1XZ20／30W二代微光像增强器电子光学系统设计计算与研制

本文论述了１ＸＺ２０／３０Ｗ二代微光像增强器电子光学系统具有的特点，像增强管前级倒像系统电子光学的设计计算，电子光学成像参量的计算，像增强管的结构与工艺特点，最后介绍了研制结果并与国际上同类产品进行了比较。１ＸＺ２０／３０Ｗ二代微光像增强器技术性能优良，工艺技术先进，结构设计合理，像增强器所用零件和原、材、辅料基本实现国产化，适于大批量生产。     

一种16mm微光像增强器电源MCP高压调控电路设计

16mm微光像增强器电源是16mm微光像增强器的重要组成部件,为像增强管提供阴极、微通道板(MCP)、屏极提供所需的工作电压,实现像增强器的自动亮度控制(ABC)和阴极保护功能。本文通过对16mm微光像增强器MCP高压的控制方式进行分析研究,利用开关器件隔离控制功能实现MCP高压的动态调控,设计一种满足小体积电源需求的MCP高压调控电路。     

像增强器参数综合测试研究

采用高灵敏度低噪声CCD器件作为像管输出图像的探测接收器,研制了一台像增强器参数综合测试系统.分析了各参数的综合测试方法与原理.优化的结构设计保证了一台仪器就能够对像增强器的亮度增益、调制传递函数、分辨力等多种性能参量测试.利用统计学的方法对多次测试结果进行误差分析.试验表明,测试系统具有测试过程自动快速及测试数据准确稳定的优点.     

基于CMOS图像传感器的像增强器闪烁噪声测试系统

随着国内像增强器性能的逐步提高，闪烁噪声成为分辨力进一步提升的障碍之一。为了深入分析和研究闪烁噪声的相关特性，筛选性能更好的像增强器并进一步改进生产工艺，设计了一套闪烁噪声测试系统。通过驱动长光辰芯GSENSE400BSI系列低照度CMOS图像传感器，采集像增强器荧光屏上的图像，利用USB接口传输数据至上位机进行图像分析。实验中对像增强器进行测试，得到了相应的闪烁噪声离散系数分布，发现在2.8×10-6 lx照度环境下噪声最为明显，信噪比越高的像增强器整体离散系数越低。利用连通域检测算法，在二值化阈值为100的条件下，三种型号像增强器在连续200张图像中的高亮噪声数量平均值分别为5.18,1.40,0.86，重复性分别为1.26%,3.23%,2.66%，可以将离散系数和高亮噪声数量作为评价像增强器显示质量的指标之一。     

像增强器信噪比测试仪中数字滤波器的设计

在像增强器的信噪比（SNR，Signal-Noise Ration）测试中，需要获得10Hz以下的信号，采用常规硬件电路实现的滤波器存在结构复杂、效果不理想的缺点。根据像增强器的信噪比测试特点，设计了有限长单位脉冲响应数字滤波器（FIR DF，Finite Impulse Response Digital Filter），应用到像管信噪比测试仪中，实现信噪比的测试。     

像增强器性能梯次及发展路线研究

描述了一种判断夜视仪用微光像增强器性能梯次的方法，基于视距模型对影响探测能力因素进行了分析，研究了积分灵敏度、极限分辨力特性测试条件与实际夜视环境的差异，分析了夜天光辐射光谱特性、大气传输的光谱衰减特性、背景反射特性的光谱差异以及光阴极响应光谱特性对视距的影响，梳理了传统上以极限探测性能来判断像增强器优劣方法的不足，提出了“能力因数”模型，包含信噪比、低照度及低对比度下分辨力参数和技术特征因素，采用该方法对像增强器两大技术路线（砷化镓器件、多碱器件）进行梯次和代际分析、设计了三代像增强器发展路线。结果表明，“能力因数”模型（Figure of Capability， FOC）能够准确反映像增强器技术路线和性能梯次发展规律。     

新型Gamma射线像增强器

分析了Gamma射线像增强器两个主要性能参数,即Gamma射线像增强器的分辨率和探测效率,同时给出了Gamma射线像增强器主要设计参数及实验结果。     

二代微光像增强器的发展与应用

微光像增强器在90年代中后期进入了新的发展和应用阶段,主要表现为二代像增强器在性能指标上有了质的提高,出现了性能能与三代微光像增强器相媲美的高性能超二代像增强器.本文着重对超二代像增强器在国内的应用前景进行分析和比较.     

