第六章 摄像管简

1、第五章真空光电器件复习总结第五章真空光电器件复习总结v掌握光电发射效应掌握光电发射效应v 了解光电阴极的主要参数和分类了解光电阴极的主要参数和分类v掌握负电子亲和势材料的优点掌握负电子亲和势材料的优点v 掌握光电管的工作原理掌握光电管的工作原理v掌握光电倍增管的组成、工作原理、各部掌握光电倍增管的组成、工作原理、各部分功能及使用应注意的问题分功能及使用应注意的问题光电成像器件光电成像器件摄像管摄像管摄像管摄像管：摄制图像、存贮和处理，即将：摄制图像、存贮和处理，即将光学光学图像图像转变成适于处理和传递的时间序列的一转变成适于处理和传递的时间序列的一维维电信号电信号。具体分为以下具体分为以下四个

2、过程四个过程： 1.光学图像转变成电荷（电位）图像；光学图像转变成电荷（电位）图像； v 2.对电荷图像进行存贮和积累；对电荷图像进行存贮和积累；v 3.对电信号进行放大和增强；对电信号进行放大和增强；v 4.对存贮电荷图像的各个像素进行序扫描，输出对存贮电荷图像的各个像素进行序扫描，输出 v 与输入信息成比例的一维电信号。与输入信息成比例的一维电信号。v一、摄像管的分类一、摄像管的分类（按光电变换的形式）：（按光电变换的形式）：v1.外光电变换型（光电发射型）如图外光电变换型（光电发射型）如图(a)v2.内光电变换型（光电导型）如图内光电变换型（光电导型）如图(b)v二、摄像管的组成及其作用

3、：二、摄像管的组成及其作用：v构成：光电变换与存储部分、信号阅读部分构成：光电变换与存储部分、信号阅读部分v（一）光电变换与存贮部分：（一）光电变换与存贮部分：v、光电变换部分：光学图像转化成电位图像、光电变换部分：光学图像转化成电位图像v（）（）光电导体光电导体：利用光电导效应：利用光电导效应光电光电导体导体信号板信号板V10V0v（）（）光电发射体光电发射体：利用光照下发射电子利用光照下发射电子v移像区移像区（加速电场）：增强光电子能量，获加速电场）：增强光电子能量，获得增益，提高灵敏度。得增益，提高灵敏度。成像面成像面扫描面扫描面扫描区扫描区移像区移像区靶靶v电荷存贮（积累）：电荷存贮（

4、积累）：v为了对微弱的瞬时信号积累，采用为了对微弱的瞬时信号积累，采用积累元件积累元件对整个帧周期产生的信号不断积累。对整个帧周期产生的信号不断积累。v要求要求：帧周期内的信号不漏走，足够的绝缘：帧周期内的信号不漏走，足够的绝缘能力和很高的电阻。能力和很高的电阻。v（二）信号阅读部分：（二）信号阅读部分：v从靶面取出信号的任务是由阅读部分来完成的。阅从靶面取出信号的任务是由阅读部分来完成的。阅读部分包括读部分包括电子束电子束发射系统（电子枪）和发射系统（电子枪）和电子束电子束聚聚焦扫描系统焦扫描系统。v三、主要参数三、主要参数：v分辨率：图像细节的鉴别能力分辨率：图像细节的鉴别能力v动态范围：

5、最高入射照度与最低入射照动态范围：最高入射照度与最低入射照度之比度之比v四、光电导型摄像管四、光电导型摄像管（视象管）视象管）v视象管的结构：视象管的结构：v各部分的作用：各部分的作用：v电子枪电子枪：产生热电子，并使它聚焦成很细：产生热电子，并使它聚焦成很细的电子射线，按着一定的轨迹扫描靶面。的电子射线，按着一定的轨迹扫描靶面。v（）（）电子束的产生电子束的产生：热阴极发射出来的：热阴极发射出来的电子在阳极膜孔处会聚并通过阳电子在阳极膜孔处会聚并通过阳 极膜孔后极膜孔后再发散开来。再发散开来。v（）（）电子束的聚焦电子束的聚焦：阳极膜孔发散出来：阳极膜孔发散出来的电子束在靶面上会聚成一点，有

