ｘ射线像，变成可见光波段的像，以便观察和记录。 7.1.3 变像管 1.红外变像管 如图7-10所示。 ?对于波长小于1.15μm的近红外辐射，变像管 利用银-氧-铯光电阴极，直接进行变像。 ?对于波长大于1.15μm的红外辐射，因没有合 适的光电阴极，利用光电导技术进行间接变 像。 光电导技术的变像原理：入射的红外辐射图像经 图7-10 光电导式红外变像管原理示意图红外物镜成像在光电导靶上，在靶面上形成相应的电 势分布图像；当电子枪发射的电子束在偏转磁场的作 用下，入射到靶面上时，就会受到电势图像的调制；原入射的电子束中有一部分电子再经偏转磁场和电场的作用而返回到荧光屏上，使之发出荧光。 红外变像管的应用：军事、公安等方面的红外夜视仪器；暗室管理、物理实验、激光器校准和夜间生物活动的观察。 2.紫外变像管 紫外变像管的基本结构：与图7-10相似，只是光电阴极的材料和光谱响应有所不同。 紫外敏感（日盲型）的光电阴极材料及其响应波段分别为： ?Sb-Cs光电阴极（石英玻璃窗口），λ>200nm； ?Cs-I光电阴极（MgF2或LiF窗口），105nm或115~195nm； ?Rb-Te光电阴极（蓝宝石窗口），145~320nm。 紫外变像管的应用：和光学显微镜结合起来，用于医学和生物学等方面的研究。 3.选通式变像管

选通式变像管的结构：如图7-11所示，选通式变像管的关键是在电子光学系统的阴极与阳极之间增加一对带孔栏的金属电极（称 为控制栅）。 选通式变像管的工作原理：改变控制栅 的电压，从而控制变像管的导通和光电子的 发射。 ? 变像管导通——控制栅的电压 U G 比光电阴极电压高175V 。 ? 变像管截止——控制栅的电压UG 比光电阴极电压低90V 。 选通式变像管选通的工作方式： ? 单脉冲触发式——主要用于高 速摄影中的电子快门。 ? 连续脉冲触发式——主要用于主动红外选通成像与测距。 像增强管是将微弱的可见光图像增强，使之成为明亮的可见图像的真空电子器件。变像管是将不可见光的图像变成可见图像的真空电子器件。在像增强管和变像管中，当外来辐射图像成像于光电阴极时，光电阴极发射电子，电子经加速或经电子透镜聚焦并加速后，轰击荧光屏使之产生较亮的可见图像。 1934年，G.霍尔斯特等人制出第一只红外变像管。工作时，在平面阴极与平面荧光屏之间加高电压，阴极与荧光屏距离很近。这是一种近贴聚焦系统。此后又出现静电聚焦和电磁聚焦的成像系统。 单级像增强管的亮度增益通常在 50到100倍之间。采用纤维光学面板作为输入和输出窗口，可以把像增强管级联起来。三级级联的像增强管可获得104到105 倍的亮度增益。级联像增强管配上物镜、目镜和电源后即成为夜间观察仪器，可用于军事、天文、医学、特殊照相、动物夜间习性观察、夜间监视等。这种可级联的像增强管称为第一代微光管,体积较大,且防强光能力差。在静电聚焦或近贴聚焦系统中加入一块微通道板，使单管达到104倍的亮度增益,就成为第二代像增强管(图1, 图2)。微通道板实际上是一个次级发射电流放大器。它是由几十万至几百万根空心玻璃丝组成的阵列，每根空心玻璃丝都具有一定的电导率和大于 1的次级发射系数。微通道板两端面涂有电极,可加 600～1000伏的电压。光电子进入微通道板后,通过倍增作用,使电流放大1000～3000倍。其输出电子经加速后轰击荧光屏，显示出可见光图像。 图7-11 选通式变像管示意图

