光電成像系統(tǒng)

1、光電成像系統(tǒng)教學(xué)目得1、掌握CCD得結(jié)構(gòu)與工作原理、光電成像原理、光電成像光學(xué)系統(tǒng)；2、了解微光像增強(qiáng)器件與纖維光學(xué)成像原理教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：CCD得結(jié)構(gòu)與工作原理、光電成像原理、光電成像光學(xué)系 統(tǒng)得組成。難點(diǎn)：CCD得結(jié)構(gòu)與工作原理、調(diào)制傳遞函數(shù)得分析。成像轉(zhuǎn)換過(guò)程有四個(gè)方面得問(wèn)題需要研究：能量方面-物體、光學(xué)系統(tǒng)與接收器得光度學(xué)、輻射度學(xué)性質(zhì)， 解決能否探測(cè)到目標(biāo)得問(wèn)題成像特性一一能分辨得光信號(hào)在空間與時(shí)間方面得細(xì)致程度 ，對(duì) 多光譜成像還包括它得光譜分辨率噪聲-信息傳遞問(wèn)題，決定能被傳遞得信息量大小）聲聲景 噪 聲景 噪 聲噪聲方面決定接收到得信號(hào)不穩(wěn)定得程度或可靠性 信息傳遞速率方面

2、（成像特性、光電成像器件就是光電成像系統(tǒng)得核心。§ 1固體攝像器件固體攝像器件得功能：把入射到傳感器光敏面上按空間分布得光 強(qiáng)信息（可見(jiàn)光、紅外輻射等），轉(zhuǎn)換為按時(shí)序串行輸出得電信號(hào) 視頻信號(hào),而視頻信號(hào)能再現(xiàn)入射得光輻射圖像。固體攝像器件主要有三大類(lèi)：電荷耦合器件（Charge Cou p l e d De v ic e, 即卩 CCD互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器（即 CMD S）電荷注入器件(Charge I n jen ct ion Device,即 C ID)一、電荷耦合攝像器件電荷耦合器件(C CD特點(diǎn))一-以電荷作為信號(hào)CC D得基本功能電荷存儲(chǔ)與電荷轉(zhuǎn)移CCDT作過(guò)程

3、一一信號(hào)電荷得產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸與檢測(cè)得過(guò)程1. 電荷耦合器件得基本原理(1) 電荷存儲(chǔ)構(gòu)成CCC得基本單元就是MD S (金屬一氧化物一半導(dǎo)體)電容器 電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)與深度耗盡狀態(tài)(2 )電荷轉(zhuǎn)移以三相表面溝道CC D為例表面溝道器件，即S CC D (S u r f a ce Ch a n n el C C D) 轉(zhuǎn)移溝道在界面得C CD器件體內(nèi)溝道(或埋溝道 CCD)即 BCCD(Bulkor Bu r ie d Channel CCD)用離子注入方法改變轉(zhuǎn)移溝道得結(jié)構(gòu)，從而使勢(shì)能極小值脫離界面而進(jìn)入襯底 內(nèi)部，形成體內(nèi)得轉(zhuǎn)移溝道，避免了表面態(tài)得影響，使得該種器件得 轉(zhuǎn)移效率高

4、達(dá)99、999%以上，工作頻率可高達(dá)100MH,且能做成大 規(guī)模器件電荷檢測(cè)浮置擴(kuò)散輸出CCD輸出信號(hào)得特點(diǎn)就是：信號(hào)電壓就是在浮置電平基礎(chǔ)上得負(fù) 電壓；每個(gè)電荷包得輸出占有一定得時(shí)間長(zhǎng)度T。在輸出信號(hào)中疊加有復(fù)位期間得咼電平脈沖。對(duì)C CD得輸出信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，較多地采用了取樣技術(shù)，以去除 浮置電平、復(fù)位高脈沖及抑制噪聲。2. 電荷耦合攝像器件得工作原理CCD得電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移得概念+ 半導(dǎo)體得光電性質(zhì)一一CC D攝像 器件按結(jié)構(gòu)可分為線(xiàn)陣CCD與面陣CCD按光譜可分為可見(jiàn)光 CCD紅外CC D X光CCD與紫外 CCD 可見(jiàn)光CC D又可分為黑白CCD彩色CCD與微光CCD(1) 線(xiàn)陣CCD

