特殊成像电视

1、 第8章 特殊成像电视 8.1 红外电视 8.2 X线电视8.3 微光电视 8.1 红外电视 8.1.1 红外线的根本概念 红外线是一种人眼看不见的光线，在光谱中位于红色光以外，其波长范围大致为0.781000m。任何一个物体，只需它的温度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。 (1)红外线的波段：红外线通常按其波长分为近红外、中红外、远红外和极远红外四个波段。近红外的波长为0.783m，中红外为36m，远红外为615m，极远红外为151000m。 (2) 热辐射的定律：当几个物体温度一样时，各物体发射红外线的才干正比于吸收红外线的才干；当物体处于红外辐射平衡形状时，它吸收的红外能量总恒等于

2、它所发射的红外能量。 根据这一定律还可推断出，性能好的红外反射体或透明体，必然是性能差的红外辐射体。 (3)玻耳兹曼定律：物体辐射的红外辐射能量密度W与其本身的热力学温度T的四次方成正比，并与它外表的辐射率成正比。由这一定律可以看出，物体的温度愈高，红外辐射的能量愈多。 (4)红外线的“大气窗口：红外线在大气中传输时，大气对不同波长的红外线吸收与衰减的程度有很大差别。对波长在22.6m、35m和814m等三个波段内的红外线吸收极少，常称这三个波段为红外线的“大气窗口，它们分别位于近红外、中红外和远红外三个波段内。红外电视的任务波长应尽能够进入这三个波段。 (5)红外光学资料：可以透过红外辐射的

3、介质称为红外光学资料。任何介质不能够对一切波长的红外线都透明，红外光学资料只是对某些波长范围的红外线具有较高的透过率。 许多介质对可见光是透明的，对红外辐射却是不透明的。 单晶的锗资料是一种最常用的红外光学资料，可以作为红外仪器与大气隔离的窗口，也可以用来磨制各种透镜和棱镜。单晶锗的最大透过率约为44%，在单晶锗的外表镀上一层“增透膜后，可变得对一定波长的红外线具有很高的透过率，最高透过率可达99%。对于波长在1.816m的红外辐射，单晶锗的折射率在4.143到4.0012之间变化。 多晶硫化锌是一种热压成型的红外光学资料。在波长为114m的范围内，其平均透过率大于70%。多晶硫化锌不但可以热

4、压成红外透镜或窗口，而且可用作镀膜资料，用来添加各种红外光学资料透镜或窗口的透过率。 多晶氟化镁是一种耐高温的红外光学资料，用于35m波长范围而且可透过可见光。对于波长为0.598m的可见光，其透过率约为20%30%；而对于波长为36.5m的红外辐射，透过率高达90%。 (6)自动和被动红外电视：红外电视可分为自动式红外电视和被动式红外电视两大类。自动式红外电视需红外光源照明，摄像机摄取目的反射回来的红外光。被动式红外电视不用红外光源照明，是利用被摄目的本身辐射的红外线成像，摄取的是物体的热分布像。 8.1.2 自动式红外电视 自动式红外电视由红外照明光源、红外摄像机和监视器等部分组成。其任务

5、原理是用红外光源照射被摄目的，由摄像机的CCD传感器将目的的可见光和不可见的红外图像转换为电信号输出，在监视器上显示可见光图像。 自动式红外电视系统与普通的可见光运用电视系统根本一样，但其照明光源、光学镜头和摄像器件都是任务在近红外波段的。 1.红外照明光源 常用的近红外光源有红外灯泡、红外发光二极管、滤光片式光源和红外激光器。 常用的红外发光二极管为砷化镓红外二极管。它具有体积小，分量轻，发射红外光均匀，电源简单，效率高等特点，其发射峰值波长约为0.93m。 滤光片式光源由钨丝灯、反光罩和透红外的滤光片组成。钨丝灯的光谱呼应曲线的峰值在0.81.2m的近红外区。滤光片分为胶粘合型和熔炼型两种

