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。     

MCP输入增强膜对像增强器主要性能的影响研究

MCP是一种超快响应的电子倍增器,在像增强器和光电倍增管中有广泛应用。本文首先介绍了MCP输入增强膜原理,之后利用真空镀膜方法在MCP的输入端镀制了一层具有高二次电子发射系数的膜层,并通过面电阻、XPS表征了膜层特性。通过试验,对比测量了镀膜MCP和常规MCP像增强器的信噪比、MCP增益以及像增强器分辨力,测量结果表明,镀膜MCP像增强器的信噪比、MCP增益较常规MCP像增强器的信噪比、MCP增益均有提高,但像增强器分辨力有所下降。常规MCP像增强器的信噪比平均为25.27、MCP增益平均为209.5、像增强器分辨力平均为61 lp/mm,而镀膜MCP像增强器的信噪比平均为29.53、MCP增益平均为450.5、像增强器分辨力平均为54.75lp/mm。镀膜MCP像增强器信噪比和MCP增益提高的原因是MCP输入端镀膜以后,表面二次电子发射系数提高。另外由于MCP输入端表面二次电子发射系数提高,导致镀膜MCP输入端表面散射电子数量的增加,使得镀膜MCP像增强器分辨力有所下降。     

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.     

用光电倍增管测量微光像增强器噪声

在微光像增强器成像中,迭加在图像上的时空域噪声,不仅限制系统可工作的最低照度,而且使显示图像有随机蠕动颗粒闪烁的外观。随着低噪声、声增益的光电倍增管的出现,比较精确地测量微弱光信号成为可能,于是在此基础上提出了采用光电倍增管来测试像增强噪声的方法,实验中发现这种方法能比较准确并直观地反映像增强器噪声大小。     

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。     

防离子反馈MCP噪声因子测试与分析

噪声因子是输入信噪比和输出信噪比的比值,能够反映微通道板的噪声特性,是影响微光像增强器信噪比的主要因素。为探寻降低微光像增强器中防离子反馈微通道板噪声因子的技术途径,根据微通道板噪声因子定义和测试原理,构建了防离子反馈微通道板噪声因子测试系统。由于防离子反馈微通道板的输入面镀覆有一层薄膜,其对微通道板的噪声因子有较大影响。因此,利用噪声因子测试系统重点测试了有、无防离子反馈膜以及不同材料、不同孔径、不同输入电子能量、不同微通道板作电压条件下的微通道板噪声因子,获得了微通道板噪声因子与输入电子能量、微通道板电压之间的关系,为降低防离子反馈微通道板噪声提供了有效的技术指导。     

微通道板斜切角对像增强器性能的影响研究

采用试验对比分析的方法,从MCP斜切角对像增强器的MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明,MCP斜切角在5°～12°范围内时,MCP噪声因子与MCP斜切角呈抛物线关系,当MCP斜切角为9°时,MCP噪声因子最小;分辨力与斜切角呈负相关关系,当MCP斜切角为5°时,分辨力最大;MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化,当MCP斜切角为9°时,MCP增益最大。这主要是因为改变MCP斜切角后,光电子进入MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同,激发出的二次电子数及电子在MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳MCP斜切角,必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。     

MCP增益与首次碰撞时电子能量关系的试验研究

首次碰撞时电子的能量对微通道板的增益产生影响.为了揭示它们之间的变化关系,分别测试了标准型和高性能6μm孔径的微通道板的电流增益和电子增益随首次碰撞时电子能量的变化关系曲线,讨论了两者在微光像增强器中的相对优势,预示高性能MCP使用于微光像增强器中的技术潜力.     

超二代像增强器分辨力提高方法

为进一步提高超二代像增强器分辨力,分析了阴极输入窗、多碱光电阴极、微通道板、荧光屏等对超二代像增强器分辨力的影响,提出了减小阴极近贴距离、减小微通道板通道孔径、减小光纤面板输出窗丝径以及对微通道板镀制防电子弥散膜来提高分辨力的方法,并通过实验得到了验证。实验结果表明,随着阴极近贴距离的不断减小,分辨力可以得到逐步提高。阴极近贴距离为0.08mm的条件下,缩小光纤面板输出窗的丝径,缩小微通道板的孔径,且在微通道板的输出面镀制防电子弥散膜,可以使超二代像增强器的分辨力达到72 lp/mm,最高可达到76 lp/mm,比原有超二代像增强器的分辨力提高了33.33%。     

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。     

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 Ratio )测试中,需要获得10 Hz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.     