微光夜视

微光夜视与热成像技术发 展及应用

微光夜视技术 1.微光夜视技术的发展 微光夜视技术致力于探索夜间和其它低光照度时目标图像信息的获取、转换、增强、记录和显示。它的成就集中表现为使人眼视觉在时域、空间和频域的有效扩展。 微光夜视技术的发展以1936年P.Gorlich发明锑铯(Sb-Cs)光电阴极为标志。A.H.Sommer1955年发明了锑钾钠铯(Sb-K-Na-Cs)多碱光电阴极(S-20)，使微光夜视技术进入实质性发展阶段。1958年光纤面板问世，加之当时荧光粉性能的提高，为光纤面板耦合的像增强器奠定了基础。62年美国研制出这种三级及联式像增强器，并以次为核心部件制成第一代微光夜视仪，即所谓的“星光镜”—AN/PVS-2,并用于越战。 62年出现了微通道电子倍增器，70年研制出了实用电子倍增器件MCP-微通道板像增强器，并在此基础上研制了第二代微光夜视仪。70年代发展起来的高灵敏度摄像管与MCP像增强器耦合，制成了性能更好的微光摄像管和微光电视。82年英军在马岛战争中使用，取得了预期的夜战效果。65年J.Van Laar 和J.J.Scheer制成了世界上第一个砷化镓(GaAs)光电阴极。 79年美国ITT公司研制出利用GaAs负电子亲和势光电阴极与MCP技术的成像器件（薄片管），把微光夜视仪推进到第三代，工作波段也向长波延伸。60年代研制出的电子轰击硅靶(EBS)摄像管和二次电子电导(SEC)摄像管与像增强器耦合产生第一代微光摄像管。80年代以来，由于电荷耦合器件(CCD)的发展，不断涌现新的微光摄像器件。像增强器通过光纤面板与CCD耦合，做成了固态自扫描微光摄像组件，和以它为核心的新型微光电视。 第一代微光夜视技术 20世纪60年代初，在多碱光阴极(Sb-Na-K-Cs)、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5*104～105倍。第一代微光夜视技术属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，

光电子器件笔记

光电子器件 第一章 1、 光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率. 光谱响应率（R λ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。 R λ（单位：A/W ） 光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。 2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统 α—称为器件与 ,面积A2愈大, α愈大， 即二者完全失配,则该光电器件 dP du R s u λλ=dP di R s i λλ=m R R R λλ=)( λR m R 1.24λλη )(λ λ 12A A =α

3.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏，称为噪声。噪声是物理过程所固有的，人为不可能消除。它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。 光电探测器的噪声来源主要有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。 当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率NEP 。 Pmin 越小，器件的探测能力越强。 对Pmin 取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，称为探测率。研究指出:探测率与器件的面积和工作带宽成反比。 4.光吸收厚度：设入射光的强度为 I0，入射到样品厚度为x 处的光强度为 I ，则： α为线吸收系数，单位为（1/cm ） α大时，光吸收主要发生在材料的表层；α小时，光入射得深。当厚度d=1/α时，称为吸收厚度，有64%的光被吸收。 5.本征吸收：价带中的电子吸收了能量足够大的光子后，受到激发，越过禁带，跃入导带，并在价带中留下一个空穴，形成了电子空穴对，这种跃迁过程所形成的光吸收称为本征吸收。 本征吸收条件：光子的能量必须大于或等于禁带的宽度Eg 。 6. 内光电效应: 材料在吸收光子能量后，出现光生电子－空穴，由此引起电导率变化或u n n s R u u u P P ==min x e I I α-=0

光电成像技术考点及解析

基本术语：光电成像技术（P2）：采用各类光电成像器件完成成像过程的技术可以统称为光电成像技术。像管（P8）：直视型光电成像器件基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板（电子倍增器件）、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。这种成像器件通常简称为像管。变像管（P8）：接受非可见辐射图像的直视型光电成像器件统称为变像管。像增强器（P8）：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件统称为像增强器。摄像器（P8）：电视型光电成像器件用于电视摄像和热成像系统中，只完成摄像功能，不直接输出图像的器件，也称为非直视型光电成像器件或者摄像器件。明适应、暗适应、:P31-32 凝视、凝视中心:P48的倒数第二段人眼的绝对视觉阈：P32.2 人眼的阈值对比度：P33.3 人眼的光谱灵敏度：光谱光视效率P34.4 人眼的分辨力：P34.5 图像的信噪比：P42的2-27 瞥见时间：P48的倒数第二段瞥见孔径：P49的顺数第二行辐射度量、辐射功率、辐度强度、辐亮度、辐照度、辐射出射度:P54 光度量、光能、光能密度、光通量：都在P58表3-3 光出射度：符号M、Mv，意义：光源单位面积向半球空间发射的光通量；定义式：,单位：; 照度：符号，意义：照射到表面一点处单位面积的光通量；定义式：，单位：lx；发光照度：符号：，意义：在给定方向上，单位立体角内的光通量；定义式：，单位：cd; 光亮度：，意义：表面一点处的面元，在给定方向上发光强度除以该面元在垂直于给定，单位：；方