6、类型，两种类型滤光片的峰值透过率分别为80%和40%左右。用卤化物灯替代钨丝灯，光谱呼应曲线范围在0.882.6m间。 2.红外摄像器件 黑白CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，通常其感光光谱可延伸至1200nm。利用黑白CCD图像传感器的这个特性，在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明，传感器能明晰地成像。图81示出了夏普公司行间转移CCD图像传感器的光谱特性。图中，黑白CCD图像传感器的光敏单元采用了浮置pn结的光敏二极管。这种光敏管用离子注入工艺制成，灵敏度高且比较均匀，但这种CCD传感器在强光照射下容易出现光晕和拖影景象。 图81 黑白CCD图像传感器光谱特性 3.自动红外

7、摄像机 常见的自动红外摄像机有分别式、内置式和一体化式等三种方式。 1) 分别式 分别式普通是分别购买红外照明光源和红外敏感摄像机。配置时，要留意红外照明光源光谱范围和摄像机光谱特性的一致。安装红外照明光源时，要留意投射的角度和间隔，最好是在无可见光的情况下看着摄取的图像进展调整，这样才干获得最正确效果。 2)内置式 内置式自动红外摄像机经常是在防尘罩内摄像机周围安装红外发光二极管。这种红外摄像机安装方便，用于近间隔室内监视。 3) 一体化式 一体化式自动红外摄像机用于室外远间隔扫描监视。普通是在室外型电动云台两侧固定两个远间隔室外红外照明光源，调整云台时摄像机和红外照明光源一同旋转和俯仰，保

8、证被摄目的遭到红外照明。 4.自动红外摄像机的镜头 镜头的作用是把目的的红外辐射分布聚焦在光电传感器上。红外电视的目的间隔较远，辐射能量弱，要尽能够运用大尺寸镜头。 自动式红外电视任务在0.753m的近红外区，普通可见光镜头在此波段内仍有较高的透过率，因此自动式红外电视可采用普通可见光镜头。如采用经过镀膜处置的硅、锗镜头，那么透过率更高。在运用普通可见光镜头观看红外波段图像时，需求重新校正焦距，由于色散得不到校正，明晰度会下降；假设运用通频带较窄的红外带通滤色片后，图像明晰度会有所提高。 5.自动红外摄像机的运用 (1)重要部门、严密部门、军事要地的夜间监视和夜间公安侦查。 (2)胶卷消费的监

9、视。利用自动红外电视摄像机可在暗室外检查胶卷消费过程中的各种瑕疵，保证产质量量。 (3)利用半导体资料能透过红外线的特点来察看半导体器件内部构造和缺陷。由红外电视摄像机与红外显微镜组成的红外电视显微镜能对半导体器件实现无损检测，具有分辨率高，构造简单，运用方便等优点。 (4)利用人的皮肤和皮下组织对红外光的反射，散射、透射特性，用红外电视对眼病、肿瘤和溃疡等疾病进展察看和诊断。 8.1.3 被动式红外电视 被动式红外电视不需求红外照明光源，是对目的本身的红外辐射成像。常用的红外电视摄像机有光机扫描型热摄像机、热释电型摄像机和凝视焦平面阵列红外摄像机等三种。 1.光机扫描型热摄像机 光机扫描型热

10、摄像机是利用精细机械安装驱动光学扫描部件，完成对目的的扫描，摄取目的的红外辐射而成像的，所以称为光学机械扫描成像。图82是光机扫描型热摄像机的方框图。 图82 光机扫描型热摄像机方框图 自然界中温度高于绝对零度的物体总是在不断地进展红外辐射的，只需能搜集这些辐射能，就能构成与景物温度分布相对应的热图像。红外光学系统将目的发射的辐射能搜集起来，经过光谱滤波之后，将景物的辐射分布会聚并成像到红外探测器所在的光学系统焦平面上。光学扫描器包括两个扫描透镜组，一个作垂直扫描，一个作程度扫描。扫描器位于聚焦光学系统和探测器之间。当扫描器转动时，从景物到达探测器的光束随之挪动，在物方空间扫出像电视一样的光栅