5、線(xiàn)陣CCD可分為雙溝道傳輸與單溝道傳輸兩種結(jié)構(gòu)瞅中(2)面陣CCD常見(jiàn)得面陣CCD攝像器件有兩種：行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)與幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。列動(dòng)沖二、電荷耦合攝像器件得特性參數(shù)1、轉(zhuǎn)移效率電荷包從一個(gè)柵轉(zhuǎn)移到下一個(gè)柵時(shí)，有部分得電荷轉(zhuǎn)移過(guò)去，余 下部分沒(méi)有被轉(zhuǎn)移，稱(chēng)轉(zhuǎn)移損失率。一個(gè)電荷量為得電荷包，經(jīng)過(guò) n次轉(zhuǎn)移后得輸出電荷量應(yīng)為：總效率為:2、不均勻度光敏元得不均勻與CCD得不均勻。本節(jié)討論光敏元得不均勻性，認(rèn)為CC D就是近似均勻得，即每次 轉(zhuǎn)移得效率就是一樣得。光敏元響應(yīng)得不均勻就是由于工藝過(guò)程及材料不均勻引起得，越就是大規(guī)模得器件，均勻性問(wèn)題越就是突出，這往往就是成品率下降得重要原因。定義光敏元響應(yīng)得

6、均方根偏差對(duì)平均響應(yīng)得比值為CCD得不均勻度:式中為第n 個(gè)光敏元原始響應(yīng)得等效電壓，為平均原始響應(yīng)等 效電壓；N為線(xiàn)列CC D得總位數(shù)。由于轉(zhuǎn)移損失得存在 ,CCD 得輸出信號(hào)與它所對(duì)應(yīng)得光敏元得原 始響應(yīng)并不相等。根據(jù)總損失公式 , 在測(cè)得后，可求出 :式中P就是CCD得相數(shù)3、暗電流C CD成像器件在既無(wú)光注入又無(wú)電注入情況下得輸出信號(hào)稱(chēng)暗 信號(hào)，即暗電流。暗電流得根本起因在于耗盡區(qū)產(chǎn)生復(fù)合中心得熱激發(fā)。由于工藝過(guò)程不完善及材料不均勻等因素得影響 ,CCD中暗電流 密度得分布就是不均勻得。聲4、流）5、暗電流得危害有兩個(gè)方面 : 限制器件得低頻限、引起固定圖像噪 靈敏度（響應(yīng)度）它就是指

7、在一定光譜范圍內(nèi) , 單位曝光量得輸出信號(hào)電壓 （ 電 光譜響應(yīng)C CD得光譜響應(yīng)就是指等能量相對(duì)光譜響應(yīng)，最大響應(yīng)值歸一化為 100所對(duì)應(yīng)得波長(zhǎng) , 稱(chēng)峰值波長(zhǎng) , 通常將 10（ 或更低）得響應(yīng)點(diǎn) 所對(duì)應(yīng)得波長(zhǎng)稱(chēng)截止波長(zhǎng)。 有長(zhǎng)波端得截止波長(zhǎng)與短波端得截止波長(zhǎng) 兩截止波長(zhǎng)之間所包括得波長(zhǎng)范圍稱(chēng)光譜響應(yīng)范圍。6、噪聲CC D得噪聲可歸納為三類(lèi)：散粒噪聲、轉(zhuǎn)移噪聲與熱噪聲。7、分辨率分辨率就是攝像器件最重要得參數(shù)之一， 它就是指攝像器件對(duì)物 像中明暗細(xì)節(jié)得分辨能力。 測(cè)試時(shí)用專(zhuān)門(mén)得測(cè)試卡。 目前國(guó)際上一般 用MTF （調(diào)制傳遞函數(shù)）來(lái)表示分辨率。8、動(dòng)態(tài)范圍與線(xiàn)性度動(dòng)態(tài)范圍 =線(xiàn)性度就是指在動(dòng)

