影像增强器原理与维修专题

1、影像增强器原理与维修专题岛津VS- 20 X线机影像增强器的原理及 常 见 故 障 处 理 方法岛津 VS -20X 线机所配影像增强器的系统电路图如图1。它由三部分组成: (1)供电电缆;(2) ICV007电源;(3)增强管。影像 增 强器是一种把X线图像转换成高质量的可见光图像的装置，该增强器采用金属输人窗，与玻璃输入窗相比，噪声小，对比度高，因而减少了二次电子发射，如单通道光学系统结合，1A-9Vs能进行X线透视和DSA，除此之外，和二通道或三通道光学系统结合，可进行电影摄影，点片摄影和X线透视。一 、工 作 原理当 X线 穿 过人体后，按人体组织的不同密度将各处不同强度的X线投射到输

2、人屏上，在荧光屏内侧的光电阴极按荧光的强度产生不同数量的光电子，光电阴极的光电子受到阳极正电位的吸引，高速飞向阳性，光电子穿过阳极小孔投到输出屏上，产生一个可见的图像，该图像比先前透视图像亮度增强，大小缩小。增强 管 需 要的各种电压是由ICV007电源盒提供的，电源盒内的线路板上有与增强管所需电压相对应的测试点，正常对应值如下:测试 点 实测值对应高压值HV 1 .98V 30 kVMV 1 .49V 2 . 8kVG2 56 7VGl 19 9V二、 常 见 故障及其排除方法1. 有 X线 产生，增强管输出屏无荧光。故 障排 除 方法1)确认X线是否已照到增强器的输人屏上，打开缩光器，排除

3、输人屏前所有遮挡X线的物品。(2)增强器供电电源是否接通，测量ICV007接线端的供电电压，AC100V是否正常，保险管是否熔断。(3)确认ICV007各测试点的电压是否正常，TP30 30V,H V 1.98 V,M V1.49V,G 2 567V,G l 199V。若开机10nin 后，TP30点的电压为15V或为OV，用手背感觉一下高压和中压单元，无温升，透视无图像，则为ICV007电源线路有故障。ICV007电源线路用了两个三端稳压块LM317，若TP30点的电压是15V,一定是一个LM317坏了，通常更换新品，故障即可排除。若为OV，需先测电源滤波后的直流电压是否正常，若正常，还要查

4、LM317, ICV007大多电源故障是由它引起的。如果更换新品后通电就烧坏，则要进一步检查高、中压发生电路，分别拔掉给高、中压供电的输人端，更换新的LM317，重新测TP30点的电压，若为30V，则说明电源正常;先接通中压块，若30V电压没有变化，则说明中压正常;再接通高压块，LM317烧坏，则说明高压块坏。(4)在更换两个高、中压块时，需特别注意。因为输出端电压较高，若直接从高压嘴子处拔下，非常困难，一般都是从高压输出线距根部5-10cm处截断，按下述方法处理好高压接头:处理高压接头如图2示的形状，即导线与绝缘层成450角，把粗细两个规格的高压绝缘热缩管分别套在新的高压线上，然后把两个接头

5、用焊锡焊牢，焊点光滑，把高压绝缘胶布切成图3示形状，从焊点处逐层把接头缺口与绝缘层外皮缠平，排除层与层间的气泡，先把较细的套管套在所缠的高压绝缘胶布上，用烙铁背从中间向两侧加热排除接口处的气泡，并使套管紧缩，再把较粗的套管套到较细的外面，用烙铁背从中间向两侧加热，使套管紧缩。对于中压2.8kV的接头，可省去较粗的高压热缩管就可满足要求。最后，把输人端插上。2.增强管有荧光但没有图像。故障排除方法:严重散焦所致。调节G1电压567V, HV为1.98V, MV为为199V, G2电压为1.49V。故障消失3. 电视 图 像有闪烁现象。故障 排 除 方法:排除x线机和电视的问题后，此现象也可由增强

6、管高压打火所致，调HV电压为1.98V, MV电压为1.49V。故障消失。4. 图像 淡 薄。故障 排 除 方法(1)高、中压低于正常值，调HV电压为1.98V, MV电压为1.49V; (2)增强管老化，更换。5. 图像 模 糊。故 障排 除 方法(1)排除x线机和光学系统问题后，需逐一测量增强器的各测量点的电压，达到规定要求，模糊一般可消失。(2)输出屏灰尘多也可造成模糊，用擦镜纸把镜头擦净，故障消失。(3)排除以上两点后，图像仍模糊不清，肯定是增强管老化，真空不良造成，此时需更换增强管。第十章医用X线电视系统第一节概 述 医用影像增强X线电视系统简称为X线电视系统或X线电视。它是将电视技

7、术应用于医学领域的结果。X-TV是20世纪50年代出现了X线影像增强器（image intensifier，I.I）后的产物。X-TV将X线透视影像通过影像增强、电视摄像和放大处理后，在X-TV监视器上显示。图像直观、明了。X-TV的出现，使X线透视发生了由暗室透视变为明室透视的根本转变。X-TV具有下列优点：X-TV透视和荧光屏透视相比，医生和病人的受照剂量可以大大减少。明室透视，将医生和病人从暗室中解放了出来，使一些需在X-TV透视监视下的手术得以实施。X-TV透视比荧光屏透视图像清晰、层次好。荧光屏透视看不清的病灶，在X-TV监视器上可清楚地显示出来，有利于病变的早期发现。X-TV图像可