11、。 在扫描器以电视光栅方式扫过景物时，红外探测器逐点接纳景物的辐射并转换成相应的电信号。或者说，光机扫描器构成的景物图像依次扫过探测器，探测器依次把景物各部分的红外辐射转换成电信号，再经视频处置放大器处置后输出，送到电视监视器。在监视器上可显示表征目的温度分布的可见光图像，其亮堂部分表示温度高，较暗部分表示温度低。 红外探测器是一种辐射能转换器。它把红外辐射能转换成电信号，是利用某些半导体资料在入射光的照射下，产生光子效应的原理制成的，所以也叫光子探测器。普通需在低温下任务，其特点是探测灵敏度高，呼应速度快，但每一种光子探测器都有一个截止波长，超越此波长探测器将无呼应。 光子探测器的主要类型有

12、红外光电探测器(PE器件)、光电导探测器(PC器件)、光生伏特探测器(PV器件)和光电磁探测器(PEM器件)等四种。 视频处置放大是热摄像机的重要组成部分。它将红外探测器输出的反映景物空间温度分布的微弱信号进展加工和变换，构成与景物温度分布相对应的视频信号，然后根据景物各单元对应的视频信号标出景物各部分的温度，并显示出景物的热图像。在实践运用中，还要求对图像信号作进一步处置，如图像加强、图像修复等。 光机扫描型热摄像机有温度分辨率高，灵敏度高等优点；缺陷是需求复杂的光机扫描安装和液态氮致冷器，所以体积大，构造复杂，价钱贵。 2.热释电电视摄像机 热释电电视摄像机是采用热释电摄像管作为摄像器件的

13、被动式红外电视摄像机。它能将目的的红外线辐射能量分布转换为视频信号。与光机扫描型热摄像机相比，热释电电视摄像机具有构造简单，运用维修方便，不需求液氮致冷等优点，所以得到广泛的运用。 1)热释电摄像管(Pyroelectric Vidicon) 热释电摄像管是一种热成像摄像器件。它在常温下任务，将摄像管靶面上的红外线辐射能量分布转换为视频信号。热释电摄像管能宽谱成像，但由于光学系统和靶面吸收层的限制，在814m波段用得较多，具有中等灵敏度和分辨率。它的体积小，可靠性高，本钱低。 有些晶体铁电体具有自发极化特性，极化程度与温度有关。在晶体薄片垂直极化轴的外表产生的电荷积累与温度变化成正比，这就是热

14、释电效应。 图83 热释电视像管的构造表示图 热释电视像管的构造如图83所示。其电极构造与普通光导摄像管一样，锗面板是用单晶锗制成的透红外窗口，涂有透814m波段的抗反射涂层；TGS靶是直径为2cm、厚1520m的薄圆片，用热释电资料制成，在接近面板一侧的外表有一层透明导电信号板，它经过靶环与外电路相衔接。常用的热释电靶资料有单晶硫酸三甘肽(TGS)、氘化硫酸三甘肽(DTGS)和重氢化氟铍酸三甘肽(DTGFB)等三种。TGS靶灵敏度较高，但每次运用都必需极化，而且靶面温度不能高于资料的居里点(49)； DTGFB靶的灵敏度高，介电常数小，靶的居里点高(70)。 热释电摄像管的任务原理是：目的辐

15、射的红外线，经镜头投射到摄像管的热释电靶面上，引起靶单元温度的改动，靶上各点不同的温度使晶体的自发极化各不一样，因此由热释电效应所释放的外表电荷也不同，构成了空间和强度变化都和目的一样的电荷图形，即在靶面上构成与目的热像相对应的靶面电位像；当电子束在靶面上扫描时，就在信号电极电路内产生信号电流，它经信号电极电路的靶负载电阻构成视频信号。热释电靶产生的热释电电流IS为 式中，A是靶单元面积，P是靶资料热释电系数，dT/dt是靶面单元的温度变化率。 上式阐明，当辐射到单元靶上的热辐射强度发生变化时，才有信号电流输出。也就是说，热释电摄像管是对温度的变化率敏感而不是对温度敏感。因此对静物成像时，要对

16、输入信号加以调制；假设不加调制，只能对运动的或辐射强度有变化的目的成像，由此可以区分静止目的和运动目的。 (81) 2)热释电电视摄像机的任务原理 热释电视像管只对温度的变化率敏感，为了对静止目的成像，必需将输入信号调制。常用的调制方式有平移调制方式和斩波调制方式。 平移调制方式是在运用中不断挪动摄像机，摄像机与目的间产生相对运动，热释电摄像管上所接纳的目的红外辐射随时间而变化，构成视频信号。平移调制方式摄像机灵敏度高，整机构造简单，但目的呈挪动形状，影响察看。 斩波调制方式是在热释电摄像管前装有由透明的和不透明的栅格组成的调制盘。当调制盘运动时，就对目的像产生了调制，使透过调制盘的像随时间而