普通高压电源超二代微光像增强器亮度增益温度特性研究

针对匹配普通高压电源的超二代微光像增强器亮度增益在高温条件下大幅下降的问题,根据理论分析搭建了高低温试验平台,并分别对普通高压电源超二代像增强器、像增强管和普通高压电源的高低温特性进行研究。试验结果表明,匹配普通高压电源的超二代像增强器高温（55℃）亮度增益与低温（-55℃）相比衰减约65%;在阴极电压、MCP电压和阳极电压恒定的条件下,像增强管高温亮度增益仅衰减约20%,且主要是由于阴极灵敏度和荧光屏发光效率随温度升高而降低导致的;普通高压电源高温（55℃）与低温（-55℃）相比阴极电压降低约40 V,MCP电压降低约18 V,阳极电压降低约100 V,三者共同作用加剧了普通高压电源超二代像增强器高温亮度增益的衰减。因此,在高温条件下通过软、硬件的方式对电源阴极电压、MCP电压和阳极电压进行补偿是提高普通高压电源超二代微光像增强器高低温亮度增益一致性的有效手段。     

微光像增强器亮度增益和等效背景照度测试技术

研制了一台微光像增强器亮度增益和等效背景照度测试仪,对测试仪的总体结构、光学系统、机械结构、信号处理模块和计算机软硬件等部分进行了设计,采用测试入射像增强器阴极面光通量和荧光屏输出光通量之比的方法实现了像增强器的亮度增益测试,合理的结构设计保证了一台仪器对两个参量的测试.利用研制的测试仪对多种型号的像增强器的亮度增益和等效背景照度进行了测试,并分析了测试结果.     

用于近贴聚焦微通道板象增强器的新颖控制电路

近贴聚焦微通道板(MCP)象增强器由于具有高的时间和空间分辨率、宽广的光谱和输入强度动态范围、高的增益以及能记录单次瞬变现象,经常被用作超高速的光快门(光闸)。 微通道板象增强器与控制其快门作用的选通脉冲发生器相结合,便构成具有高的光增益和快速响应的超高速相机。本文比较了对一个典型第二代象增强器(18mm,ITT-F4111型象增强器)进行脉冲控制的三种方式。在此基础上,提出了在象增强器的光阴极进行选通的、能产生大幅度毫微秒脉冲的新颖控制电路。实验表明,用这种控制发生器,相机的曝光时间可达到约2 ns。文中还讨论了控制发生器与象增强器之间的匹配,并提出一个简单而有效的方法,借此可以消除在单次摄影中必须绝对避免的多次曝光现象。     

关于微光像增强器的品质因数

20世纪60年代以来,微光夜视像增强器的技术进步一直是以“代”来评价的。通常理解是一代比一代优越。20世纪,在微光夜视像增强器发展的过程中,相继出现60年代的纤维光学面板级联耦合的像增强器(第一代),70年代的微通道板像增强器(第二代)和80年代的GaAs负电子亲和势光阴极像增强器(第三代)。从事夜视技术的科学家们一直在探索新一代或第四代像增强器技术。什么是第四代,在夜视学术界是有争论的。问题在于,像增强器以代来划分,以代来评价,是否合适和全面;评价像增强器的优劣是性能还是技术;以什么表示像增强器的性能更好和更全面;这些问题引起了夜视学术界的深思。文中阐述了微光像增强器总体性能应以品质因数而不是代的概念进行评价。     