向上的投影面积；定义式：坎德拉：光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540*10∧12Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/163W/sr.cd(P58) 1流明lm(P58):光通量的单位，点光源在某一方向的发光强度为1cd时，在该方向单位立体角内传出的光通量。(P58) 1勒克司lx：1lm的光通量均匀分布在1平方米的面积所产生的照度称为1lx。（P58) 视见函数:P59 朗伯辐射体:P60 气溶胶粒子:P91 云、雾、霾、霭：云由水滴和冰晶两种粒子组成，液态云滴的半径约为一到一百微米，冰晶尺寸稍大。雾由靠近地面漂浮在空中的机细小水滴或冰晶组成，是一种近地层的云。通常把水平能见度小于一千米的近地层水汽凝结物称为雾，能见度在一到十千米的雾称为轻雾和霭。由于人类活动排放的烟尘，或者海上产生的人力漂浮于大气中的固态气溶胶系统称为霾。（P91~92）大气消光：P94 大气散射：P99 大气吸收：P96 大气能见度（能见距度）（P101）大气透明度（P101）电子透镜（P123倒数第三段）光电子图像：由光电发射的斯托列托夫定律可知，饱和光电发射的光电子流密度与入射辐射通量密度成正比。因此，由入射辐射分布构成的图像的可以通过光阴极变换成由变换成由正比光电子流分布构成的图像。（P123）亮度增益：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与入射到阴极面上的照度Ev成正比。即GL=M/Ev（倍）在（P132页）等效背景照度：使荧光屏上亮度等于暗背景亮度值时的光

光电成像系统

光电成像系统 [教学目的] 1、掌握CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统； 2、了解微光像增强器件和纤维光学成像原理。 [教学重点与难点] 重点：CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统的组成。 难点：CCD的结构和工作原理、调制传递函数的分析。 成像转换过程有四个方面的问题需要研究： 能量方面——物体、光学系统和接收器的光度学、辐射度学性质， 解决能否探测到目标的问题 成像特性——能分辨的光信号在空间和时间方面的细致程度，对多 光谱成像还包括它的光谱分辨率 噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性 信息传递速率方面 （成像特性、噪声——信息传递问题，决定能被传递的信息量大小）

景噪声景 噪 声 声声 光电成像器件是光电成像系统的核心。 §1 固体摄像器件 固体摄像器件的功能：把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息（可见光、红外辐射等），转换为按时序串行输出的电信号——视频信号，而视频信号能再现入射的光辐射图像。 固体摄像器件主要有三大类： 电荷耦合器件（Charge Coupled Device，即CCD） 互补金属氧化物半导体图像传感器（即CMOS） 电荷注入器件（Charge Injenction Device，即CID） 一、电荷耦合摄像器件 电荷耦合器件（CCD）特点）——以电荷作为信号 CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移 CCD工作过程——信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程1.电荷耦合器件的基本原理 （1）电荷存储

构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器 电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态 （2）电荷转移 以三相表面沟道CCD为例 表面沟道器件，即SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件 体内沟道（或埋沟道CCD） 即 BCCD（Bulk or Buried Channel CCD）——用离子注入方法改变转移沟道的结构，从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部，形成体内的转移沟道，避免了表面态的影响，使得该种器件的转移效率高达％以上，工作频率可高达100MHz，且能做成大规模器件（3）电荷检测