17、变化。这样，将入射的红外辐射进展周期性斩波调制，输出交变视频信号。斩波调制方式摄像机灵敏度较低，但产生的图像位置稳定，视场不变，因有调制盘，整机构造复杂，热释电摄像管输出的等幅度正负交变信号，需有专门的电路来处置。 3)热释电电视摄像机的主要技术性能 (1)最小可分辨温差(MRTD)。 察看者从监视器屏幕上刚能从背景(黑体)中分辨出某一空间频率的测试卡图形时，测试卡与背景之间的温差即为最小可分辨温差。 最小可分辨温差反映了摄像机对温度的灵敏度，与系统的调制传送函数、等效噪声温差、光学镜头性能、扫描速率和人眼视觉特性等要素有关。 可在空间分辨率为100线或200线时丈量最小可分辨温差，将摄像机对

18、准100线或200线的条形测试卡，镜头的光圈调至1位置，添加测试卡与背景之间的温差，在监视器屏幕上刚能分辨出测试卡图像时，测试卡和背景间的温度差就是最小可分辨温差。 (2) 最小可探测温差(MDTD)。 察看者从监视器屏幕上刚能从背景(黑体)中分辨出大目的时，目的与背景之间的温差即为最小可探测温差。 最小可探测温差表征了摄像机对目的探测灵敏度的高低。测试时，可将目的和背景的温度差T调整为2，逐渐减小摄像机镜头的光圈，至刚能分辨出目的图像时，读出此时的光圈数F，按下式算出最小可探测温差：(82) 最小可分辨温差和最小可探测温差，是阐明摄像机对客观实物温差的灵敏性。两者的差别仅仅在定义目的的外形上

19、。最小可分辨温差的目的是某一空间频率的测试卡图形，而最小可探测温差的目的是较大面积的正方形或圆形。 (3) 最大空间分辨率(MSR)。 在测试卡与背景(黑体)之间有一适当的温差时，可分辨的空间频率的最大值，称为最大空间分辨率。它表征了摄像机分辨目的细节的才干。当温差增大时，热释电摄像管的空间分辨率将随之增大，但当温差增大到一定数值后，再继续增大温差，空间分辨率根本坚持不变。 测试时，将空间分辨率条形测试卡和背景(黑体)之间的温度差调整为一恰当值，改换不同空间频率的测试卡，至恰能分辨出的最大空间频率条形测试卡图像时所对应的电视行数，即为最大空间分辨率。 4) 热释电电视摄像机的镜头 热释电电视摄

20、像机运用在中、远红外波段，普通可见光镜头已不适用，需求专门设计红外电视镜头。 35m波段的透镜，用硅、锗和三硫化二砷等资料制成;812m波段的透镜用锗、硒化锌、硫化锌等资料制成。 单晶锗折射率高、像差小，但透过率约为47%，需在外表镀上增透膜，以提高透过率。国产HJ-1型红外锗镜头任务波段为314m，采用多层离子溅射镀膜，膜层结实度好，透过率95%。 5) 热释电电视摄像机的运用 热释电电视摄像机在常温下任务，不需照明设备，透灰尘及烟雾的才干强，可以对35m和814m光谱范围的热目的进展成像显示,分辨目的的温度分布和外形,丈量目的和背景之间的温差，具有准确、直观、方便等优点，适用于电力、冶金、

21、化工、消防、医疗等部门运用。 在自动化消费过程中，利用热释电电视摄像机，可对一些重要部位和设备进展温度监测。例如,在钢铁企业对高炉进展监测，可看到炉体的温度分布和炉温的变化，发现炉体的损坏。在发电厂对电气设备进展监测，可及时发现过热缺点和隐患。 发生火灾时，消防人员用热释电电视摄像机可在浓烟和黑暗环境中，寻觅救护目的，探测火源位置。 在医疗方面，用热释电电视摄像机可以检查早期乳腺癌，检查人体一些器官的病变，检查人体烧伤的度数及植皮等情况。 3. 凝视型焦平面阵列红外摄像机 采用单个探测器的光机扫描热摄像机，探测器探测每个点的时间为；采用沿垂直方向放置n个探测器列阵的并联扫描，n个探测器恰好覆盖