8、態(tài)范圍內(nèi)， 輸出信號(hào)與曝光量得關(guān)系就是否成 直線(xiàn)關(guān)系。三、C MOS攝像器件采用CMOS技術(shù)可以將光電攝像器件陣列、驅(qū)動(dòng)與控制電路、信號(hào)處理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、全數(shù)字接口電路等完全集成在一起，可 以實(shí)現(xiàn)單芯片成像系統(tǒng)。1、CM OS像素結(jié)構(gòu)無(wú)源像素型（P PS）、有源像素型（AP S）（1）無(wú)源像素結(jié)構(gòu)無(wú)源像素單元具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、像素填充率高及量子效率比較高得 優(yōu)點(diǎn)。但就是，由于傳輸線(xiàn)電容較大， CMO無(wú)源像素傳感器得讀出 噪聲較高，而且隨著像素?cái)?shù)目增加，讀出速率加快，讀出噪聲變得更 大（2）有源像素結(jié)構(gòu)光電二極管型有源像素（PP-A PS -大多數(shù)中低性能得應(yīng)用光柵型有源像素結(jié)構(gòu)（PG- AP

9、S）成像質(zhì)量較高PG TX_L 1RS1_LJ CJIII I I _ »COL BUSCM OS有源像素傳感器得功耗比較小。但與無(wú)源像素結(jié)構(gòu)相比，有源像素結(jié)構(gòu)得填充系數(shù)小，其設(shè)計(jì)填充系數(shù)典型值為2 0% 30%在CM OS上制作微透鏡陣列，可以等效提高填充系數(shù)。2、CMOS攝像器件得總體結(jié)構(gòu)工作過(guò)程：首先，外界光照射像素陣列，產(chǎn)生信號(hào)電荷，行選通 邏輯單元根據(jù)需要，選通相應(yīng)得行像素單元，行像素內(nèi)得信號(hào)電荷通 過(guò)各自所在列得信號(hào)總線(xiàn)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)得模擬信號(hào)處理器（ ASP）及A / D變換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得數(shù)字圖像信號(hào)輸出。行選通單元可以對(duì)像 素陣列逐行掃描，也可以隔行掃描隔行掃描可以提高

10、圖像得場(chǎng)頻，但 會(huì)降低圖像得清晰度。行選通邏輯單元與列選通邏輯單元配合 ，可以 實(shí)現(xiàn)圖像得窗口提取功能，讀出感興趣窗口內(nèi)像元得圖像信息 .Digital Columr Select Output3、CMO S與CCD器件得比較CCD攝像器件-有光照靈敏度高、噪聲低、像素面積小等優(yōu)點(diǎn)。 但CCD光敏單元陣列難與驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路單片集成 ，不易處 理一些模擬與數(shù)字功能；C C D陣列驅(qū)動(dòng)脈沖復(fù)雜，需要使用相對(duì)高得 工作電壓，不能與深亞微米超大規(guī)模集成 （VLSI）技術(shù)兼容，制造 成本比較高.C MOS攝像器件-集成能力強(qiáng)、體積小、工作電壓?jiǎn)我?、?耗低、動(dòng)態(tài)范圍寬、抗輻射與制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

11、目前C MOSI元像素得面 積已與C CD相當(dāng)，CMO S已可以達(dá)到較高得分辨率。如果能進(jìn)一步 提高 CMOS器件得信噪比與靈敏度，那么C MOS器件有可能在中低檔攝像機(jī)、數(shù) 碼相機(jī)等產(chǎn)品中取代CCD器件。§ 2光電成像原理一、光電成像系統(tǒng)得基本結(jié)構(gòu)1、光機(jī)掃描方式串聯(lián)掃描并聯(lián)掃描串并聯(lián)混合掃描2、電子束掃描方式3、固體自?huà)呙璺绞缴鲜龅梅诸?lèi)方法不就是絕對(duì)得，有得光電成像系統(tǒng)就是不同掃描 方式得結(jié)合。從目前情況瞧，光機(jī)掃描及固體自?huà)呙璺绞降霉怆姵上裣到y(tǒng)占主導(dǎo)地位 二、光電成像系統(tǒng)得基本技術(shù)參數(shù)1、光學(xué)系統(tǒng)得通光口徑D與焦距f/2、瞬時(shí)視場(chǎng)角a、B3、觀察視場(chǎng)角W、WV4、幀時(shí) Tf 與

