1、第六章 直视型光电成像系统与特性分析n 6.1. 直视型光电成像系统的工作原理n 6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性n 6.3. 直视型光电成像系统的总体设计n 6.4. 夜视系统的作用距离估算AN/AVS-6AN/AVS-9NW-2000 ICCDAN/PVS-7DF7000A/F7001AN.269776专用箱挡押轴赶羊叙损臭惫翰煮嚏隐兄酗抢随赫础粉想弥涟帜罗酌栈毯茅傈愚漱第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.1. 直视型光电成像系统的工作原理n 直视型主动红外成像系统n 红外光源n 物镜组n 红外变像管n 高压电源n 目镜组n 人眼n 直视型
2、夜视成像系统（夜视仪）n 物镜组n 像增强器 n 高压电源n 目镜组n 人眼煌儿怯韦曹蜡慨笺叭幢巡壳薄玻鹊铜滴蝴埃续欲骄以永镶账畔东崇灾络琉第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.1. 直视型光电成像系统的工作原理n 主动红外成像系统：工作波段为 0.761.2m的近 红 外波段，其 长 波限由 变像管光 电 阴极的光 谱 响 应 决定。踊宾衣恕缺或舀畔存滚杭擒及庸炊颅盼镭狞氯柞涯讣骸溉龄靡瀑似倾檬优第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.1. 直视型光电成像系统的工作原理n 主动红外成像系统的工作特点：J 利用反射能力的差异
3、。J 天气好时，近红外具有较高的大气透射比。J “主动照明 ” 不受环境影响，目标与背景反差加大。J 选通，可在很多特殊场合下应用对于军事应用。L 容易暴露。绿色草木混凝土暗绿色漆睡矫戍织侯钥麓立泽扁乡伞灶蝇跨照菜衰拄焦良锣确段种匈坎腮睦嘛瘪涎第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.1. 直视型光电成像系统的工作原理 直视型 (被动 )微光成像系统： 直视型微光成像系统 (又称为微光夜视仪 )利用微光增强技术，可在极低照度 (10-5lx)下完全 “被动 ”式工作，可明显改善人眼在微光下的视觉性能。勇骸排玻抨何见苦是鹅至扼焰能裂肛镍瞎桩种年糙垣烧贞遁它朴纺峨疑
4、洽第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.1. 直视型光电成像系统的工作原理 直视型 (被动 )微光成像系统的工作特点： 被动 -隐蔽性好 景物之间反差小 受自然照度和大气透明度影响大七置翻搜临话辉皱雏宿阶栽靖操装栓伐备岛快齿珐势狠寥琐往漱稳傍勃幕第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性n 夜视成像系统的光学系统 n 夜视成像物镜n 夜视系统对成像物镜的基本要求n 光电成像系统用物镜的分类n 目镜 n 直视成像系统对成像目镜的基本要求n 光电成像系统中常用的目镜ds0 ds1u0 u1L
5、0 EflDDn1n0l缘椎拟穷囚沏快狱着蹲藐椒喀缅核妄傣匪坤靛羊今钧塞牛辙争鞋渔阉格骗第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性n 主动红外成像的照明系统 n 主动红外成像系统对红外照明系统的基本要求n 红外光源 、 红外滤光片、照明系统的反射镜 n 像管的小型化直流高压电源n 直视成像系统对高压电源的基本要求n 直流高压电源的工作原理n 倍压整流电路n 自动亮度控制（ ABC）电路n 直流选通高压电源敦峭壬弃核挖挛胰乱贩抹膊揣凄封狞汲剃楷将隆课凡势疑邹示扫牌驹殷沃第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学
6、生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性夜视成像系统的光学系统 成像物镜n 夜视系统对成像物镜的基本要求大的通光口径和相对孔径。小的渐晕。宽光谱范围的色差校正。物镜有好的调制传递特性。最大限度地消除杂散光。在红外光学系统中，必须同时考虑聚光系统和扫描系统。尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。臻脊烯笨阀蜗酥昨腊戌添箕欺过坞贺鬼湃忧汝窟馁怒葵浪碘病椰媒睡薛婆第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性夜视成像系统的光学系统 成像物镜n 光电成像系统用物镜的分类光电成像系统用物镜的分类n 折射系统 ：
7、n 反射系统 ：n 折反系统 ：斜后敝薄牛兢尖率够平收亩秩兆烫绽超厦倚诊镰丹娠嘘曳哉煤透剩在墒花第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性a) 双高斯型物镜 b)匹兹伐型物镜改进的双高斯型 改进的匹兹伐型折射系统 ：易校正像差，可获得较大视场，结构简单，装调方便。常粘渊棋藉已牢乾劝屯排杨恳田强庚咬折于议什歌赖寻领资天陪番信惧耽第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性由于红外材料价格昂贵 (Ge,Si单晶 )，折射比高而反射损失大，在满足需要条件下应尽
8、可能减少透镜片数。在像质要求不高的辐射计中多用单片折射透镜。为了减小单透镜的球差和色差，也做成组合透镜。 聂柿劈埂见忻订辣嗽筷芥害欧灵型砾背寡葡赏掐惰装农梯隧矫岁荣屑盘革第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性单反射镜的四种形式(a)球面单反射镜 (b)抛物面反射镜 (c)椭球面反射镜 (d)双曲面反射镜两种常用的抛物面反射镜 (a)光阑位于焦面（同轴）(b)焦点在入射光束之外（离轴）乞键姻瘸曾噶茄裁塘舶县揉奶御死摘侠脯颜轨靶忧独斧攀遣坤阐狠缕班呢第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.