8、以远距离传送，有利于教学和会诊。X-TV图像可以录像，便于资料的保存。通过X-TV获得的视频信号经过A/D转换、计算机图像处理后，可获得数字图像。 20世纪80年代以来，我国医疗器械行业发展迅速，X-TV的普及很快。目前，荧光屏透视基本上已在各级医院被X-TV透视所代替（荧光屏被X-TV替代）。X-TV的广泛应用，为医学诊断技术的进步作出了重要贡献。掌握X-TV技术，对从事医学影像设备安装、使用、保养、维修的技术人员是十分必要的。一、构成 X-TV由I.I和X线闭路电视两部分构成。X-TV只是X线机的一个成像部件，其工作受X线机的控制。X-TV透视式X线机的构成如图10-1所示。 1I.I它是

9、将X线影像转换为荧光影像的器件，主要由X线影像增强管（简称为增强管），输出屏物镜和小高压电源等构成。 2摄像机头摄像机头简称为摄像头，是将荧光影像转换为视频电信号的装置，由光学镜头、电视摄像管和摄像电路等构成。 3电视控制器它对电视图像信号进行控制、处理。它由视频信号处理、同步机、电源等构成。 4监视器它是影像显示器件。其主要作用是进行电光变换。其实质是电视信号接收机，它由显像管、视频放大器、偏转电路等构成。5自动亮度控制装置它是使监视器图像亮度稳定的自动控制装置。通过它可调整X线的质或量，以保证对病人不同部位透视时，监视器图像亮度稳定、最佳。图10-1X-TV透视式X线机的构成方框图二、基本

10、工作原理穿过病人的透射X线（X线图像）照射到I.I的输入屏上，获得亮度较弱的荧光影像，再经I.I增强后在输出屏上获得一个尺寸缩小的、亮度比输入屏上的亮度强数千倍，乃至上万倍的荧光影像。输出屏上的荧光影像经光学系统传输和校正后，被摄像管摄取，从摄像管输出的视频电流信号经预放器放大、控制器进行图像信号控制、处理和放大后获得全电视信号，输送到监视器，在监视器荧光屏上显示X线透视图像。图10-2为X-TV的基本工作原理示意图。图10-2X-TV的基本工作原理示意图X-TV工作中，存在下列几个转换过程和传输过程：1用I.I实现X线图像与可见光影像的转换转换效率的高低由转换因子Gx决定，Gx越大表示输出同

11、样亮度的光像时输入X线的照射量就越小，转换效率越高。2光学系统其作用是将I.I输出屏上的荧光图像经光路传输传到摄像管。光学系统的好坏由传输效率决定。传输效率与光路传输距离有关，距离越短，效率越高。由于光在传输的过程中总有一定的损失。所以，传输效率总是小于1。3用摄像管进行光电转换将传输到摄像管输入屏上的荧光影像转换成电信号Is。光电转换的效率取决于摄像管的灵敏度。摄像管输出电流信号达到一定值所需的靶面照度越小，灵敏度就越高，光电转换效率也越高。（尹今扬）第二节影像增强器一、结构与工作原理I.I是X-TV的重要构成部分，它的好坏对X-TV的性能起决定性作用。I.I质量低劣，闭路电视质量再好，也很

12、难获得临床诊断满意的图像。I.I由增强管、壳体和电源三部分构成。如图10-3所示。图10-3I.I的结构示意图 1结构X线穿过病人后，由于病人各组织的密度不同，对X线的吸收程度亦不一样，因而形成一个强度受密度调制的X线图像。增强管的输入屏能将X线图像转换成荧光影像，经增强管进行影像增强后，在增强管的输出屏上获得亮度大大增强的荧光影像。故增强管亦称为X线影像增强管。其结构如图10-4所示。它主要由输入窗、闪烁体、光电阴极、电极、输出荧光屏、输出窗、管壳等构成。图10-4增强管的结构示意图 （1）输入窗：它是X线的入射窗口，由球面（或双曲面）状玻璃或对X线吸收较小的薄金属板等构成。 （2）闪烁体：

13、它是X线换能器，可将X线图像转换成荧光影像。近代都采用碘化铯作为闪烁体，它能将X线转换成兰光，兰光强度与入射的X线强度成正比。 （3）光电阴极：它是一层极薄的光电发射膜。光电阴极受光照射时逸出光电子。光电子密度与入射的兰光强度成正比。 （4）电极：管内一些特制的金属零件称为电极，最接近输出端的为阳极，中间的电极为栅极，最接近输入端为光电阴极。在阳极和光电阴极之间加直流正高压，对光电阴极逸出的光电子起定向加速作用。在栅极上加一定的直流电位，对阴极发射的电子束起聚焦作用。 （5）输出荧光屏：它是在玻璃基板上涂敷一层PtO荧光粉，其上敷有一层铝膜，高速电子可以通过铝膜到达荧光粉层。此时电子能量将转换