像增强器的多信息量测试技术研究

阐述了像增强器的单色光反射率,光谱响应曲线,单色光电流的测试原理,介绍了多碱电阴极多信息量测试系统,该系统可在像增强器制备过程中在线测试其阴极的单色光反射率,光谱响应曲线,单色光电流等参量,本文还给出了并分析了在该系统应用于一代像增强器制备过程中的测试结果。     

微通道板的离子反馈对像增强器性能升级的影响分析及改进途径探究

通过引入像增强器噪声因子的概念,对几种典型的像增强器的有效量子效率进行了评比,分析了MCP工作状态下由倍增电子引发的离子反馈对像增强器的影响,说明了无论是砷化镓光阴极像增强器,还是多碱光阴极像增强器,要实现面向四代像增强器品质因数的性能升级,实现低离子反馈低噪声因子MCP都具有同等的必要性和重要性。而通过对MCP玻璃成份的优化改进,结合对MCP基体玻璃的晶化处理,达到对MCP基体的微结构改性,抑制产生离子反馈的有害物种在MCP通道内壁表面的形成,是实现低离子反馈MCP的有效技术途径。     

微光像增强器的MTF测试技术研究

微光像增强器是微光成像系统的核心部分,其成像质量决定了对微弱光学信号的探测能力.像增强器的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)反映了系统对图像不同频率成分的传递能力,是像质评定的一种客观指标.本文基于狭缝法测试MTF的原理,进行系统校准和采用分段加权最小二乘拟合实现曲线的平滑去噪,构建了微光像增强器的MTF测试系统.具体是采用十字狭缝靶标进行测试得到线扩散函数(line spread function,LSF)曲线,然后对其进行去噪处理和离散傅里叶变换得到MTF曲线,测试结果与德国OEG-2MTF测试仪比较,误差率低于5％,为研制高成像质量微光像增强器提供了一种有效评价手段.     

微光像增强器塑料外壳受力分析

为摸清微光像增强器塑料外壳受力规律,掌握质量变化特点,运用形变理论,建立硅橡胶形变数学模型,拟合塑料外壳受力曲线,据此确定微光像增强器塑料外壳出现开裂的必然性和寿命周期特点.结果表明:数学模型与试验数据高度吻合,能够表征塑料外壳受力情况及寿命变化规律.     

镜像频率抑制度对射频前端噪声系数的影响分析

探讨了镜频抑制度对于射频前端噪声系数的影响,分析计算了一次变频系统中有镜频抑制滤波器和无镜频抑制滤波器两种情况下射频前端输出的噪声功率值,分析表明镜频抑制滤波器在一次变频系统中能够改善系统噪声系数约3 dB;针对二次变频系统射频前端的输出噪声功率,分析计算表明当镜频抑制度达到20 dB 以上时,镜像频率对射频前端输出噪声的影响很小,近乎可以忽略。给出一种Ka频段二次变频射频前端的实例,测试结果与理论分析一致。     

图像序列中亮度闪烁去除

保存和修复旧电影是非常迫切的一项任务。在电影修复过程中,闪烁去除是经常遇到的一个问题。然而大多数闪烁去除算法中并没有考虑局部运动造成的影响。基于这一点,该文提出了一种采用余弦基和逐次超松弛迭代法的闪烁去除方法。方法中充分考虑了局部闪烁和局部运动的影响,在对实际旧电影图像处理中达到了比较满意的效果。     

利用小波阈值法对火焰闪烁频率消噪

在工业现场锅炉燃烧过程中,火焰检测器是观测锅炉火焰燃烧状态必不可少的,对锅炉的安全运行是至关重要的。然而工业现场中有很多因素对火焰闪烁信号有很大的影响,白噪声是非常重要的一个因素。为了准确判断锅炉的工作情况,我们对火焰闪烁频率的特征、白噪声和噪声的小波分析进行了较为详尽的描述,利用Daubechies小波的heursure阈值法对炉膛火焰信号中的白噪声进行消噪,取得了较好的效果。     

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。     

紫外像增强器的调制传递函数测试系统设计

紫外像增强器是紫外成像系统的核心器件,其成像质量决定了对紫外光学信号的探测和成像能力。调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）反映了系统对图像不同频率信息的传递能力,是像质评定的一种客观指标。本文基于狭缝成像和傅里叶分析的调制传递函数测试原理,设计了一套紫外像增强器的调制传递函数测试系统。然后对3支紫外像增强器进行了调制传递函数测试实验,得到3支紫外像增强器的MTF曲线截止频率均在32~34 lp/mm之间,并根据MTF曲线对3支紫外像增强器成像质量进行对比分析。最后经过重复测试得到几个重要频率点MTF测试值的标准差均低于0.02。