微光电视系统

微光电视系统光电工程学院2009级光电信息03班张辰松20097513引言最近几年，随着好莱坞各种谍战片的上映，红外夜视镜已经被人们所了解认知，特工们一次次夜间机密任务的成功都少不了夜视系统辅佐。对于夜视镜，大多数人们的认知仅仅局限在它能帮助使用者在夜间看清肉眼分辨困难的事物，但是对于它的结构和工作原理，人们的了解还是很少。红外线夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。红外线夜视仪分为主动式红外线夜视仪和被动式红外线夜视仪两种：主动式红外线夜视仪用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像；被动式红外线夜视仪不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成“热图像”，故又称为”热像仪”。主动红外成像系统主动红外成像系统主要红外成像系统由两部分组成，红外探照灯和由光学系统的物镜组成的接受系统接受目标反射回来的红外辐射，并在红外变像管的光阴极面上形成目标辐射的红外图像。人眼通过目镜观察增强了的目标图像。主动红外成像系统的波段在0.76〜1.2um的近红外光谱区，长波限由变像管光阴极决定。在军事方面，由于事物反射能力不同，可以在一定程度上识别伪装。但在有雾的恶劣天气条件下，近红外辐射会受到大气散射的影响。对于军事应用上，探照灯本身会成为对方侦查的目标而易于暴露自己。直视微光成像系统直视微光成像系统由直视系统和见识系统组成，直视系统又称微光夜视仪。第一代采用级联式像曾强器作为图像增强期间的系统，第二代采用带微通道板的像增强器作为图像增强器件的产品，发展较为成熟，第三代直视微光夜视产品采用半导体光阴极的带MCP的像增强器作为图像增强器件。系统主要由微光光学系统，微光像增强器和高压电源组成。工作过程:由夜间自然微光照射目标，经目标反射的辐射进入光学系统的物镜，物镜把目标成像在位于其焦平面的像增强器的光阴极面上，像增强器对目标像进行光电转换，电子成像和亮度增强，并在荧光屏上显示目标的增强图像。与主动红外成像系统相比最主要的优点是不用探照灯照明，而是靠夜间自然光照明劲舞，以被动的方式工作，资深隐蔽性好。但是由于依赖于自然光，所以受到自然光亮度及大气透明度的影响，并且劲舞见的反差小，图像平淡而层次不够分明。红外微光系统的应用夜间可见光很微弱，但人眼看不见的红外线却很丰富。红外线视仪可以帮助人们在夜间进行观察、搜索、瞄准和驾驶车辆。尽管人们很早就发现了红外线，但受到红外元器件的限制，红外遥感技术发展很缓慢。直到1940年德国研制出硫化铅和几种红外透射材料后，才使红外遥感仪器的诞生成为可能。此后德国首先研制出主动式红外线夜视仪等几种红外探测仪器，但它们都未能在第二次世界大战中实际使用。1945年夏，红外夜视仪第一次用于战场。美军登陆进攻冲绳岛，隐藏在岩洞坑道里的日军利用复杂的地形，夜晚出来偷袭美军。于是美军将一批刚刚制造出来的红外夜仪紧急运往冲绳，把安有红外线夜视仪的枪炮架在岩洞附近，当日军趁黑夜刚爬出洞口，立即被一阵准确的枪炮击倒。洞内的日军不明其因，继续往外冲，又糊里糊涂地送了命。红外线夜视仪初上战场，就为肃清冲绳岛上顽抗的日军发挥了重要作用。微光电视系统的产生微光电视系统可谓是红外夜视镜的一种衍生产物。摄像机输出的电信号可以通过视频电缆送达显示器（闭路微光电视），也可以馈至专用发射机通过天线传输，远处的显示终端通过天线接收信号后在显示器上显示（开路微光电视）。微光电视系统在军事领域起着举足轻重的地位，通过微光电视系统，不仅装配着红外夜视仪的前线战士可以在夜间清晰洞察到敌军的动静，而且位于战线后方的指挥中心也可以清晰的了解到前线作战的情况并根据情况的不同制定合理的应战措施。