微光夜视仪原理

微光夜视仪原理

文章简介 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。 文章详细内容 微光夜视仪原理 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。 微光夜视仪是根据光电效应的物理学原理制作而成的。光子进入夜视仪后打在金属板上，产生光电子。这些电子又通过一个安放在光屏前的薄盘片，盘片上有数百万个微通道（即数百万个像素），电子进入微通道后实现电子倍增，最后投射到荧光屏上成像。 因微光夜视仪是利用夜天光进行工作，属被动方式工作，因此能较好的隐藏自己，对从事特殊工作的部门，如军事、刑侦、辑毒、辑私、夜晚监控、保卫的应用等、它都是最合适的。 一、微光夜视仪的发展趋势 现已发展了三代、第一代为三级级联式微光夜视仪（由3个0代光电管串联组成）。第二代为微通道板式微光夜视仪，第三代为|||-V族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪。在第二代向第三代过度时发展了一种超二代的光电管称二代加，其技术性能仅次于三代产品。微光夜视仪如细分类那么就是0代、1代、2代、2代加、3代、共五个档次。微光夜视仪发展到今天，技术上已比较成熟且成像质量好，造价低、因此在今后相当一段时期里，它们仍然是世界夜视装备一主要装备。二代加和三代产品具有体积小，重量轻、图像清晰、功能全、实用等特点。是军队、公安、武警、海关、石油行业、新闻采访、旅游、水产养殖、大自然爱好者、及其它行业夜晚工作不可缺少的装备。 但是由于其核心部件微光像增强器属高科技产品，工艺特别复杂、成本高、价格相对较高。但从性能价格比看，还是相当好的。 二、微光夜视仪的主要参数指标夜视仪指标其实都不是很重要，特别是厂家标称的最远观测距离，一般都误差很大，没有任何的参考价值。指标部分也就看看倍率和口很径。 厂家给出的数据很多是一种理论值。夜视仪的观测距离受到黑暗程度，天气质量（如雾，雨等）的严重影响。同时夜视仪的观测距离分为微光观测距离和全黑观测距离。其中全黑观测距离需要红外发射器的辅助光源配合，所以会受到红外发射器发射距离的远近的影响。 夜视仪的观测距离最为主要受到夜视仪的增像管代数的影响。 <1>. 微光观测距离

微光夜视的原理和应用

微光夜视的原理和应用 1. 原理介绍 微光夜视技术是一种可以在极暗环境下获取图像并增强亮度的技术。它基于光 电转换原理，通过将微弱的光信号转换成可见的图像，以实现夜间观察。 1.1 光电转换原理 光电转换原理是微光夜视技术的基础。光电转换器件（如光电二极管或光电倍 增管）能够将入射的光子转换成电子信号，然后经过放大和处理，形成可见的图像。这种技术的原理是利用光的能量将光子产生的电子能量转换成图像，从而实现夜间观察。 1.2 光增强原理 微光夜视技术还依赖于光增强原理。光增强器是微光夜视设备的核心部件，它 能够将微弱的光信号放大数千倍，从而使原本难以察觉的光线变得清晰可见。光增强原理通过多次放大光的能量，从而让人眼能够观察到本来较为微弱的光线。 2. 应用领域 微光夜视技术在各个领域都有着广泛的应用，以下是一些典型的应用领域。 2.1 安全防护 微光夜视技术在安全防护领域起到了重要的作用。例如，安防摄像头和监控系 统经常使用微光夜视技术，能够实时获取夜间的图像并进行处理，提供给安全人员使用。此外，微光夜视设备还可以用于夜间巡逻、边境防卫等领域，为保障国家和地区的安全作出贡献。 2.2 军事应用 微光夜视技术在军事应用中得到了广泛的应用。例如，在夜间作战中，士兵可 以使用微光夜视设备观察敌方动向，提高作战效率和安全性。此外，微光夜视技术还可以应用于侦察、监视、目标锁定等军事操作，为军队提供准确的信息和战场优势。 2.3 野生动物观察 微光夜视技术在野生动物观察领域也有广泛的应用。通过微光夜视设备，观察 者可以更清晰地观察夜间活动的动物，获取它们的行为习性和习惯。这对于野生动