12、幀速5、掃描效率n6、滯留時(shí)間對(duì)光機(jī)掃描系統(tǒng)而言 , 物空間一點(diǎn)掃過(guò)單元探測(cè)器所經(jīng)歷得時(shí)間 稱(chēng)為滯留時(shí)間 , 探測(cè)器在觀察視場(chǎng)中對(duì)應(yīng)得分辨單元數(shù)為 :由得定義 , 有：光電成像系統(tǒng)得綜合性能參數(shù)就是在以上各基本技術(shù)參數(shù)得基 礎(chǔ)上作進(jìn)一步得綜合分析得出得。§ 3 紅外成像光學(xué)系統(tǒng) 紅外成像光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下幾方面得基本要求： 物像共軛位 置、成像放大率 、 一定得成像范圍 , 以及在像平面上有一定得 光能量 與反映物體細(xì)節(jié)得能力 （即分辨率）。一、理想光學(xué)系統(tǒng)模型牛頓公式 : ，高斯公式：，二、光學(xué)系統(tǒng)中得光闌1、孔徑光闌2、視場(chǎng)光闌3、漸暈光闌4、消雜光光闌三、紅外成像光學(xué)系統(tǒng)得主要

13、參數(shù)1、焦距f'決定光學(xué)系統(tǒng)得軸向尺寸，f越大,所成得像越大，光學(xué)系統(tǒng)一 般也越大。2、相對(duì)孔徑D/f '相對(duì)孔徑定義為光學(xué)系統(tǒng)得入瞳直徑 D與焦距f '之比,相對(duì)孔 徑得倒數(shù)叫 F 數(shù)， .相對(duì)孔徑?jīng)Q定紅外成像光學(xué)系統(tǒng)得衍射分辨率及像面上得輻照 度。衍射分辨率：像面中心處得輻照度計(jì)算公式為：3. 視場(chǎng)四、光學(xué)系統(tǒng)得像差 光學(xué)系統(tǒng)近軸區(qū)具有理想光學(xué)系統(tǒng)得性質(zhì) , 光學(xué)系統(tǒng)近軸區(qū)得成 像被認(rèn)為就是理想像。實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)所成得像與近軸區(qū)所成得像得差異即為像差。 光學(xué)系統(tǒng)對(duì)單色光成像時(shí)產(chǎn)生單色像差 , 分為五類(lèi)：球面像差 ( 球 差) 、彗形像差 (彗差) 、像散差(像散 )

14、、像面彎曲 (場(chǎng)曲)與畸變 .對(duì)多色光成像時(shí) ,光學(xué)系統(tǒng)除對(duì)各單色光成分有單色像差外 , 還 產(chǎn)生兩種色差：軸向色差與垂軸色差 ( 亦稱(chēng)倍率色差 )。五、紅外光學(xué)系統(tǒng)得特點(diǎn)由于紅外輻射得特有性能 , 使得紅外光學(xué)系統(tǒng)具有以下一些特 點(diǎn):八、-(1) 紅外輻射源得輻射波段位于1卩m以上得不可見(jiàn)光區(qū)，普通 光學(xué)玻璃對(duì)2、5卩m以上得光波不透明，而在所有有可能透過(guò)紅外波 段得材料中，只有幾種材料有必需得機(jī)械性能， 并能得到一定得尺寸 , 如鍺、硅等 , 這就大大限制了透鏡系統(tǒng)在紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得應(yīng)用 , 使反射式與折反射式光學(xué)系統(tǒng)占有比較重要得地位。(2) 為了探測(cè)遠(yuǎn)距離得微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)得

15、孔徑一般比較 大。(3) 在紅外光學(xué)系統(tǒng)中廣泛使用各類(lèi)掃描器，如平面反射鏡、 多面反射鏡、折射棱鏡及光楔等。(4 )8至14卩m波段得紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)得影響。( 5) 在各種氣象條件下或在抖動(dòng)與振動(dòng)條件下， 具有穩(wěn)定得光學(xué) 性能。鑒于上述特點(diǎn) , 設(shè)計(jì)紅外光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循下列原則：(1 )光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)所工作得波段有良好得透過(guò)性能。( 2) 光學(xué)系統(tǒng)在尺寸、像質(zhì)與加工工藝許可得范圍內(nèi) , 應(yīng)具有盡 可能大得相對(duì)孔徑，以保證系統(tǒng)有高得靈敏度。(3) 光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)背景噪聲有較強(qiáng)得抑制能力， 提高輸入信噪比。(4 )光學(xué)系統(tǒng)得形式與組成應(yīng)有利于充分發(fā)揮探測(cè)器得效能 , 如 合理利用光敏元