14、成可见荧光，铝膜的作用是防止光的反向传播以及给电子提供电气通路。 （6）输出窗：它由玻璃或光纤面板制成，是输出荧光屏上的荧光影像输出窗口，摄像头可摄取此窗口荧光影像。 （7）管壳：它由输入窗、管身（金属或玻璃），输出窗等构成。它是一个大型的真空器件。其管内真空度在10-810-9托以上。只有高真空下，由光电阴极发射的光电子在到达输出屏时才不会与任何气体分子发生碰撞，管子才能正常工作。 2工作原理如图10-5所示，其工作原理为：X线图像输入到输入屏，使光电阴极激发出光电子，在阳极和阴极之间的高压加速以及栅极聚焦电位的聚焦下，光电子轰击到输出屏上，因此在输出屏上可获得缩小了几十分之一的，亮度比普通

15、荧光屏强数千倍乃至上万倍的荧光影像。增强管的有效视野一般为1535cm（614），最常用的是23cm（9）。有些增强管的视野是可变的，如28cm/18cm（11/7），25cm/15cm（10/6），23cm/13cm（9/5）的可变视野增强管。图10-5I.I的工作原理示意图二、增强管的主要技术参数 增强管是X线I.I的核心部件。衡量增强管质量优劣的主要参数如下：1转换系数它是衡量X线增强管转变效率高低的一个物理量。它的定义为输出屏亮度和输入屏接受的X线剂量率之比。GX= 式中：B为增强管输出荧光屏的亮度（cd/m2），R为增强管入射面处的X线剂量率（mR/s），GX是转换系数。GX越高，达

16、到摄像亮度所需的X线剂量率就越低。各增强管的GX值不同。GX高的增强管，输出同样亮度的荧光影像，所需要输入的X线强度小。GX高的增强管对X线的灵敏度高。反之，GX低的增强管对X线的灵敏度低。2分辨力它是衡量增强管分解影像细节能力的物理量。以每厘米能区分的线对数来表示分辨力的大小，单位为Lp/cm。 分辨力的测量可用专门的线对卡。每厘米可分辨的线对数越多，分辨力就越高，输出的影像就越清楚。 3对比度它是体现增强管输出影像反差强弱的物理量。通常情况下，对比度越高，增强管输出图像所包含的层次就越多。C= 式中：A是图像中最亮点的Lx数；B是图像中最暗点的Lx数；比值C就是对比度。增强管是价格昂贵的电

17、真空器件，使用中必须注意以下几点：在不作透视时，工作状态的增强管应避免接受较强的X线辐射，否则会缩短其使用寿命；不允许强X线或强光线从光学系统进入增强管的输出屏，否则会影响输出屏的寿命；I.I对磁场很敏感，因为外界磁场会引起图像散焦，清晰度下降，并且使影像产生畸变。因此增强管应置于外界磁场影响很小的环境中使用，它的周围不应放置磁性物体。 增强管的使用寿命直接与使用时间的长短和接受X线剂量的大小等因素有关。图10-6为增强管的寿命特性曲线。增强管寿命的定义是：转换系数下降到原始初值的70%时，即认为增强管寿终。图10-6增强管的寿命特性曲线若增强管每天累计曝光3小时，工作剂量率为5mR/min（

18、相当于一般肠胃剂量），则其寿命为70%对应剂量寿命= = =13.89年表10-1为部分增强管的主要参数。表10-1部分增强管的主要参数输入屏尺寸（cm） 型号 转换系数（ds/mmR） 分辨力（Lp/cm） 对比度 厂家15 RTH6202C-G1 80 56 15:1 日本东芝23 RTH9206C-G5 250 40 15:1 RTP9204C-P4D 150 42（23cm）50（18cm） 17:1 30 RTP12301C-G5 140 36 20:1 RTP12302C-G5 140 36（30cm）44（23cm）52（18cm） 20:1 15 VX1-250 200 40

19、14:1 美国瓦里安 VX1-400 200 40 20:1 23/15、11 VX1-500 200 4050 14:1 VX1-600 200 4053 20:1 30/23、18 VX1-800 200 3242 20:1 三、壳体与电源 1壳体由光电阴极激发出来的光电子，对电磁场极为敏感。为防止电磁场对增强管工作的干扰和X线泄漏，需采用金属管壳进行电磁屏蔽并吸收X线。壳体材料一般由铝材或铁皮加工而成，且壳体内加有铅层和铍膜合金屏蔽层。为了达到满意的屏蔽效果，铍膜合金屏蔽层成型后，要在氢气中作退火处理。 2电源X线增强管用的电源常称为小高压。不同型号的增强管，所使用的电源不同。对于23c

20、m（9）单视野增强管，该电源输出两组电压：-100-550V的可调聚焦电压；+25kV的加速电压。对小高压的要求：输出的高压持续、稳定，纹波系数小，以使增强管输出屏上呈现的荧光影像的亮度稳定、噪声小。聚焦电压稳定，且可调，以使增强管有良好的聚焦效果，并可根据不同的增强管，适当调整聚焦电压值。常用的I.I电源可分为低频电源和高频电源两种。低频电源的特点是电路简单，所用元器件较少，但体积较大，变压器绕制困难。而高频电源的体积较小，但电路较复杂，所用元器件较多。高频电源输出的高压纹波系数比低频电源输出的高压纹波系数小得多。（1）低频电源：如图10-7所示，高压变压器T、高压硅堆D1、高压电容器C1都