微光成像原理

微光成像原理 微光成像是一种利用低光量的光源来观察低亮度场景的技术。在微光条件下，人眼看 到的物体非常暗淡，但基于微光成像的原理，我们可以在低亮度条件下观察到物体的详细 信息。 微光成像原理可以用光子模型和视觉模型来解释。在光子模型中，相机和目标之间的 光通常很少，这是因为目标本身并不能发光。因此，妨碍微光成像的主要原因是光子的不足，光子数量不足会导致图像的噪声增加，影响图像质量。光子数目是否足够用来克服噪声，这取决于被观察物体的亮度和光子探测器的特性。 在视觉模型中，凭觉察物体的低亮度是基于我们眼睛中感光细胞的工作。视网膜中的 簇光感受器能够分辨物体的亮度，而棒状细胞主要负责分辨低亮度环境下的图像。当我们 处于低亮度环境时，棒状细胞会发挥作用，而处于高光照环境下时，视杆细胞才会发挥作用。 微光成像使用的技术涵盖了包括传统光学成像、夜视成像、红外成像等多种成像技术。其中，夜视成像使用的是增强型夜视技术，即增强低亮度光源的信号，以使其更好地被感 光器探测到。而红外成像则是利用具有不同波长的光来探测环境，以达到特定效果。 除了技术手段，微光成像还需要良好的图像处理方法，以增强目标的对比度和解决由 于光子探测不充分而导致的图像噪声问题。因此，数学和计算机技术在微光成像技术中扮 演着至关重要的角色。 微光成像应用广泛，可以应用到很多领域，包括夜视摄影、军事侦察、生物医学等等。在夜视摄影中，微光成像可以帮助我们获取晚上的生态场景，而在军事侦察领域中，它则 可以用来观察敌方位置、移动目标以及障碍等情况。在生物医学领域中，微光成像可以帮 助医生更好地诊断和治疗某些病症，例如照射肿瘤或进行内窥镜检查等。 要在微光条件下获得高质量的图像，需要充分了解微光成像的原理。综上所述，微光 成像原理是一种科学和技术相结合的技术，需要借助先进的摄像技术、复杂的图像处理和 计算机算法，以达到更好地图像增强和设备优化。

微光夜视仪原理

微光夜视仪原理 微光夜视仪原理是基于红外光和光电技术，通过增强光信号的强度来实现夜视的原理。微光夜视仪可以接收红外线辐射、星光和夜光等微弱的光源，将其转化为电子信号，然后 经过放大、旋转等处理，形成图像输出。其工作原理主要包括光电转换、信号强化、图像 显示等几个方面。 光电转换 微光夜视仪利用光电二极管或光电倍增管等元件将微弱的光信号转换为电信号。光电 二极管原理是在半导体材料中加入掺杂，使其原子内部存在不平衡的电荷，当受到光电信 号时，荷电粒子发生位移，产生一个电压差，从而将光能转换成电能。光电倍增管原理是 在光电二极管的基础上，添加了二次电子发射器，在强电场作用下，产生大量的二次电子，以达到信号增强的目的。 信号强化 转换后的电信号往往很弱，需要进行放大、滤波、增益等处理，以增强其强度，提高 图像质量。微光夜视仪通常采用光电倍增管技术，将微弱光信号放大到可观察的范围内， 通常可增强数万倍以上。 图像显示 将处理后的信号输出到光电观察器件上，形成图像显示。光电观察器件通常采用像增 强管、夜视镜等技术。像增强管原理是在屏幕上观察信号处理后的图像，通常使用漏斗形 或圆筒形玻璃管，内壁涂有光敏材料，在电场作用下，产生像增强效应。夜视镜原理是利 用反射原理，经过多层镀膜的光学玻璃，反射部分光线，让人眼观察到周围的光线，从而 实现夜间观察。 微光夜视仪原理是基于光电技术，将微弱的光信号转换为电信号，通过信号强化和图 像显示等处理，实现夜视功能。通过这样的技术手段，微光夜视仪可以帮助人类在夜晚实 现观察、监控、防御等方面的应用。 微光夜视仪已经广泛应用于许多领域，例如军事、安防、科研等。在军事方面，微光 夜视仪为士兵提供了优秀的夜间战斗能力，能够在夜间准确掌握敌情，更好地实现作战任务。在安防领域中，微光夜视仪可以用于夜间巡逻、边境防护、反恐行动等方面，提高安 全防范能力。在科研领域中，微光夜视仪可以用于天文观测、地质勘察、动物野生观察等 方面，从而更好地探索大自然和人类社会。 随着科技的不断发展，微光夜视仪的技术也在不断更新和完善。新型微光夜视仪已经 集成了多种先进技术，例如数字信号处理、高清晰度显示、无线联网等，使其具有更高的