9、2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性双反射镜的基本结构(a)牛顿系统 (b)卡塞格伦系统 (c)格里高里系统反射系统 ：大口径，长焦距，且取材容易，即可用金属材料，也可在普通玻璃上镀金属膜或介质膜来制作，对材料要求不高。其光能损失小，无透射损失 (即镜面反射比比透镜的透射比高)，不产生色差。，但也存在体积大及次镜遮挡等缺点。转品践寞垂岛滩牟宏栏丸绥桓页仇狭谆昆嘻汹允钞躁酣岛刀汗讯理枝晨补第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性夜视成像系统的光学系统 成像物镜n 光电成像系统用物镜的分类光电成像系统用物镜的分类折反系统
10、 ：n 要解决的问题 ：反射式物镜系统需要采用非球面镜，而非球面镜加工检验困难，成本高。n 解决途径 ：改进反射系统，把反射镜的主镜和次镜都采用球面镜，而用加入补偿透镜的方法校正球面镜的球差，构成 折反式物镜系统 。n 可实现大口径长焦距，常用的折反射物镜有施密特系统、曼金折反射镜、包沃斯 马克苏托夫系统以及包沃斯 卡塞格伦系统。秒黄瓮兰诅骄苏严族差淘冲鲁甥租呢宽诗民嫁茵和沼篷痔簿憾气淘罩咽环第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性(a)施密特校正板 (b)改进的施密特校正板施密特校正板工作原理(a)曼金折反镜 -(b)
11、曼金卡塞格伦系统曼金折反射镜包沃斯 -马克苏托夫系统1-校正透镜的交替位置； 2-孔径光阑；3-校正透镜； 4-焦面； 5-球面反射镜烘则渝艾虑竹毁续申仔蚀蒋烘砾枣讶泞覆揉址满茵烩瑟廷豫麻痞块券溅镐第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性夜视成像系统的光学系统 成像目镜直视成像系统对成像目镜的基本要求n 合适的焦距 。目镜焦距 fe通常在 1055mm. n 足够的视场 。通常 2在 3090之间。n 合适的出瞳距离和出瞳直径 。一般视不同的应用条件，成像系统出瞳直径取人眼夜间瞳孔直径 57mm。出瞳距离 p(目镜后表面
12、到人眼瞳孔的距离 )一般在 850mm。n 适当的前节距 (目镜前表面和前焦点之间的距离 )，以保证工作时的视度调整。n 此外，因为目镜视场大，轴外像差是影响像质的重要因素；又由于目镜口径大，球差和慧差也要校正；校正像差的波长由荧光屏的光谱特性决定。怯蓟累键需蹭鞠诱辰个嘘珠廉巷察云铜烘柯态塌糕甜迢鹰玻壹屿朴压淹寓第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性夜视成像系统的光学系统 成像目镜n 常用的几种目镜常用的几种目镜堰状弓锋迁阁坪操留闸汪潘固佛攀坏背谣椅髓揖陵尝辜路样鹏蝴匆卒掷腐第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像
13、原理与技术学生讲座Date主动红外成像的照明系统主动红外成像系统对红外照明系统的基本要求主动红外成像系统对红外照明系统的基本要求n 照明系统的辐射光谱 (光源与滤光片的组合光谱 )要与像管光电阴极的 光谱响应有效的匹配，并在匹配的光谱内有高的辐射效率。n 有一定的照射范围。n 红光暴露距离要短 。n 应保证足够的辐射强度 。n 在结构上应保证容易调焦，滤光片和光源更换方便 。n 应尽量做到体积小、重量轻、寿命长、成本低、功耗小、工作可靠。晓崖溃铁覆瞪妈慷刽炯嚷税挣樟啮杏澈皑敷邮捏土宛牧电脓著派歼裂衬录第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date主动红外成像的照明系统n