6、电聚焦的电子束在靶面上会聚成一点，有电聚焦和磁聚焦两种方式。和磁聚焦两种方式。v（）（）电子束的偏转电子束的偏转：电子束能够扫描到：电子束能够扫描到靶上任何一处，充分阅读每一个像素信息。靶上任何一处，充分阅读每一个像素信息。v（）（）电子束垂直上靶电子束垂直上靶：当电子束上靶与：当电子束上靶与靶面上积累的正电荷中和后才能使其转变靶面上积累的正电荷中和后才能使其转变成视频信号输出，成视频信号输出， 那么电子束能否上靶，那么电子束能否上靶，不仅与电子的速度大小有关，而且与其速不仅与电子的速度大小有关，而且与其速度的方向有关。由度的方向有关。由靶网和调制电极附近的网和调制电极附近的校正线圈来完成。校

7、正线圈来完成。v几种常见的视象管：几种常见的视象管：v（）硅靶（）硅靶当电子束扫描时当电子束扫描时PN结反偏置，有光照时光生电子通结反偏置，有光照时光生电子通过信号板入地，光生空穴积累到过信号板入地，光生空穴积累到P型岛。如果光照是型岛。如果光照是均匀的，靶的扫描面电位只是均匀地升高。如果光照均匀的，靶的扫描面电位只是均匀地升高。如果光照不均匀，是一幅光学图象，则扫描面上各不均匀，是一幅光学图象，则扫描面上各P型岛的电型岛的电势分布，将正比于入射光学图象的亮度分布。势分布，将正比于入射光学图象的亮度分布。v（）氧化铅靶（）氧化铅靶v五、光电发射型摄像管：五、光电发射型摄像管：v二次电子导电摄象

8、管（二次电子导电摄象管（SEC）v SEC管是管是60年代初出现的一种高灵敏度摄象管，适于微年代初出现的一种高灵敏度摄象管，适于微光摄象。光摄象。v硅增强靶摄象管（硅增强靶摄象管（SIT）v夜视技术夜视技术是研究在夜间或低亮度条件下，是研究在夜间或低亮度条件下，用于扩展观察者视力范围以实现隐蔽观察用于扩展观察者视力范围以实现隐蔽观察的一种专门技术。的一种专门技术。v按系统本身是否带有红外辐射源，可分为按系统本身是否带有红外辐射源，可分为主动式和被动式夜视仪。主动式和被动式夜视仪。v被动式夜视仪：微光夜视仪、微光电视和被动式夜视仪：微光夜视仪、微光电视和热成像夜视仪。热成像夜视仪。v1.微光夜视

9、仪微光夜视仪：它是利用月光、星光等夜天光，：它是利用月光、星光等夜天光，通过像增强器的光增强作用，帮助人眼实现夜间观通过像增强器的光增强作用，帮助人眼实现夜间观察的一种夜视器材。主要由望远光学系统、像增强察的一种夜视器材。主要由望远光学系统、像增强器器(也称微光管也称微光管)和高压供电装置组成。和高压供电装置组成。v第一代第一代微光夜视仪是指上世纪微光夜视仪是指上世纪60年代研制的采用三年代研制的采用三级级联式微光管组成的微光夜视仪。级级联式微光管组成的微光夜视仪。v 第二代第二代微光夜视仪是指采用微通道板像增强器的微微光夜视仪是指采用微通道板像增强器的微光夜视仪光夜视仪 。v第三代第三代微光

10、夜视仪是指微光夜视仪是指80年代研制的采用装有高灵年代研制的采用装有高灵敏度的砷化镓光电阴极的簿片管制成的微光夜视仪。敏度的砷化镓光电阴极的簿片管制成的微光夜视仪。 v2.微光电视微光电视：像增强技术和电视摄像技术相结合像增强技术和电视摄像技术相结合的产物，它也是利用月光、星光和大气辉光进行观的产物，它也是利用月光、星光和大气辉光进行观察的一种夜视器材，其结构主要由微光摄像管、控察的一种夜视器材，其结构主要由微光摄像管、控制器和监视器三大部分组成制器和监视器三大部分组成 。v可用于地面观察，定向定点观察，还可装在大型舰可用于地面观察，定向定点观察，还可装在大型舰艇及飞机上监视敌舰、敌机的活动，