红外成像与微光成像的区别

微光夜视技术又称像增强技术，是通过带像增强管的夜视镜，对夜天光照亮的微弱目标像进行增强，以供观察的光电成像技术。微光技术是光电高新技术中的重要组成部分。 在微光夜视产品中，图像增强器是核心器件，利用图像增强器将夜空中微弱的自然光，如月光、星光、大气灰光增强几百倍、几万倍达到使人眼能够进行远距离观察的程度。 黄绿光是人眼最敏感的波长，因此，这种颜色的荧光屏常常被应用到增像器上。我们在电影电视里看特种部队进行夜视成像时，夜视镜头里的图景呈现黄绿色就是因为这个原因。 红外成像技术

红外夜视技术分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。 主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的夜视技术，对应装备为主动红外夜视仪。 被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术，它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标。其装备为热成像仪。现阶段监控摄像机装备的都是主动红外系统，对被动红外系统的应用还较少。 微光成像技术之所以被各国军队大量应用在夜视上，是因为它的全面性。该技术相比红外技术，不需要红外灯发射红外线、不需要被观测物体必须有热量。从而很好的适应军队在不同环境下作战。 选择红外成像技术，第一得考虑红外灯的损耗和维护，第二要考虑被观测物体是否自身含有热量。 而微光成像技术不需要考虑这么多，只需借助自然光即可达成夜视效果。同时，微光夜视仪图像清晰、体积小、重量轻、价格低、使

用和维修方便、不易被电子侦察和干扰，应用范围广，这些也是红外夜视成像不可比拟的。 微光成像技术的缺点在于易受周边环境影响。如怕强光，具有晕光现象。在遇到强光的时候夜视仪无法进行观测，观测者会感到眩晕。微光图像的对比度差、灰度级有限、瞬间动态范围差、高增益时有闪烁、只敏感于目标场景的反射，与目标场景的热对比无关。 红外成像技术的优点在于其无需借助外部环境光，自身发射红外线光进行夜视成像。夜视范围广，受环境影响小。多用于楼宇监控摄像机，主要是因为它不借助自然光,适合在室内使用。而被动红外技术的红外热成像，不受雨雪、风霜等恶劣环境影响、成像清楚、准确度高、能识别伪装和抗干扰。红外热成像系统不像微光夜视仪那样借助自然光，而是靠目标与背景的辐射产生景物图像，因此红外热成像系统能24小时全天候工作。即使在白天也能通过热成像进行监控。