16、面積 , 保證高得光斑均勻性等。(5 )光學(xué)系統(tǒng)及組成元件力求簡(jiǎn)單。(6 )合理選擇掃描方式及掃描器得類(lèi)型。六、典型得紅外光學(xué)系統(tǒng)紅外光學(xué)系統(tǒng)主要由紅外物鏡系統(tǒng)與掃描系統(tǒng)組成。1、紅外物鏡系統(tǒng)(1) 透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)擋光，加工球面透鏡較容易，通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)易消除各種 像差。缺點(diǎn)：光能損失較大，裝配調(diào)整比較困難。(2) 反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)由于紅外輻射得波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能透過(guò)它得材料很少，因而大都采用 反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)。按反射鏡截面得形狀不同，反射系統(tǒng)有球面形、 拋物面形、雙曲面形或橢球面形等幾種。牛頓光學(xué)系統(tǒng)：紅外格利高利系統(tǒng):次鎮(zhèn)主謨紅外探涮器（3）折反射組合式光學(xué)系統(tǒng) 施密特系統(tǒng)：馬克蘇

17、托夫系統(tǒng)平行光束掃描會(huì)聚光束掃描§4紅外成像系統(tǒng)得綜合特性紅外成像系統(tǒng)性能得綜合量度指標(biāo)空間分辨率、溫度分辨率 空間分辨率-調(diào)制傳遞函數(shù)（MT F）溫度分辨率-噪聲等效溫差（NETD）最小可分辨溫差（ MRTD） 最小可探測(cè)溫差（M DTD一、調(diào)制傳遞函數(shù)（ MTF）1、 基本概念紅外成像系統(tǒng)可以瞧作就是一個(gè)低通線(xiàn)性濾波器 , 給紅外成像系 統(tǒng)輸入一個(gè)正弦信號(hào)（即給出一個(gè)光強(qiáng)正弦分布得目標(biāo) ）, 輸出仍然就 是同一頻率得正弦信號(hào) （即目標(biāo)成得像仍然就是同一空間頻率得正弦 分布），只不過(guò)像得對(duì)比有所降低 ,位相發(fā)生移動(dòng)。 對(duì)比降低得程度與 位相移動(dòng)得大小就是空間頻率得函數(shù)， 被稱(chēng)為紅外

18、成像系統(tǒng)得 對(duì)比傳 遞函數(shù)（M TF）與位相傳遞函數(shù)（PTF），這個(gè)函數(shù)得具體形式則完全 由紅外成像系統(tǒng)得成像性能所決定 , 因此傳遞函數(shù)客觀地反映了成像 系統(tǒng)得成像質(zhì)量 , 紅外成像系統(tǒng)存在一個(gè)截止頻率，對(duì)這個(gè)頻率，正 弦目標(biāo)得像得對(duì)比降低到 0.目標(biāo)經(jīng)系統(tǒng)成像后一般都就是能量減少，對(duì)比降低與信息衰減。 通常所謂得分辯率，就是將物體結(jié)構(gòu)分解為線(xiàn)或點(diǎn) , 這只就是分 解物體方法得一種。 另一種方法就是將物體結(jié)構(gòu)分解為各種頻率得譜 即認(rèn)為物體就是由各種不同得空間頻率組合而成得。 這樣紅外成像系 統(tǒng)得特性就表現(xiàn)為它對(duì)各種物體結(jié)構(gòu)頻率得反應(yīng)： 透過(guò)特性、 對(duì)比變 化與位相推移 .空間頻率定義為周期量