22、垂直视场而只在程度方向扫描；当帧频一定时，并联扫描探测器探测每个点的时间将添加至单个探测器时的n倍，通频带紧缩至单个探测器时的1n，从而使通道信噪比提高到 倍。 凝视型焦平面阵列红外摄像机是用红外探测器面阵充溢物镜焦平面的方法来实现全视场范围内目的成像的，取消了光机扫描，采用元数足够多的探测器面阵，探测器单元与系统察看范围内的目的元一一对应。 假设探测器面阵在程度方向有m单元垂直方向上有n单元探测器，当帧频一定时，探测器探测每个点的时间将添加至单个探测器时的mn倍，通频带紧缩至单个探测器时的1mn，从而使通道信噪比提高到 倍。探测每个点的时间变为mn,探测时间长到好似与“凝视一样。 1) 混成

23、式红外焦平面阵列 近年来，高性能的红外探测器不断出现，CCD工艺相对成熟，将红外探测器和CCD耦合起来就能制成高性能的红外焦平面阵列，称为混成式红外焦平面阵列。混成式红外焦平面阵列的最大特点是选择探测器有很大的灵敏性，绝大多数采用光电二极管作为敏感元。混成式红外焦平面的技术关键是处理光敏元和CCD器件间的互连问题，包括热匹配和电接触。近几年开展起来的钢柱衔接技术已能到达很高的废品率，根本上处理了两部分的互连问题。 混成式红外焦平面阵列的受光方式有前照射构造和背照射构造两种构造方式。前照射构造探测器在前面遭到照射，电信号就在同一面上取出。这种构造中，探测器的前面与多路传输器面向一个方向，电极引线

24、从探测器出来，必需越过探测器的边缘区域到达多路传输器。这种引线方式要求探测器阵列非常薄。由于互连占去了一部分面积，光敏面相应减小。背照射构造要求镶嵌的探测器有薄的光敏层，在光敏层上吸收辐射，所产生的光生载流子从反面分散到前面被PN结检出。目前，焦平面阵列大多数采用背照射构造。 2) 肖特基势垒红外焦平面阵列(SBIRCCD) 肖特基势垒是指金属淀积在半导体外表构成的具有单导游电、整流作用的金属半导体接触。SBIRCCD是把可见光的行间转移CCD的光敏部分换成肖特基势垒光电探测器，任务原理类似于可见光CCD。 SBIRCCD可利用成熟的硅集成电路工艺技术，实现高分辨率和获得高的废品率。SBIRC

25、CD性能上突出优点是呼应均匀。在热成像系统中，呼应的均匀性在很大程度上决议了图像的质量。SBIRCCD的缺陷是探测器灵敏度较低，为了提高光电探测器灵敏度，常采用薄膜金属电极构造和光学共振腔构造；为了提高分辨率采用电荷扫描器件(CSD)。 在CCD信号读出时，从光敏单元到垂直电荷转移单元，一切光敏单元信号读出的转移栅是同时翻开的。在CSD方式中，在一个程度周期内，只需程度方向并排的一组转移栅开启；在一个垂直电荷转移单元内，只读出一个像元的信号；垂直电荷转移单元尺寸可以做得很小，因此像元尺寸相对较大，添加了每个像元所占的探测器面积比，从而提高了分辨率。 3) SBIRTV摄像机 图84给出了SBI

26、RTV摄像机的原理框图。与其他光子型红外探测器一样，为了减小噪声和获得较高的信噪比，必需进展制冷，器件要封装在杜瓦瓶内。由于采用SBIRCCD作为摄像器件，电路部分除了视频处置电路外，还必需包括CCD驱动电路。 图84 SBIRTV摄像机的原理框图 图85为便携式SBIRCCD摄像机的视频处置电路。CCD器件输出的视频信号经相关双取样电路预处置，再经8位快速AD转换器数字化。一幅均匀背景的视频信号进入帧存储器，在摄像机正常任务的情况下，真实视频信号和背景信号由同一个AD转换器数字化。两个DA转换器分别将真实视频信号和背景信号复原成模拟信号，送入一个模拟减法器中进展差分放大，差分放大器输出的是修