21、浸在油箱内。整流后，输出25kV的高压，用高压电缆线引出。变压器的低压经D2半波整流和电容器C2滤波后，由电位器R3取出-100-550V的可调电压供栅极聚焦调整用。图10-7低频电源电路（2）高频电源：高频电源实际上是个电源逆变器。它可分为自激式和它激式两种，如图10-8所示。 +25kV -550V（1）自激式高频电源电路构成方框图 外部高频 +25kV 脉冲信号 -550V（2）它激式高频电源电路构成方框图图10-8高频电源电路构成方框图 1）自激式高频电源电路的工作原理：利用自激振荡产生高频低压交流电，经升压变换后获得25kV的高频高压和550V的高频中压，经整流后获得直流+25kV的

22、高压和直流-550V的中压。 2）它激式高频电源电路的工作原理：和自激式高频电源的不同之处是由外部高频脉冲信号经激励电路产生高频低压交流电。升压变换部分原理与自激式类同。3）常用的I.I电源：如图10-9所示，它是一个自激式多谐振荡高频电源。Q1与Q2是振荡管，构成多谐振荡器；T1是脉冲变压器，供升压变换用；D4D8是高压整流二极管；D3是中压整流二极管。其工作原理为：由晶体管Q1、Q2构成自激式多谐振荡器，振荡频率由C1、R3、C2、R4的参数值决定。脉冲变压器T1进行升压变换，在它的次级端产生高频交流电。由二极管D3单向半波整流，经C4滤波后，输出-550V的直流电供增强管栅极聚焦用。T1

23、高压端输出的高频高压交流电经五倍压整流后，产生5倍的峰值电压（+25kV）。图10-9常用的I.I电源 注意：高频电源的工作频率一般为1030kHz。在选用器件和材料时，要注意它们的频率特性。如选择不当，就可能影响高频电源的质量。四、多视野影像增强器及其工作原理 除单视野I.I外，还有二视野和三视野I.I。与单视野增强管相比，多视野增强管内部的电极结构不同。单视野增强管是由三组电极（光电阴极、栅极、阳极）构成的。而二视野增强管是由四组电极（光电阴极、栅极1、辅助阳极和阳极）构成的。三视野增强管又比二视野增强管增加了一组电极（栅极2）。 增强管的电子枪是由增强管内部的各电极构成的。对各电极安装位

24、置和几何尺寸的要求相当严格。电子枪的结构使电场形成电子透镜（类似光学凸透镜），对光电阴极受X线图像照射而激发出来的电子图像起聚焦和加速作用，使其在输出屏上形成缩小而有很高动能的电子图像，在输出屏荧光层进行电光变换，变换为荧光影像。通过调节辅助阳极和栅极上的电位，可改变电子透镜的放大倍率，就可改变输入影像的尺寸（输出屏大小不变）。通常情况下，通过调节辅助阳极电位，来改变输入影像尺寸的大小；而通过调整栅极电位，来调节增强管的聚焦状况，也就是调节影像的清晰度。 对于多视野增强管，调节辅助阳极和栅极电位高低，就可进行增强管的视野变换。多视野增强管的结构如图10-10所示。图10-10多视野增强管的结构

25、示意图对于二视野增强管，改变光电阴极与栅极之间的电压可以改变聚焦状况，改变辅助阳极的电位可以改变输入视野的大小。对于三视野增强管，改变栅极2的电位可以改变聚焦状况，改变辅助阳极的电位可以改变输入视野的大小。图10-11为二视野增强管的供电原理图。K是视野转换开关，电位器Rl用于调整输入视野的大小，使之达到23cm（9）。电位器R2用于调整输入视野为13cm（5）时的聚焦电压，电位器R1用于调整输入视野为23cm（9）时的聚焦电压。图10-11二视野增强管的供电原理图五、光学系统 为了对影像增强管输出屏上形成的荧光影像进行电视摄像、点片照相及电影摄影，在影像增强管输出屏和摄像机之间应安装光学镜头

26、和光分配器。（一）串列式镜头物镜对准增强器的输出屏，输出屏的位置在物镜的焦距上。使增强器的输出荧光影像经物镜后变成平行光束传送。再用像镜将平行光聚焦成像在摄像机的靶面上。平行光传送影像的优点：平行光成像像差小，能获得高质量的影像；可减小光通量的损失；在平行光路中可插入反射镜，改变传送方向，并保持平行光传送。（二）光分配器它是为扩展X线电视的功能范围而设置的，由半反射镜、全反射镜、旋转电机及可改变的光圈等构成。为点片照相和电影摄影提供不同的光学通路。光分配器按照与摄像机的空间方位可分为直形和弯形两种；按照光学通路可分为单通道、双通道和三通道三种。1单通道单通道又可分为直线通道式和弯型通道式两种，

27、都只用于安装摄像机。前者因直线排列长度较长，只能用于床下X线管的X线机。后者能改变光路方向，减小直线排列的长度，多用于床上X线管的X线机，如图10-12所示。目前，弯型单通道形式排列的应用较为广泛。图10-12弯型单通道光分配器2双通道可供两种设备使用，如电视摄像机和点片照相机（或电影摄影机）。在这种光分配器内有一个与光轴成45角的半透膜镜片，透视时镜片退出光路，光线全部传送到电视摄像机镜头。摄影时，镜片进入光路，它使光通量的90%被反射，传送到点片照相机（或电影摄影机）镜头，10%的光通量透射，按原方向传送至电视摄像机。摄影光通量的10%即可使摄像机正常工作，使医生观察到摄影瞬间的实际影像，