超二代与三代像增强器性能的比较研究

超二代和三代像增强器是两种不同技术的像增强器,其在光电阴极、减反膜、离子阻挡膜以及阴极电压方面存在区别。在极限分辨力方面,尽管三代像增强器GaAs光电阴极的电子初速小、出射角分布较窄以及阴极电压较高,但目前两种像增强器的极限分辨力均相同,三代像增强器GaAs光电阴极的优势在现有极限分辨力水平下并未得到发挥。在信噪比方面,尽管GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度,但因为较高的阴极电压以及离子阻挡膜透过率的影响,使得两种像增强器的信噪比基本相同,三代像增强器GaAs光电阴极高灵敏度的优势也未得到发挥。在增益方面,尽管三代像增强器具有更高的阴极灵敏度以及较高的阴极电压,但超二代像增强器通过提高微通道板的工作电压来弥补阴极灵敏度以及阴极电压的不足,因此在现有像增强器增益的条件下,两种像增强器的增益完全相同。在等效背景照度方面,由于三代像增强器GaAs光电阴极的灵敏度更高,因此在相同光电阴极暗电流的条件下,三代像增强器可以获得更低的等效背景照度,所以三代像增强器较超二代像增强器具有更高的初始对比度。在光晕方面,由于三代像增强器光电阴极的灵敏度较高,同时具有离子阻挡膜,因此理论上讲,三代像增强器较超二代像增强器具有更高的光晕亮度,但实际的情况是两种像增强器的光晕亮度基本相同。在杂光方面,GaAs光电阴极具有减反膜,因此杂光较超二代像增强器低,所以三代像增强器的成像更清晰,层次感更好。在带外光谱响应方面,由于超二代像增强器Na₂KSb（Cs）光电阴极的带外光谱响应高于三代像增强器,因此在近红外波段进行辅助照明时,超二代像增强器较三代像增强器成像性能更好。在低照度分辨力方面,具有相同性能参数的超二代和三代像增强器具有相同的低照度分辨力。需要注意的是,这是在标准A光源测试条件下所得出的结论。当实际的环境发射光谱分布与标准A光源发射光谱分布不相同时,两种像增强器的低照度分辨力将会不同。     

基于微通道板的像增强器增益饱和效应研究

为评估像增强器对强光的响应特性,开展了连续激光对像增强器的辐照实验,分析了激光辐照对其增益特性的影响。实验结果表明:持续增加激光功率,直到光阴极处激光功率密度达到点饱和阈值激光功率密度的8104倍时,仍未出现像元串扰现象,表明像增强器出现了增益饱和,其输出光强受限。建立了像增强器的微通道板等效电路模型,分析了微通道板的增益特性,得到微通道板线性增益允许的最大入射电流约为1.6410-10 A。该结果非常接近实验测量值,表明通道损失的电子得不到及时补充是增益饱和的主要原因。     

微光像增强器自动门控电源技术研究

针对微光像增强器在高照度下出现的输出图像饱和现象,提出了混合式自动亮度控制方法,论述了微光像增强器自动门控技术、光电子快门控制原理,以及大动态范围自动亮度控制方法,给出了自动门控电源设计框图和混合式自动亮度控制工作时序以及实验结果,分析讨论了设计中的4个关键问题。     

像增强器亮度增益和等效背景照度测试仪的计算机模拟与研制

亮度增益和等效背景照度是衡量像增强器性能的两个重要参数,针对这两个参数的测试要求,本文阐述像增强器亮度增益和等效背景测试仪的计算机模拟与结构设计。并利用研制的测试仪对多种型号的像增强器的亮度增益和等效背景照度进行了测试,给出并分析了测试结果。结果表明,本测试仪的计算机模拟和结构设计是合理有效的。     

三代微光像增强器亮度增益对像质影响的分析

为研究三代微光像增强器亮度增益对像质的影响,提出对不同增益条件下荧光屏输出图像的像质进行对比分析,以提高三代微光像增强器的成像质量。首先,在三代微光像增强器的理论基础上,论证了亮度增益会直接影响像增强器的成像质量。然后,通过图像质量评价的两个重要参数信噪比和分辨力,建立像质评价系统并搭建实验装置。最后,通过实验结果表明,在无月夜天光照度条件下,当亮度增益取得最佳值时,输出图像在视场明亮清晰的同时分辨力由32 lp/mm提升至40.3 lp/mm。证明该研究对夜间环境中,如何通过合理设置亮度增益值使微光夜视仪获得最佳成像质量具有指导意义。     

像增强器在高速图像采集中的应用分析

对以9350EOS-3-PRO三代像增强器和MC1362高速相机为平台搭建的高速采集系统进行了简单介绍,对可能影响像增强器工作的外部因素进行了实验分析。从电压和照度两个方面出发,通过实验采集数据并用MATLAB软件处理后得到结果。分析结果表明,当电压在2.98 V~4.22 V之间时,成像效果无明显变化,但在低照度环境下能显著提高成像效果,在高照度环境下工作容易饱和,有待进一步改善