27、正了的视频信号。然后参与程度、垂直消隐和同步脉冲，复合成规范视频信号，送至显示器。 图85 SBIRTV摄像机视频处置电路方框图 CCD驱动电路提供使IRCCD摄像器件任务所需的全部时钟脉冲。其中包括程度输出和垂直列输出的CCD时钟、浮置分散复位脉冲和从探测器到CCD的转移脉冲。 红外焦平面阵列，特别是SBIRCCD焦平面阵列可以低本钱得到高分辨力器件，器件的高均匀性又可以实现大面积凝视阵列。在最新出现的凝视焦平面阵列红外摄像机中，数字图像运算与处置采用高速微处置器，实现了智能化。 凝视焦平面阵列红外摄像机取消了扫描机构，减少了体积，灵敏度提高至单元探测器时的 倍，对景物辐射的呼应时间只受探测

28、器时间常数的限制，不再受光机扫描速度的影响。可以运用在空间卫星对地球外表研讨和医学上对皮肤外表、内部组织器官的温度分布检测，特别在军事上可运用于夜视配备、机载探测器和准确制导武器的侦查、跟踪和测距，在现代军事电子对抗中起着非常重要的作用。 8.2 X线电视 8.2.1 X线 1.线的特性 线即X射线，不是可见光，是波长极短(1pm10nm)的电磁波。线可以穿透物体，穿透力除与波长有关外,还与物质密度有关。X线经过高密度物质时,大部分射线被吸收；而对低密度物质，那么大部分射线能经过。线的这种特性可以协助我们透过低密度的箱子看到箱内高密度的武器，透过低密度的皮肤和肌肉看到体内高密度的骨骼。 线可使

29、胶片感光，感光胶片冲洗成底片后可长期保管。经线摄影拍片后的骨骼损伤和肺部病灶底片可作为治疗过程中的重要参考资料。 线照射某些化合物结晶体时产生黄绿色荧光，利用这些物质制成荧光屏，线穿透人体有关部位后在荧光屏上的图像用来进展透视诊断。 线照射人体组织时，细胞分子被电离分解遭到破坏，有关任务人员长时间受少量射线照射，因射线有蓄积作用而在不知不觉中受了损害，必需留意防护。线电视是使有关任务人员远离射线而又不妨碍任务的独一手段，因此在医疗、工业、公共平安和科研等方面得到了广泛运用。 2. X线的产生 线由线源产生，线源由线管、变压器和控制器三部分组成，图86是线源表示图。 图86 X线源表示图 1)

30、X线管 线管又称球管，是产生线的真空管。管中安装有阳极和阴极(灯丝)。用612V的电压给阴极灯丝加热，在阴极产生大量的自在电子。阴极和阳极间的数十千伏的高压加速这些电子使它们高速射向阳极轰击阳极钨靶。电子所带能量的99.8%转变成热能，能量的0.2%产生线，线从线管窗口射出。 线管阳极斜面上放射出线的地方叫焦点，实践上它不是一个点而是一个小面。焦点面积的大小直接影响线影像明晰度，焦点面积越小，影像越明晰。线电视系统要求射线源必需是小焦点线管，最好用焦点面积只需0.10.3mm2的微焦点线管。 2) 变压器 线源中有两种变压器：一种是供球管灯丝用的降压变压器；一种是供线管两极间高电压的高压变压器

31、，高压变压器将市电升至40150kV。 3) 控制器 控制器用来控制线源的任务，实现高压电压、高压电流和曝光时间三个参数的调理。 高压电压是线管两极间的高压电压值，以千伏(kV)为单位。千伏值越高，电子轰击阳极靶的速度越大，能量越高，产生的线波长越短，穿透才干就越强，适用于密度大的物体；千伏值越低，产生的线波长越长，穿透才干那么越弱，适用于密度小的物体。 高压电流是经过线管两极间的管电流值，以毫安(mA)为单位。毫安值与产生线的量成正比。 曝光时间，即产生线的时间，以秒(s)为单位。 3. X线机及其缺陷 上述线源配上线荧光屏就构成线机。线机曾经广泛运用于医疗、工业和科研等方面。但线机必需在暗