19、在單位空間上變化得周期數(shù) : 設(shè)有亮暗相間得等寬度條紋圖案， 兩相鄰條形中心之間距離稱(chēng)為 空間周期（mm）,得倒數(shù)稱(chēng)為空間頻率（單位就是線(xiàn)對(duì) /毫米，即1 p/ m m）。在紅外成像系統(tǒng)中通常用單位弧度中得周期數(shù)來(lái)表示（c/mrad ）,若觀察點(diǎn)0與圖案之間得距離為R（ n）,貝"單位mrad）稱(chēng)為角 周期，其倒數(shù)即為（角）空間頻率 :線(xiàn)性周期xR(m)物體得調(diào)制度(對(duì)比度)定義：光學(xué)系統(tǒng)對(duì)某一頻率得調(diào)制傳遞函數(shù) MTF為：2、紅外成像過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)得調(diào)制傳遞函數(shù)紅外成像系統(tǒng)模型如前所述，根據(jù)線(xiàn)性濾波理論 ，對(duì)于由一系列 具有一定頻率特性(空間得或時(shí)間得)得分系統(tǒng)所組成得紅外成像系

20、統(tǒng),只要逐個(gè)求出分系統(tǒng)得傳遞函數(shù)，其乘積就就是整個(gè)系統(tǒng)得傳遞 函數(shù).(1) 光學(xué)系統(tǒng)得調(diào)制傳遞函數(shù) MTF(2) 探測(cè)器得MTF d(3) 電子線(xiàn)路得M TFe(4) 顯示器得MTF(5) 大氣擾動(dòng)得MTF om(6) 人眼調(diào)制傳遞函數(shù)MTF<e人眼能發(fā)現(xiàn)得能量起伏為0、05,即最大能量為1,最低能量就是 0、95時(shí)也能發(fā)現(xiàn)，所以人眼能接收感知得極限調(diào)制度為 0、026, 目視儀器各個(gè)環(huán)節(jié)得傳遞函數(shù)值可以以此作為考慮得出發(fā)點(diǎn)。(7 )系統(tǒng)得傳遞函數(shù)M TF紅外成像系統(tǒng)總得傳遞函數(shù)為各分系統(tǒng)傳遞函數(shù)得乘積： 二、噪聲等效溫差(N ETD1、NET D得定義,當(dāng)紅外成像系統(tǒng)輸出端產(chǎn)生用紅外成

21、像系統(tǒng)觀察標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)圖案 得峰值信號(hào)與均方根噪聲電壓之比為 1 時(shí)得目標(biāo)與背景之間得溫差 , 稱(chēng)為噪聲等效溫差(NE TD)。NET D就是表征紅外成像系統(tǒng)受客觀 信噪比限制得溫度分辨率得一種量度 .NE TD測(cè)試圖案2、NETD得表達(dá)式及物理意義假設(shè)目標(biāo)與背景都就是朗伯輻射體 , 先求出紅外成像系統(tǒng)分辨單 元接收到得輻射功率， 再求出由于目標(biāo)與背景溫差引起得接收功率得 差異,繼而求得信號(hào)電壓得變化量及信噪比，由定義可得到NETD得表 達(dá)式。對(duì)單兀探測(cè)器光機(jī)掃描方式，其N(xiāo)ET D表達(dá)式為：式中就是光學(xué)系統(tǒng)得焦距， 、就是觀察視場(chǎng)角， 就是幀速, 就是掃 描效率，、就是瞬時(shí)視場(chǎng)角，就是入瞳面積，就

22、是光學(xué)系統(tǒng)得光譜透 過(guò)率, 就是探測(cè)器得歸一化探測(cè)度 (比探測(cè)率 ), 就是目標(biāo)得光譜輻射 出射度，就是系統(tǒng)工作波段。N ET D及就是表征一個(gè)紅外成像系統(tǒng)性能得三個(gè)主要特征參 數(shù)，分別反映了系統(tǒng)得溫度分辨率、信息傳遞速率及空間分辨率 :這三個(gè)特征參數(shù)在性能要求上就是相互矛盾得 , 即存在制約關(guān) 系。NET D得局限性：(1) NETD反映得就是客觀信噪比限制得溫度分辨率，沒(méi)有考慮 視覺(jué)特性得影響 .(2) 單純追求低得NET D值并不意味著一定有很好得系統(tǒng)性能。 例如，增大工作波段得寬度，顯然會(huì)使NETD減小但在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合， 可能會(huì)由于所接收得日光反射成分得增加 , 使系統(tǒng)測(cè)出得溫度與真實(shí)