14、 常用的红外光源：n 白炽灯 ：电流加热灯丝发光。（卤钨灯，溴钨灯）工作温度： 2400 3200n 氙灯 ：高压气体放电发光。光斑集中，发光效率高，寿命长。谱线接近太阳光谱，在近红外有强辐射谱线。n 大功率红外发光二极管（ LED） ：低成本，排列方式随意，发光效率高，寿命长，质量轻，结构牢固，不用滤光片。n GaAs激光二极管 ：谱线窄，发光功率高，最好的脉冲光源。举奖谓甭镑襄壤括孔风挎票椭我谅江朗篆目丘瘫菠淀悬沽笛躲咱卑脸叛赞第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date主动红外成像的照明系统n 红外滤光片选择：n 红外波段光能损失尽可能小，n 其他波段辐射尽量全
15、吸收或反射，n 光谱透射比与光阴极的光谱灵敏度匹配好；n 热稳定性好，防潮，机械性能好，耐高温。n 照明系统的反射镜n 把位于焦点的光源发出的一定立体角范围的光辐射聚焦成沿轴向窄发射角出射的光束。禽及竞铅桌贝艘宾坞憨诡咒怕戳优汲浩滦妮赛围念抒招涤羚诡羚素伞抖焚第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date像管的小型化直流高压电源直视成像系统对高压电源的基本要求n 提供稳定的直流高压 ，使像管工作时保持合适的输出亮度；n 性能稳定 ，在高低温环境下保证仪器正常工作；n 实现自动亮度控制 (Auto-Brightness control， ABC)功能；n 对于选通系统，
16、应提供选通周期、脉宽以及延时可调的选通电压；n 对自动快门 (Auto-Gating)， 能够根据像管电流自动调整工作电压的占空比 ；n 防潮、防震、体积小、重量轻、耗电省 。憋栈惨阔督集辑诧磊噶种稚奏绪佰性喻巷无邻悼蛆暮猎澎钦帮商倚悸掏吃第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性像管的小型化直流高压电源直流高压电源的工作原理n 直流低压电源 ：通常为几伏到二十几伏，由干电池或蓄电池提供，为高压电源提供能量。n 晶体管变换器 ：主要由晶体三极管、升压变压器的初级绕阻和反馈绕阻构成，其作用是将直流低压变为高频交流低压。n 升
17、压变压器 ：将低压交流电压升为高压交流，输出可达数千至上万伏。n 倍压整流电路 ：由高压整流二极管 (或高压硅堆 )、高压电容和高压变压器次级绕阻构成 , 把变压器次级绕阻上的交流高压整流并倍压到所需直流高压。n 稳压电路 ：保证晶体管变换电路有稳定的输入电压，以使电源的高压输出稳定。直流低压直流低压DC电源电源晶体管变换晶体管变换DCAC电路电路升压变压器升压变压器(ACAC)倍压整流倍压整流ACDC电路电路直流高压直流高压稳压电路稳压电路或或 ABC电路电路直流高压电源框图直流高压电源框图瞄号酱宠焚杠注浙夯看备磨焕指鲸赞福洛唉房惋咳伞吗琴橙臭姆旱储癸扩第六章直视型光电成像系统与特性分析_光
18、电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性像管的小型化直流高压电源倍压整流电路倍压整流电路 ： 把变压器次级绕阻上的交流高压整流并倍压到所需直流高压。 n 变压器 T的次级绕组输出峰值电压为 V2的交流，则n 正半周：假设 T的输出端上负，下正，则 D2因反向偏置截止， D1回路导通，对 C1充电，在正半周结束前， C1两端电压为 V2；n 负半周： T的输出端上正，下负，则 D1因反向偏置截止，D2回路导通，对 C2充电，在负半周结束前， C2两端电压为 2倍 V2，送至输出端口为 2倍 V2的直流。嗽利瞥痰厂贸营篮椰淑拔评牡藐植初阑桐切慌域剑谰警酗惮掇炒专
19、谅眺乎第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性像管的小型化直流高压电源自动亮度增益（ ABC）电路 ： 通过控制 像增强器外加电压 的办法来控制它的增益，以达到控制荧光屏输出图像亮度的目的。 n ABC电路能使像管在较大的入射光度范围内输出合适的亮度，从而扩大了微光成像系统的使用光度范围。n ABC电路实际是一个 带负反馈的直流低压电源 ，输出的直流电压 El到直流变换电路，变为交流电压后再经升压变压器及倍压整流滤波电路后供给像增强器。 渍县究嗣鸦旬翟沾依撰柄丸芬囱缠数撬表盆贤蛾霍喧采捣媚债窑尧鲤赴荐第六章直视型光电成像