主动式红外夜视仪

主动式红外夜视仪 主动式红外夜视仪很像主动式雷达，依靠自身的人造红外光源发射近红外波段的光线去 照射目标，同时接收目标反射的红外线，通过红外变像管转换为可见图象。其组成包括：红外探照灯，是红外光源或加装红外滤光片的白炽灯； 光学系统，有物镜和目镜，物镜置于变像管前面，对接收的红外线进行聚集并进入变像管，目镜置于变像管后面，对变像管荧光屏的图象进行放大，以便于观察； 红外变像管，是设备的心脏部件，真空管内有光电阴极、电子透镜和荧光屏。变像管输入窗口内表面的银氧铯材料，在1.2 m波长红外线照射下向外发射电子，影响光电阴极各部位发射电子的密度，从而形成与输入红外线图象对应的电子图象；电子透镜是圆筒形金属阴极，工作时为较高正电压，迫使光电阴极发射的电子加速聚集到荧光屏对应的点上，形成较强可见光的电子荧光图象；电源，为仪器提供所需电压和电流。 1.原理 通过红外辐射源照（红外探照灯）照射被测物体后，经物体反射的红外辐射通过光学物镜聚焦成像于红外变像管的光电阴极上，经外光电效应产生的电子经电子光学系统加速打在荧光屏上形成图像，实现红外光转换为可见光，再通过目镜放大后直接观测。 2.优缺点 优点：由于不同物体对红外光的反射不同，所以可以识别人眼难以识别的伪装，而且背景反差好，成像清晰及不受外界照明条件的影响。 缺点：采用主动红外光源，仪器体积较大且笨重，耗能大，易于暴露自己。 3.结构 红外辐射源（红外探照灯） 红外探照灯的结构：红外光源、红外滤波片、反射镜（一般为抛物面） •红外光源种类：热辐射源、气体放电光源、半导体光源、激光光源 热辐射源包括卤钨灯，气体放电光源包括氙灯，半导体光源包括砷化镓发光管 （led），激光光源包括钕玻璃或掺钕钇铝石榴石激光器（ld） •红外滤波片 由于红外光源的发光光谱一般包含可见光部分，容易暴露自己，同时也为了匹配红外变像管光电阴极的光谱响应，所以采用红外滤波片对光源进行滤波。滤波之后， 波长主要在近红外波段，即0.8-1.2微米范围内。 •反射镜（抛物面为主） 抛物面反射镜主要是用于产生平行光和调节光源发散角的，红外光源一般放置在抛 物面反射镜的焦点处，这样光源可经过抛物面反射镜发射出平行光。 红外探照灯的基本性能要求：光束散射角、全发光距离、轴向距离、光强分布等物镜（折射或反射成像于红外变像管光电阴极上，基本要求是特定工作波长可以透射）红外夜视仪可以加装不同倍率的物镜，图象越放大，失去的光线却多，所以一般物镜 以一倍为主。一般常见镜头有一倍，三倍，五倍。 •成像物镜的基本成像类型：全折射型、全反射型、折反型 全折射型：容易出现像差，成本较高，一般采用双高斯型与匹兹伐型。

光电成像系统复习

光电成像系统基础理论 第一章： 1. 人眼视觉性能的局限性； (1) 灵敏度的限制：光线很差时人的视觉能力很差； (2) 分辨力的限制：没有足够的视角和对比度就难以辨识； (3) 时间上的限制：变化过去的影像无法存留在视觉上； (4) 空间上的限制：离开的空间人眼将无法观察； (5) 光谱上的限制：人眼局限于电磁波的可见光区； 因此，眼睛的直观视觉只能有条件地提供图像信息，为了突破人眼的限制催生了光电成 像技术这门学科。扩展视见光谱范围、视见灵敏度和时空限制。 2. 光电成像系统的分类以及各自的工作方式； (1)直视型光电成像系统 工作方式：①通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像；②由电场或电磁场的 聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增；③经过增强的电子图像轰 击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。 (2)电视型光电成像系统 工作方式：①接收二维的光学图像或热图像，②利用光敏面的光电效应或热电效应将其 转换为二维电荷图像并进行适当时间的存储，③然后通过电子束扫描或电荷耦合转移等方式, 输出一维时间的视频信号。 3. 变像管与像增强器的异同。 变像管：接受非可见辐射图像的直视型光电成像器件：红外变像管、紫外变像管和X 射线变像管等。 共同特点：入射图像的光谱和出射图像的光谱完全不同，输出图像的光谱是可见光。像增强器：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件：级联式像增强器、带微通道板的像 增强器、负电子亲和势光阴极的像增强器等。 共同特点：输入的光学图像极其微弱，经器件内电子图像的能量增强和数量倍增后通过 荧光屏输出可见光学图像。 第二章： 1. 绝对视觉阈、阈值对比度、光谱灵敏度；人眼的绝对视觉阈 所谓人眼的绝对视觉阈，是在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值(用照度表示，单位lx)，在10-9数量级。 人眼的阈值对比度 阈值对比度是指在一定背景下把目标鉴别出来所必须的目标在背景中的衬度(对比度C)。C的倒数成为反衬灵敏度。 人眼的光谱灵敏度 人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度响应，不同人的眼睛，对波长灵敏度响应也有差 异。 在可见光区域内，任意波长与555 nm波长处的辐射功率之比称为光谱灵敏度，其构成 的曲线就称为光谱响应曲线。 2. 约翰逊准则对探测水平的分级及其各自的定义；