28、以做到心中有数。镜片的动作有翻转式和退避式两种。如图10-13所示。图10-13双通道光分配器 3三通道可供电视摄像机、点片照相机、电影摄影机三种装置使用。但同一时间，只能供电视摄像机、点片照相机或电视摄像机、电影摄影机两种装置使用。它在光路中加有可转动的棱镜，根据需要把光束送到指定方向。它具有半透膜特性，可在摄影过程中观察到曝光瞬间的实况。除了上述增强器外，还有一种平板型增强器。它是一种平板电子管，内部有输入屏、中间电极和输出屏。输入屏是将碘化铯沉积在铝基板上，其厚度约为100300m，外加一层透明的隔离膜，然后是锑铯光电材料层。输出屏由荧光层和铅玻璃构成。也要有外加加速电压才能工作。平板型

29、增强器的特点是输入屏与输出屏的有效面积相等，可直接观察影像，几何畸变小，能降低透视剂量，但只能进行近台操作。由于不能实现遥控操作，目前应用很少。（尹今扬）第三节电视基础一、摄像与显像基础（一）人眼的视觉特性光是一种电磁波，光谱范围很广。人眼睛能看到的光称为可见光。 在可见光范围内，不同波长的光所呈现的颜色各不相同，随着波长的缩短，呈现的颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝，紫。只含单一波长的光称为单色光；含有两种或两种以上波长的光称为复合光。1相对视敏函数光对人眼的刺激，通过视觉系统使人产生光感。实验表明，在正常光照下，人眼对波长555mµm的光具有最大的视敏度。人眼不能直接看见波长超

30、过700mµm的红外线和波长短于380mµm的紫外线，人眼对不同波长的光视敏度是不同的。相对视敏度与波长的函数称为相对视敏函数。如图10-14所示。此曲线表明，如果光的照度相同而波长不同，则人眼的亮度感觉将按曲线规律变化。黑暗环境与正常光照下的相对视敏函数曲线是有区别的。图10-14相对视敏函数曲线 2视觉范围视觉范围是指人眼所能感觉的亮度范围，这个范围很宽，约为百分之几尼特到几百万尼特。人眼并不能同时感觉如此宽的范围，只有当人眼适应了某一环境的平均亮度后，视觉范围才有这样的限度。环境的平均亮度不同，人眼的视觉范围不同。例如，在睛朗的白天，环境亮度约为10000尼特，可

31、分辨的亮度范围为20020000尼特，低于200尼特的亮度，人眼的感觉是黑色；但是在漆黑的夜晚，环境亮度下降到30尼特时，可分辨的亮度范围为1200尼特，高于100尼特的亮度，人眼的感觉已相当亮；低于1尼特的亮度人眼的感觉才是黑色。所以，人眼的明暗感觉是相对的。 3对比度客观景物或监视器图像最亮处亮度Bmax与最暗处亮度Bmin之比称为对比度。（Bmax为最大亮度，Bmin为最小亮度）C= 仅考虑影像时，如Bmax=尼特；Bmin=200尼特；则对比度C= = =500由于环境亮度的影响，实际对比度是达不到理论数值。如环境亮度B0=2000尼特，则实际对比度C= = 46 可见，环境亮度使图像

32、的对比度大大地下降了。对电视摄像而言，监视器荧光屏显示的对比度不超过40；由此可见，自然景物经过电视系统摄像和在监视器上重显时，对比度是大大地降低了。 4分辨力人眼对被观察景物（图像）能分辨的相邻最近两点的视角（分辨角）的倒数，叫做人眼的分辨力。如图10-15所示。图10-15分辨角与分辨力示意图已知人眼的分辨角为11.5，如按1计算，观察距离L=1m，则= （弧度） 1= = （弧度）d=L=l=1000/3438=0.29mm 可见，在1米距离观看电视图像所能分辨的最近两点的距离为0.29mm，当电视图像相邻二点之间的距离小于0.29mm时，我们认为图像的清晰度是好的。 5视觉惰性人眼对光

33、有视觉隋性，当光的亮度发生变化时，人眼对变化有一个“逗留时间”，称为惰性时间。当亮度变化很快，其周期小于人睛惰性时间时，人眼就感觉不到亮度的变化。实验证明，当变化频率高于45.8Hz时，人眼就感觉不到亮度的变化。（二）图像的摄取与显像1图像的构成一幅图像是很多点构成的。这些点的灰度有别，不同灰度点在平面上按照一定的规律分布就形成图像。这种构成图像的点称为像素。 一幅图像质量的好坏，与像素的大小和多少有关。如果单位面积内图像的像素大而少，图像就很粗糙；如果单位面积内图像的像素小且多，图像就精细。那么，要使人感到图像质量好，像素的大小需要多大？单位面积内像素的数量需要多少呢?这要从人眼的分辨力加以