32、室进展操作，只能在一个很小的线荧光屏上察看和诊断，操作人员间隔线机太近会遭到损伤。线电视系统的研制胜利处理了以上问题，它迅速替代了线机。 8.2.2 X线电视系统 线电视系统由线源、像加强器、光学系统、摄像机、控制器和监视器等设备组成，其框图示于图87。系统中的关键器件是像加强器，也需求用较复杂的光学系统，摄像机、控制器和监视器与通用型的摄像机控制器和监视器任务原理一致，性能稍有不同。 图87 X线电视系统方框图 1.X线像加强器 线像加强器是一种多电极静电聚焦电子光学器件。线图像经它转换成为可见光图像，并将图像亮度加强。 线像加强器由线像加强管、壳体和电源三部分组成，如图88所示。 壳体由坡

33、莫合金衬里、铅维护层和金属外壳组成。坡莫合金衬里的导磁率高，能有效地屏蔽地磁场和周围杂散磁场对电子束的作用，防止图像畸变。铅层能防止像加强管内的线显显露来损伤任务人员。外壳有防潮和遮光作用，由铝材和铁皮制成。 线像加强管的电源固定在壳体上，供应像加强管各任务电极高压，保证其正常的任务形状和加强作用。 图88 X线像加强器表示图 1) 线像加强管 线像加强管是一个高真空管，管壳输入窗用高透过率、低散射轻金属(铝或钛)制成，管壳内依次陈列着输入屏、聚焦电极、阳极和输出屏。图89b是线像加强管表示图。输入屏的构成如图89(a)所示，由外至内各层依次是铝膜、荧光屏、透明层、光电阴极，铝膜作荧光反射体，

34、荧光屏的荧光物是碘化铯或硫化锌镉，光电阴极为锑铯涂层。输出屏的组成如图89c所示，由内至外各层依次是铝膜、荧光屏、输出窗。输出屏是将P20荧光粉(Zn、Cd、S、Ag)堆积在一片紧靠输出窗的薄玻璃片上后，再蒸涂一层铝膜构成的。 图89 像加强管的构造 (a)输入屏；(b)像加强管;(c)输出屏 2) 线像加强管任务原理 线穿过物体后，其强度随物体密度分布变化，该携带物体密度分布信息的射线经输入窗投射到输入屏，屏上的荧光物按线强度分布激发出一幅荧光图像。荧光经透明层后射入光电阴极，在光电阴极的另一面构成一幅完全与入射线强度相对应的电子图像，是被检测物体的密度分布图像。电子束经聚焦电极聚焦及阳极电

35、压加速后打到输出屏上，构成一幅加强了的可见光图像。 图像亮度加强的缘由是光电子经过加速电场时吸收了能量，而且输入屏较大面积上产生的光电子被聚集到了较小面积的输出屏上。 由于光纤技术的开展，图像加强管运用了光纤输出面板，它能与带光纤面板的CCD摄像机直接耦合，可以提高灵敏度，降低线剂量。 3) 可变输入视野像加强管 在给定的线和电极电压下，输入屏上图像可转换部分的直径大小称为像加强管的输入视野。假设输入视野可变，那么称为可变输入视野图像加强管。常用的有13cm(5英寸)，15cm(6英寸),18cm(7英寸),23cm(9英寸),30cm(12英寸),35cm(14英寸)和40cm(16英寸)等

36、固定视野管；还有23cm(9英寸)13cm(5英寸),23cm(9英寸)15cm(6英寸),23cm(9英寸)18cm(7英寸), 23cm(9英寸)/15cm(6英寸)/11cm(4.5英寸),30cm(12英寸)23cm(9英寸)15cm(6英寸)等可变视野加强管。 可变视野图像加强管的构造与固定视野像加强管的构造类似，只不过前者多了两个辅助电极。图810为可变视野像加强管表示图。任务时，只需改动加在聚焦电极和辅助阳极上的电压，便可以沿像加强管的对称轴改动电子束焦点的位置，从而改动输入视野。通常用G1电压调理图像的匀称性，用G2电压调理焦点，用辅助阳极电压控制输出图像的大小。 通常先用大视