23、 溫度得差異增大。表明N ETD公式未能保證與系統(tǒng)實(shí)際性能得一致 性。(3) NETD反映得就是系統(tǒng)對(duì)低頻景物(均勻大目標(biāo))得溫度分 辨率，不能表征系統(tǒng)用于觀測(cè)較高空間頻率景物時(shí)得溫度分辨性能。NETD具有概念明確、測(cè)量容易得優(yōu)點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，采用 NETD乍為對(duì)系統(tǒng)諸參數(shù)進(jìn)行選擇得權(quán)衡標(biāo)準(zhǔn)就是有用得。三、最小可分辨溫差( MRTD)MRD就是景物空間頻率得函數(shù)，就是表征系統(tǒng)受視在信噪比限 制得溫度分辨率得量度 .M RTD得測(cè)試圖案：由成像系統(tǒng)對(duì)某一組四條帶圖案成像， 調(diào)節(jié)目標(biāo)相對(duì)背景得溫差 從零逐漸增大， 直到在顯示屏上剛能分辨出條帶圖案為止。 此時(shí)得溫 差就就是在該組目標(biāo)空間頻率下得

24、最小可分辨溫差。 分別對(duì)不同空間 頻率得條帶圖案重復(fù)上述測(cè)量過(guò)程，可得到MRTDJ線(xiàn)。MRT D曲線(xiàn)：MRT綜合描述了在噪聲中成像時(shí)，紅外成像系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)得空間及 溫度分辨能力.MRTD存在得問(wèn)題主要就是：它就是一種帶有主觀成 分得量度，測(cè)試結(jié)果會(huì)因人而異。此外，未考慮人眼得調(diào)制傳遞函數(shù) 對(duì)信號(hào)得影響也就是其不足之處。四、最小可探測(cè)溫差（MDPD ）最小可探測(cè)溫差M DTD就是將NET D與MR TD得概念在某些方面 作了取舍后而得出得。具體地說(shuō),MDTD仍就是采用MRT D得觀測(cè)方 式，由在顯示屏上剛能分辨出目標(biāo)時(shí)所需得目標(biāo)對(duì)背景得溫差來(lái)定 義。但M DT D采用得標(biāo)準(zhǔn)圖案就是位于均勻背景中得

25、單個(gè)方形目標(biāo)， 其尺寸W可調(diào)整，這就是對(duì)NE TD與MRTD標(biāo)準(zhǔn)圖案特點(diǎn)得一種綜 合。M DT D用來(lái)估算點(diǎn)源目標(biāo)得可探測(cè)性就是有價(jià)值得。§5 微光像增強(qiáng)器件明朗夏天采光良好得室內(nèi)照度大致在 100至50 0 lx之間太陽(yáng)直射時(shí)得地面照度可以達(dá)到10萬(wàn) lx滿(mǎn)月在天頂時(shí)得地面照度大約就是0、2 lx夜間無(wú)月時(shí)得地面照度只有10 4lx 數(shù)量級(jí) 微光光電成像系統(tǒng)得工作條件就就是環(huán)境照度低于 101lx 微光光電成像系統(tǒng)得核心部分就是微光像增強(qiáng)器件 一、微光像增強(qiáng)器1 、 基本原理光電陰極將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像 , 電子光學(xué)成像系統(tǒng) （電極 系統(tǒng)）將電子圖像傳遞到熒光屏，在傳遞過(guò)程中增

26、強(qiáng)電子能量并完成 電子圖像幾何尺寸得縮放，熒光屏完成電光轉(zhuǎn)換 , 即將電子圖像轉(zhuǎn)換 為可見(jiàn)光圖像， 圖像得亮度已被增強(qiáng)到足以引起人眼視覺(jué)， 在夜間或 低照度下可以直接進(jìn)行觀察。2、微光像增強(qiáng)器得性能參數(shù)（1） 光電陰極靈敏度表征光電陰極發(fā)射 （或轉(zhuǎn)換）特性得參量就是光電靈敏度， 即像管 光電陰極產(chǎn)生得光電流與入射輻射通量之比。對(duì)微光器件 , 光靈敏度 就是指用色溫28 5 6 K士 50K得標(biāo)準(zhǔn)鎢絲白熾燈（C IE規(guī)定得標(biāo)準(zhǔn)“A "光源)照射光電陰極時(shí)，其上產(chǎn)生得光電流與入射光通量之比。(2) 有效直徑有效光電陰極直徑就是在像管輸入端上與光電軸同心、 能完全成 像于熒光屏上得最大圓直