在微光夜视仪后加装摄像机就成了微光电视。微光电视是像增强管和电视摄像管相结合的微光夜视系统。它诞生于四十年代，七十年才迅速发展起来。它具有成像面积大、直观性强、连续性、远距离多点多人观察等优点，目益广泛地用于监视、侦察、探测、制导、跟踪等方面，国外已装备30余种。典型产品有法国的坦克用的"卡纳斯特"微光电视系统、美国的直机用UVR-700型昼夜两用电视跟踪系统、英国的海军用V0084型微光电视系统、瑞士的2704型远距离（观察距离为10公里）微光电视摄像机等。目前的微光夜视装置仅能提供单色的图像，而利用彩色图像会有助于目标识别，使识别速度提高30%,识别错误减少60%,因此彩色微光夜视技术已受到关注。美国Delft传感器系统公司采用光谱响应不同的两只像增强器管观察同一场景，利用它们间的差别，通过滤光和特殊的电子处理技术，来产生彩色图像。麻省理工学院林肯实验室则将微光图像和红外热像相结合，产生彩色图像。林肯实验室设计的小型彩色夜视系统采用与三代像增强器耦合的电荷耦合器件（CCD）获得微光图像，又用非致冷热成像阵列获得红外热像，然后用二向色分光镜进行匹配和图像处理器处理，在液晶显示器上显示出逼真的彩色图像。美国伍德监视技术公司研制出全彩色夜视摄像机。该摄像机的每一个原色有一个增强型CCD芯片，并采用了视频增强技术，从而获得了类似于广播级摄像机的彩色图像。俄罗斯的喀山光学和机械厂正在研制的彩色夜视系统，可将接收的不同的红外频率转换彩色图像，估计几年后可推入市场。微光电视的特点图象清晰，视距远（在良好天气作用距离大于10千米），开路微光电视可将图象传送到50千米以外的指挥所；可以根据需要布设在前沿阵地、由人员携带进入敌方境内、装于直升飞机摄取目标图象，可以同时发往多个不同地点的有关部门使用；一台显示器也可以分别与不同地点的微光电视连接，根据需要选择观察某地的图象；适于在边防、海防线上分段设置作定向、定点观察用，甚至可代替巡逻；可作为重要目标的警戒监视和安全监视用；还可以用于反坦克导弹的发射瞄准。但是，微光电视存在体积和质量较大、耗电多、造价高、操作维修复杂、对天气和照明条件依赖性较大等缺点，应用受到限制。微光电视系统的技术改进从微光成像的要求考虑，最主要的是要提高器件的信/噪比。为此，应降低器件噪声（即减少噪声电子数）和提高信号处理能力（即增加信号电子的数量）。可以采用致冷CCD和电子轰击CCD两种方法，其主要目的是在输出信噪比为1时尽可能减少成像所需的光通量。满足电视要求（50fps〜60fps）的CCD在室温下有明显的暗电流，它将使噪声电平增加。在消除暗电流尖峰的情况下，暗电流分布的不均匀也会在输入光能减少时产生一种噪声的“固定图形”。此外，在高帧率工作时，每个像单元信号的利用率不能降低。器件致冷会使硅中的暗电流明显改善，每冷却8°C噪声将下降一半。用普通电气致冷到-20°C〜-40°C时，暗电流会比室温下小100〜1000倍，但这时的其它噪声就变得很突出了。配合致冷，采用浮置栅放大器的低噪声输出（FGA和DFGA）,CCD的检测效果更为理想。其中，FGA能处理100个噪声的CCD像感器峰值信号，而DFGA的饱和电平约为FGA的1/10，它仅能处理约20个噪声电子的像感器峰值信号。微光电视系统未来展望目前看来，微光电视系统主要在军事战场上发挥着至关重要的作用，但是先进的科技是为了方便人们的生活，从这个角度看，微光电视系统已经开始慢慢融入人们的生活之中。商务轿车豪门BMW公司已经着手于在车内安装夜视系统，这样对于在昏暗夜路驾驶的驾驶员来说无疑是多了一双真视之眼，驾驶员可以通过夜视系统，看清车前方的一切事物，弥补和避免了由于夜晚光线不足所带来的安全隐患。相信在不久的将来，该技术能够普遍应用于民用私家车，使得人们的驾驶有了多一层安全保障。不仅仅是应用在