11、并可用于反坦艇及飞机上监视敌舰、敌机的活动，并可用于反坦克导弹的瞄准射击。另外，微光电视还可用来传递、克导弹的瞄准射击。另外，微光电视还可用来传递、存储雷达数据或作为计算机的输入、输出设备。存储雷达数据或作为计算机的输入、输出设备。 v缺点：作用距离和观察效果受天候影响较大。缺点：作用距离和观察效果受天候影响较大。 v3.热成像夜视仪热成像夜视仪：靠接收目标自身的红外辐射来靠接收目标自身的红外辐射来工作，所显示的图像反映了目标与周围环境之间热工作，所显示的图像反映了目标与周围环境之间热辐射辐射(温度温度)的差异，亦即利用热对比度成像，因而的差异，亦即利用热对比度成像，因而是热图像。是热图像。v

12、具有军事意义的目标具有军事意义的目标(如飞机、坦克等如飞机、坦克等)一般都比周一般都比周围环境温度高，因此也就成了热像仪最好的观察对围环境温度高，因此也就成了热像仪最好的观察对象。热像仪是目前最先进的夜视器材。象。热像仪是目前最先进的夜视器材。v热像仪的优越性能：能实现热像仪的优越性能：能实现“全被动全被动”、“全天候全天候”观察，能揭露伪装，尤其能发现隐蔽在树林和草丛观察，能揭露伪装，尤其能发现隐蔽在树林和草丛中的人员和车辆。此外，它还能获得目标的状态信中的人员和车辆。此外，它还能获得目标的状态信息，这在军事上具有特殊重要的意义。息，这在军事上具有特殊重要的意义。三三 摄像管的主要特性参数摄

13、像管的主要特性参数v衡量摄像管优劣的总标准是：在测试台的监视器上衡量摄像管优劣的总标准是：在测试台的监视器上能否分辨一定的标准测试图案。能否分辨一定的标准测试图案。v图案的清晰程度是由许多因素决定的。为了分析和图案的清晰程度是由许多因素决定的。为了分析和研究各种因素对像质的影响，必须规定出具体的特研究各种因素对像质的影响，必须规定出具体的特性参数。性参数。v摄像管的最主要特性参数是：摄像管的最主要特性参数是：灵敏度、惰性、分辨灵敏度、惰性、分辨力和光电转换特性等。力和光电转换特性等。v其中灵敏度和惰性主要决定于靶面，分辨力主要决其中灵敏度和惰性主要决定于靶面，分辨力主要决定于扫描电子枪。定于扫

14、描电子枪。1) 摄像管的灵敏度摄像管的灵敏度v灵敏度灵敏度S是摄像管的一个极其重要的特性参是摄像管的一个极其重要的特性参数。数。v它定义为输出信号电流与输入光通量它定义为输出信号电流与输入光通量(或照度或照度)的比值。其单位为的比值。其单位为 Alm或或 A1x。v光电导摄像管的灵敏度公式为光电导摄像管的灵敏度公式为式中的式中的 N是靶面的像元总数。由于靶面每是靶面的像元总数。由于靶面每个像元接受光照的时间是电子束扫描时间个像元接受光照的时间是电子束扫描时间的的 N倍，所以每个像元在帧周期倍，所以每个像元在帧周期 Tf内输入内输入的光通量为的光通量为N，对应的输出信号电流为，对应的输出信号电流