34、考虑。 在距图像1米处观看一幅图像，人眼要感觉到图像质量好，相临两像素之间的距离d要0.29mm。如果用单位面积（cm2）的像素数来衡量的话，单位面积1cm1cm的像素数NN= =1189（个/cm2）对于一幅标准制式的电视图像，它的像素数为：5755754/3=个，30cm（12）的电视荧光屏面积为18.624.8=461.28cm21cm2的像素数N= =955.67个相临两点之间的距离为d= =0.32mm 或d= =0.32mm因= ，以及要使人眼感觉到图像质量好，应为1，所以，人眼距电视荧光屏的距离至少为L= = =34380.32=1112mm=1.112m2摄像与显像原理电视以扩

35、大人的视觉距离界限为目的。在电视中，摄像机由光电变换器和放大器构成。对于闭路电视，由摄像机摄像，经电缆传送到监视器，由监视器显像，从而达到图像传送的目的。摄像机摄像是光电变换过程，监视器显像是电光转换过程。而将摄像机摄取的图像送到监视器显示图像，要涉及图像信息的传输问题。根据传输方式的不同，我们将电视系统分为同时制摄像与显像和分时制摄像与显像。图10-16为这两种传输方式的示意图。图10-16摄像与显像的工作原理示意图 （1）同时制摄像与显像如图10-16（1）所示，在同时制信号传输时，摄像屏像素组aXn、Ym与显像屏像素组bXn、Ym共有nm个通道同时传输信息。这种传输方式的优点是工作原理简

36、单，且直观。但实现起来困难。因为图像的像素数量很大，难以用连线连接。但同时制信号传输是有意义的。例如，将增强管输入屏上的荧光影像传输到输出屏就是通过光电子利用同时制信号传输方式传输的。光纤传送图像也是同时制信号传输方式传输的。（2）分时制摄像与显像如图10-16（2）所示，K1和K2是同步联动电子开关，在分时制信号传输时，摄像屏像素组aXn、Ym与显像屏像素组bXn、Ym同一时刻只有一个通道传输信息，一幅图像的信息是分时逐个传输的。流过摄像和显像连线的与被摄物体信息有关的信号称为图像信号；而把产生图像信号，再将图像信号重显为图像的过程称为扫描。扫描的作用是把图像变换成图像信号（信号电压或电流）

37、，或将图像信号转变为图像。图像信号是振幅随时间变化的一元函数。摄像端K1和显像端K2二个开关的动作总是保持精确的时间和位置的一致，这就是所谓的同步。目前的X-TV均采用分时制信号传输方式。二、扫描原理与电视制式 （）扫描原理 扫描就是按一定规则（扫描方式）使电子束移动并轰击扫描面。这种使电子束移动的作用称为偏转。电视有二个扫描面：摄像管的光敏靶面；显像管的荧光面。要求扫描这二个扫描面的电子束，在时间上和位置上，完全保持同步。l扫描扫描是光电信号或电光信号的转换。它把一幅图像分解和组合的过程。它在摄像机上把一幅图像分解成按像素横向排列的一条条扫描线，并在监视器（终端）上再将按像素横向排列的一条条

38、扫描线组合成图像。 图像分解的扫描是一个光电信号转换的过程。在这个过程中，将图像不同亮度的像素（按一定规律排列）转换成大小不同的电子束电流，即图像信号。与此相反，通过扫描，将各个像素重新组合成图像的过程是一个电光转换的过程。在这个过程中，不同大小的电子束电流转换成亮度不同的像素，并按一定规律排列成光图像。 2扫描方式在电视系统中，摄像管与显像管外面都有两组偏转线圈，分别流过行、场锯齿波扫描电流，同时产生水平方向与垂直方向的偏转磁场。在这两个偏转磁场的作用下，电子束在扫描面上作匀速直线扫描。 扫描方式可分为逐行扫描和隔行扫描。这两种方式在闭路电视中均有使用。（1）逐行扫描：一行紧跟一行的扫描方式

39、称为逐行扫描。如图10-17所示。图10-17逐行扫描图10-17（1）中，TH为行扫描周期。图10-17（2）中，TV为场扫描周期。当行偏转线圈加周期为TH的偏转电流，场偏转线圈加周期为TV的偏转电流后，在扫描面上将形成扫描光栅，如图10-17（3）所示。其中，实线为扫描正程，虚线为扫描逆程（逆程不显示）。 （2）隔行扫描：隔行扫描是将一帧图像分成两场扫描，第一场仅扫描光栅的奇数行，第二场仅扫描光栅的偶数行，如图10-18所示。图10-18隔行扫描TH为行扫描周期，Tv为场扫描周期，Tz为帧扫描周期。图中实线为扫描正程光栅，虚线为逆程，不显示。在隔行扫描中，Tz=2Tv。隔行扫描二场的扫描顺

40、序：奇数场开始：1-1-3-3-5-5-7-7-9-9-11-11接偶数场开始。 偶数场开始：2-2-4-4-6-6-8-8-10-10接奇数场开始。 隔行扫描每帧的扫描行数应为奇数行。我国采用625行的隔行扫描制，每一场的扫描行数为312.5行，而有的国家则采用525行，每一场扫描行数为262.5行。隔行扫描所应满足的要求是：每一帧的扫描起始点相同，以保证各帧扫描光栅重迭；偶数行扫描线必须均匀地分布在奇数行扫描线的中间，以获得最高清晰度。 3扫描的同步同步扫描是指摄像端与显像端的扫描点几何位置应一一对应。扫描的同步在电视中具有重要的意义。若扫描不同步，图像就无法正确重显。如何保证摄像端扫描与