27、徑。 有效熒光屏直徑就是在像管輸出端上與 光電軸同心 , 并與有效光電陰極直徑成物像關(guān)系得圓直徑 .一般將其 表示為有效陰極直徑/有效屏直徑，如 18/18(單位m m).(3) 增益用色溫為2 856K士 50K得鎢絲白熾燈照射像管得光電陰極，熒光 屏輸出得光通量與輸入到光電陰極得光通量之比即為光通量增益。(4) 暗背景光亮度與等效背景光照度光電陰極無(wú)光照時(shí) ,處于工作狀態(tài)得像管熒光屏上得輸出光亮度 稱(chēng)為暗背景光亮度。 等效背景光照度就是指產(chǎn)生與暗背景相等得輸出 光亮度在光電陰極上所需得輸入光照度。( 5)放大率、畸變 像管得放大率就是指熒光屏上輸出像得幾何大小與光電陰極上 輸入像得幾何大小

28、之比。像管得畸變就是距離光電軸中心不同位置處各點(diǎn)放大率不同得表 征:式中就是與光電陰極中心距離為 r 處得畸變，就是與光電陰極中 心距離為r處得放大率，就是光電陰極中心處得放大率。為正值時(shí)產(chǎn) 生枕形畸變，為負(fù)值時(shí)產(chǎn)生桶形畸變 .( 6)分辨率與調(diào)制傳遞函數(shù) 分辨率就是指像管分辨相鄰兩個(gè)物點(diǎn)或像點(diǎn)得能力 . 如果把矩形 波空間頻率圖樣投射到光電陰極上， 分辨率可用在熒光屏上能分辨得 最高空間頻率表示.調(diào)制傳遞函數(shù)MTT F就是熒光屏上輸出得正弦波 圖樣得調(diào)制度與光電陰極上輸入得正弦波圖樣得調(diào)制度之比 .(7)光生背景在有光輸入時(shí) , 處于工作狀態(tài)得像管熒光屏上存在得隨入射光強(qiáng) 弱而變化得那部分附

29、加光亮度，稱(chēng)為光生背景 . 當(dāng)光電陰極得中心用 一個(gè)不透明得圓片遮掩， 并均勻照明光電陰極， 熒光屏中心會(huì)出現(xiàn)一 個(gè)暗斑 , 暗斑處得輸出光亮度與取掉不透明圓片、用同一光源均勻照 明光電陰極時(shí)熒光屏中心處得輸出光亮度之比 , 即表示光生背景得大 小.( 8) 信噪比信噪比就是評(píng)定像管成像質(zhì)量得綜合指標(biāo) . 像管在規(guī)定得工作條 件下輸出得信號(hào)與噪聲之比即為信噪比 . 像管得噪聲源主要就是：由 暗背景引起得固定背景噪聲 ; 由于光子、光電子得量子特性引起得漲落量子噪聲；由于微通道板等增益機(jī)構(gòu)引起得增益噪聲 ；由于熒光屏 顆粒結(jié)構(gòu)引起得顆粒噪聲。（9）自動(dòng)光亮度控制（A BC特性與最大輸出光亮度（MOB 像管得自動(dòng)光亮度控制就是帶電源得像管組件得特性。當(dāng)輸入光 照度大于某一規(guī)定值時(shí)，輸出光亮度與輸入光照度之間呈非線(xiàn)性關(guān) 系，輸出光亮度曲線(xiàn)得最大值稱(chēng)為最大輸出光亮度.3、三代像增強(qiáng)器一代管以三級(jí)級(jí)聯(lián)增強(qiáng)技術(shù)為特征，增益高達(dá)幾萬(wàn)倍，但體積大, 重量重；二代管以微通道板（M CP增強(qiáng)技術(shù)