15、为 Is，2) 摄像管的惰性摄像管的惰性v在摄取动态图像时，摄像管的输出信号滞后在摄取动态图像时，摄像管的输出信号滞后于输入照度的变化，这一现象称为惰性。于输入照度的变化，这一现象称为惰性。v当输入照度增加时，输出信号的滞后称为当输入照度增加时，输出信号的滞后称为上上升惰性升惰性。v当输入照度减小时，输出信号的滞后称为当输入照度减小时，输出信号的滞后称为衰衰减惰性减惰性。v对于电视摄像管的惰性指标，通常采用对于电视摄像管的惰性指标，通常采用输入照度截止后第三场和第十二场输入照度截止后第三场和第十二场(以帧以帧周期周期0.04s计为计为60ms和和240ms)剩余信号剩余信号所占的百分数来表示。

16、所占的百分数来表示。v摄像管产生惰性的主要原因有两个：一摄像管产生惰性的主要原因有两个：一是图像写入时的是图像写入时的光电导惰性光电导惰性；二是图像；二是图像读出时扫描电子束的等效电阻与靶的等读出时扫描电子束的等效电阻与靶的等效电容所构成的效电容所构成的充放电惰性充放电惰性。3 ) 摄像管的分辨力摄像管的分辨力v 电视摄像管在摄像时对图像细节的分辨能电视摄像管在摄像时对图像细节的分辨能力是一项重要的性能指标。力是一项重要的性能指标。v由于电视系统采用扫描方式，故分辨力在垂由于电视系统采用扫描方式，故分辨力在垂直和水平方向上是不同的。因而分成垂直分直和水平方向上是不同的。因而分成垂直分辨力和水平

17、分辨力即以画面垂直方向或水平辨力和水平分辨力即以画面垂直方向或水平方向尺寸内所能分辨的黑白条纹数来表示。方向尺寸内所能分辨的黑白条纹数来表示。这一极限分辨的线条数简称为电视线这一极限分辨的线条数简称为电视线(TLV)。对摄像管亦应如此。对摄像管亦应如此。摄像管的分辨力通常以电视线或电视的行摄像管的分辨力通常以电视线或电视的行帧高表示。也可以换算成以帧高表示。也可以换算成以 线对毫米表示的分辨力，即线对毫米表示的分辨力，即 式中，式中， h， l 分别为光栅高度和对角线的长分别为光栅高度和对角线的长度。度。 例如，某摄像管分辨力为例如，某摄像管分辨力为400TVL，靶面有，靶面有效直径为效直径为

18、16mm，则靶面上的分辨力应为，则靶面上的分辨力应为4） 摄像管的其它特性参数摄像管的其它特性参数 1摄像管的信噪比摄像管的信噪比 摄像管信噪比的定义为输出视频信号电流峰摄像管信噪比的定义为输出视频信号电流峰一峰值，与输出电流中所含噪声均方根值的一峰值，与输出电流中所含噪声均方根值的比值。比值。摄像管的噪声来源很多，主要有：摄像管的噪声来源很多，主要有： 光子、光电子、载流子、二次发射电子、光子、光电子、载流子、二次发射电子、扫描电子的散粒噪声；扫描电子的散粒噪声； 载流子的产生一复合噪声；载流子的产生一复合噪声； 热噪声；热噪声； 1 / f 噪声；噪声； 预放器噪声。预放器噪声。噪声大时在

19、图像上反映为大量随机移动的黑点噪声大时在图像上反映为大量随机移动的黑点和亮点和亮点。不同的探测目的，要求摄像管信噪。不同的探测目的，要求摄像管信噪比是不一样的。为使观察者感觉不到噪声，比是不一样的。为使观察者感觉不到噪声，光电导视像管的信噪比应大于光电导视像管的信噪比应大于25。而摄像管灵敏度可定义为：当输出视频信号一而摄像管灵敏度可定义为：当输出视频信号一定时定时(刚好满足信噪比要求刚好满足信噪比要求)，光敏面上所需，光敏面上所需的最小辐射照度的倒数。所以的最小辐射照度的倒数。所以摄像管的灵敏摄像管的灵敏度与信噪比密切相关度与信噪比密切相关。 v通常在光电导视像管中，放大器噪声是主要通常在光电导视像管中，放大器噪声是主要的；在高增益的电子轰击感应电导型及带移的；在高增益的电子轰击感应电