41、显像端扫描同步呢?我们可采用如下方法，如图10-19所示。图10-19视频系统同步实现方框图 在电视摄像端，每当扫完一行时，加入一个行同步脉冲；每当扫完一场时，加入一个场同步脉冲。行、场同步脉冲与图像信号被一起发送出去。而在显像端，行、场扫描锯齿波电流只有当行、场同步脉冲到达后，才开始扫描逆程。这样就能保证两端的同步。摄像机的行同步和场同步脉冲是由同步机来产生的。行同步与场同步脉冲分别送到摄像机的行、场扫描电路，使之产生一定相位的行、场锯齿波扫描电流加到行、场偏转线圈，产生行、场偏转磁场，摄像管内的电子束在行、场偏转磁场的作用下，在靶面上扫描，从而产生图像信号。为了使扫描逆程光栅消隐，同步机还

42、产生行、场消隐脉冲，使电子束在扫描逆程期间截止。同步脉冲在逆程期间传送，迭加在消隐脉冲上。视频信号传送时，消隐脉冲和同步脉冲一起传送，到达显像端后，才将同步脉冲从视频信号中分离出来，用分离后的同步信号控制显像管的扫描，达到二者扫描的同步。（二）电视制式 X-TV是黑白闭路电视，在扫描制式上，一般采用广播电视的标准制式。我国的标准制式和日本的标准制式的区别在于： 中国行频15625Hz 场频50Hz 625行扫描线 日本行频15750Hz 场频60Hz 525行扫描线 二种制式均为隔行扫描，扫描线与行频、场频之间满足下面关系扫描线= fZ= 式中：fH为行频；fZ为帧频；fV为场频。 在临床诊断

43、、治疗要求高的场合，采用标准制式的电视系统在清晰度方面已达不到要求，为此，出现了高清晰度电视制式。目前，常用的高清晰度电视制式主要有二种：中国高清晰度电视制式为：行频为31225Hz；场频为50Hz；扫描线为1249行。日本、美国高清晰度电视制式为：行频为30690Hz；场频为60Hz；扫描线为1023行。以上二种高清晰度电视制式均为隔行扫描方式。三、全电视信号的形成 电视信号由图像信号，行、场同步信号和行、场消隐信号等组合而成。将三种信号合在一起的目的是便于传送，到了显像装置之后，再将行、场同步信号分离出来。 下面以我国标准视频信号为例，详细地介绍图像信号、同步信号和消隐信号之间的关系。 如

44、图10-20所示的黑白相间图像，n-n是其中的一条扫描线，在它之前的一条扫描线为（n-1）-（n-1）、在它之后的一条扫描线为（n+1）-（n+1）。一行电视信号由行同步、行消隐和图像信号构成。以同步头为基准，030%范围为同步，30l00%范围为图像信号，消隐电平为30%处的值，也就是黑电平，100%处为白电平，灰电平（图像信号）在白电平和黑电平之间。图10-20电视信号及形成对于我国标准的电视制式，行扫描周期为64µs。其中，行扫描正程为52µs，行扫描逆程为12µs，行同步头宽度4.7µs，在离前一行结束后的1.3µs处。由于采

45、用隔行扫描，场频为50Hz，场扫描周期为20ms。其中，场扫描正程18.4ms，场逆程为1.6ms。在场扫描逆程的1.6ms中，包含1.6ms10364µs=25行。在这25行中，扫描正程和扫描逆程均不传送图像，屏幕为黑色，信号电平在30%处。图10-21为复合消隐脉冲波形。图10-21复合消隐脉冲波形我国电视标准规定，场同步脉冲的宽度为2.5H，即2.564µs=160µs，场同步头位置在距离场消隐前沿160µs处，图10-22为场消隐期间的同步信号。图10-22场消隐期间的同步信号场消隐期间，行同步不能中断。在场同步信号的前后的场消隐信号上，

46、加上行同步头。但是，在场同步头到来后，行同步头就加不上。这是因为行同步电平与场同步电平是相等的。如果行同步信号在场同步到来时不能同步，就会造成图像不稳定。为此，在场同步期间也要加行同步信号。方法是在场同步脉冲上开槽，使槽宽与行同步脉冲宽度一样。这样，监视器接收到全电视信号时，通过微分电路，照样可以分离出场同步期间的行同步脉冲。图10-23是引入槽脉冲后的复合同步脉冲，图10-23（1）为槽脉冲波形；图10-23（2）为复合同步脉冲的微分波形。图10-23引入槽脉冲后的复合同步脉冲 由于采用隔行扫描方式，每帧图像分为两场，每场扫描行数为312.5行，奇数行的最后一行是半行，偶数行的第一行是半行。

47、因此，对于复合同步脉冲，从奇数行向偶数行过渡和从偶数行向奇数行过渡的波形是有区别的。 图10-24为场过渡时的同步脉冲及积分波形。由波形图10-24（1）、图10-24（2）可以看出：从奇数场结束到偶数场开始，奇数扫描行只有半行。而偶数行结束到奇数场开始，偶数场最后扫描行为整行。在场同步结束后，也有不同，偶数场场同步结束处，就有行同步脉冲出现，而奇数场场同步结束。过半行后才有行同步脉冲。图10-24（3）为同步脉冲的积分波形图10-24场过渡时的同步脉冲及积分波形图 在监视器中，进行行、场同步分离时，设定触发电平，通过积分电路分离出场同步脉冲。触发电平的设定一般要高于行同步脉冲的积分起始电平，