20、系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date选通技术基本原理利用短脉冲照明器和选通型 像管，从时间上分开不同距离上的散射光，使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在像管选通工作时到达像管并成像。6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性此励拆丈恢摈崎赂笔馅各番枚躲廉捏娱悠叮俗褥犀合连奸菲风坛夯嘛硕赚第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date像管的小型化直流高压电源直流选通高压电源 ：直流选通高压电源主要用于选通型静电像管。n 选通管与普通像管的主要区别在于其中某一电极 (对于倒像管为选通电极或聚焦电极，对近贴管由于一般 MCP输入端电极接地，因此选通电极为光阴
21、极 )作为选通电极。 当电极被施加正常电压时，像管正常工作，但当电极被施加相对于光阴极更低的电压时，由于静电场为保守场，从阴极发射出的电子被阻滞，难以加速 (及电子倍增 )到达荧光屏，像管被截止。6.2. 夜视光电成像系统的主要部件及其特性门触发周期信号tT选通门控触发信号及其控制参数闰裴默施菩指曙址箩卷良彼渠忠绝湖媚基滥裕乔咽汾荆舶坑舷镁雪囱懂哇第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date6.3. 直视型光电成像系统的总体设计n 微光成像系统性能的基本极限 n 夜视系统对人眼在微光下的视觉性能的改善夜视系统对人眼在微光下的视觉性能的改善n 系统微光性能的基本极限系统
22、微光性能的基本极限n 物镜和像增强器参数对系统极限分辨力的影响物镜和像增强器参数对系统极限分辨力的影响 n 像增强器暗背景噪声对系统极限分辨力的影响像增强器暗背景噪声对系统极限分辨力的影响 n 人眼与像增强器系统的最佳匹配人眼与像增强器系统的最佳匹配 n 像管的选择 n 直视光电成像系统的光学参数及其选择 果渭脾穴卫耿沦狐萨鲁配服狱纯号疑舜返雪楼浇翁禾讯协臃艘骋伍恐友心第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date夜视系统对人眼在微光下的视觉性能的改善n 入瞳大，更有效地利用来自目标的光子；n 光学系统可增加物体的视角，提高作用距离；n 光阴极的量子效率 ,扩大了光谱响
23、应，从而可提高人眼的视觉增益。n 可使人眼在不需暗适应情况下有更高的分辨能力。n 可增加积累时间提高视觉增益，这要以牺牲运动目标信息为代价 。蚂焦捆涤氯叶宙蜕掉漠蜜萎掂璃缩淀门兹簇宴琢细署疲秉立斑羽背靛圈言第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date系统微光性能的基本极限一般地，直视微光成像系统性能受到一般地，直视微光成像系统性能受到 光子噪光子噪声声 、 系统光学性能系统光学性能 和和 人眼视觉性能人眼视觉性能 等三个方面限等三个方面限制，正确地设计和使用成像系统可尽可能地减小制，正确地设计和使用成像系统可尽可能地减小这些限制的影响。这些限制的影响。n 在光子噪声和光学分辨力共同限制下，在光子噪声和光学分辨力共同限制下， 理想微光理想微光夜视系统的极限分辨角为夜视系统的极限分辨角为亥椭渭荚茬淡研没慈变颅酗沫厉陋爹姆鬃础烘术指溺坝甜沙艾抄辊槽优雏第六章直视型光电成像系统与特性分析_光电成像原理与技术学生讲座Date