48、并低于场同步脉冲积分电平的最大值。 从奇偶场过渡以及偶奇场过渡的积分波形可以看出：两场开始积分到触发电平所用的时间t1和t2是不相同的。这样，经同步分离分离出的两场的场同步信号的起始相位是不同的，如用这样的场同步脉冲去触发监视器显像管的扫描电路，就不能保证奇数行与偶数行正好嵌套，有时可能造成奇、偶扫描行重叠起来，产生并行现象，这将使图像的清晰度大大下降，也就失去了隔行扫描的意义。 为保证隔行扫描的奇、偶扫描线相互嵌套，在场同步脉冲的前后增加了前、后均衡脉冲。在场同步脉冲期间，开槽脉冲也从原来的行宽改为1/2行宽，均衡脉冲宽为2.35µs。图10-25是增加均衡脉冲后的奇偶场过渡与偶

49、奇场过渡的同步脉冲与积分波形。图10-25增加均衡脉冲后的场过渡时同步脉冲及积分波形加均衡脉冲之后，复合同步脉冲奇偶场过渡与偶奇场过渡得到均衡，使两场的起始点相位一致，即在同一点触发。保证了隔行扫描两场光栅的相互嵌套。为传送方便，常将图像信号、同步信号、消隐信号、开槽脉冲、均衡脉冲等组合成全电视信号。图10-26是全电视信号的波形。奇数场从1312.5H，偶数场为312.5625H。均衡脉冲前后各为5个（有的扫描制式规定各为6个）。合成的全电视信号，可方便地用视频电缆传送。并可在监视器中，从全电视信号中分离出行、场同步信号，以保证显像端与摄像端扫描同步。图10-26全电视信号波形图四、视频带宽

50、与图像质量（一）视频带宽视频信号的频带宽度简称为视频带宽。它与图像质量关系密切。一幅图像的像素越多，图像越细致，清晰度越高。但与之对应的视频频率越高。另外，图像都有一定的背景亮度，反映在信号上是频率为0的直流分量。因此，要真实地重显一幅图像，必须有足够的视频带宽。如果把一幅图像看为方格极小的棋盘图像，各黑色或白色小方格对应一个像素。相邻两个像素构成一个信号周期。那么，监视器的垂直分解力与水平分解力与一幅图像能分解的像素多少有关。以国家标准扫描制625行来计算，图像每行水平像素数m为4/3625=833个，每行的周期数m/2=416.5个，每帧图像的周期数为625416.5=.5个。因采用隔行扫

51、描方式，每秒钟共传送25帧图像，这样，每秒传送图像的视频最高频率fmax为.525=.5Hz6.5MHz。 图像视频带宽fw=fmax-fmin=6.5-0=6.5MHz 如果采用逐行扫描方式，每秒共要传送50帧图像，则：图像视频带宽fw为隔行扫描的两倍，即13MHz。（二）图像质量为进一步提高图像质量，就要提高水平分解力和垂直分解力，即增加单位面积的像素数，从而提高图像的清晰度，达到提高图像质量的目的。增加水平分解力，就是要增加行扫描的像素数。如果行扫描的像素数增加一倍，视频带宽就要增加1倍。 增加垂直分解力，就是要增加电视扫描行数。945行扫描制的垂直分解力比625行扫描制的垂直分解力高。

52、 另外在医用电视中，为了提高水平分解力，有的电视采用1:1的扫描显示方式。同样为625行扫描，在1:1扫描情况下，水平扫描的像素为625个，此时，fmax=625/2625254.9MHz，视频带宽fw=fmax-fmin=4.9-0=4.9MHz。在1:1扫描状况下，如果我们将视频带宽增加到8MHz，那么水平分解力就可以提高到m= = =1024个式中：fmax为视频信号频率最大值；Z为行数；fz为每秒的帧数。此时的水平分辩力相当于4：3时的m=4/3m=4/31024=1365个。 可见，在视频带宽不变时，1:1扫描方式可以提高水平分解力。 （三）电视图像质量的评价 黑白电视的图像质量可用

53、下列参数衡量。 1清晰度它可以用电视线来衡量。用摄像机摄取电视清晰度测试卡时，监枧器上就会显示电视清晰度测试卡影像。测试卡的中心和四角均有可衡量清晰度的黑白相间的线组，并标有线数。中心部分的线组数，表示电视中心部位的清晰度，四角部分的线组数，表示四角部分的清晰度。用肉眼直接观看监视器荧光屏上的测试卡影像，可分辩出中心和四角部分的线组数，就知道该电视系统的清晰度了。 对于扫描制式为625行的电视，垂直清晰度上限已限定。一帧图像去掉50行场逆程期间的扫描线，实际上电视最高显示575行扫描线。但由于隔行扫描插行的不稳定，会发生并行现象，使实际垂直清晰度下降，一般只能达到400电视线（television line，TVL）。水平清晰度的好坏，与视频通道的频带宽度，摄像管和显像管的聚焦等因素有很大的关系，一般可达500TVL以上