37、野察看，对其不详的部位再用小视野察看。 4) 像加强管主要技术目的及丈量方法 (1)分辨率:线图像加强管分解图像细节的才干。丈量用的分辨率测试卡是一块布有不同间距铅条的板，一条铅条与铅条间的间隙组成一个线对，以单位宽度能区分多少线对来度量。丈量时，把测试卡放在像加强器前，用放大镜在像加强器输出窗察看，测得的线对数越多，分辨率越高。 图810 可变视野像加强管表示图 通常把从输入视野中心到20%视野半径区内的分辨率叫中心分辨率，把从输入视野中心到视野半径70%区内的分辨率叫中间分辨率，把视野半径70%到90%之间的分辨率叫边缘分辨率。 (2)转换系数:在一定线剂量下的输出屏亮度。转换系数高，加强

38、管的灵敏度就高。丈量时用剂量计探头测出线剂量率R，再用亮度计读出输出亮度B，转换系数GX为(83) 式中，亮度B的单位是坎德拉/米2(cd/m2)，线剂量率R的单位是毫伦/秒。 假设为可变视野加强管，那么应对各输入视野进展转换系数丈量。由于输入屏边缘分开线管的焦点远，输入屏外表是凸面，输入屏边缘线入射剂量小，为了确定视野上的转换系数变化情况，应在视野上多取几个点进展丈量。 (3) 对比度: 像加强管输出图像最大亮度与最小亮度之比。加强管的对比度高，整机的对比度通常也高。丈量时，在紧靠图像加强器输入面的中心放一个能遮住10%输入视野的铅盘，盘的厚度为6mm。用亮度计测出铅盘图像的中心亮度B1，记

39、住测B1的位置后取出铅盘。再把亮度计对着测B1的位置测出亮度B2，对比度C为 84 (4) 对比灵敏度： 表征线像加强管发现病灶的才干，常运用JEDEC透度计进展丈量。透度计是一个厚度为20mm的铝盘，盘上钻有一些直径为6.5mm的盲孔未钻透的孔，盲孔深度为盘厚的1.5%7%，盲孔的参数相对深度就用百分数表示。测试时把透度计置于像加强器的输入面上，加强管能检测到的最浅盲孔深度值称作加强管的对比灵敏度。能见到的盲孔深度越浅，像加强管的对比灵敏度越高。 2.光学系统 像加强管输出屏的可见光图像还要摄像、拍片，故需配上由转像系统、直角反射器和光分配器构成的光学系统。 1)选用大孔径光学系统 像加强管

40、输出屏的图像亮度不高，在光学系统中应尽量减少光能量损失。由于透镜的像面照度与其相对孔径Df的平方成正比，故在线电视设备中应选用大孔径光学系统。 2)转像系统 图811是转像系统表示图。像加强管输出屏图像经L1后变为平行光，而L2那么将平行光成像于摄像机光电传感器。在L1和L2间可以插入光分配器，为充分利用像加强管有效视野及摄像机CCD传感器的光敏区，应满足的匹配条件为85) 式中，d1是像加强管输出图像直径，d2是摄像机CCD传感器的光敏区有效利用直径，f1为L1焦距，f2为L2焦距。 L1、L2间隔应尽量短，以免产生光通量损失，呵斥图像亮度不均匀，中间部分亮边沿逐渐变暗。 3) 直角反射器

41、有时需将电视摄像机和像加强器安装成直角，这时应设计一个直角反射器，如图812所示。直角反射器中装有一个和程度面成45的平面反射镜，它将入射光成直角反射。为保证光学准直性，平面反射镜与程度面所成的角度应能微调。 图811 转像系统表示图 图812 直角反射器表示图 4)光分配器 为了同时进展电视摄像和拍片，需求一个如图813所示的双通道光分配器。分配器中装有一个半反射镜，是一种特殊棱镜，当光线射到半反射面时，绝大部分光线被反射，少部分透过棱镜。当转换开关置于拍片时，主输出90%供应拍片机，次输出10%供电视监视。当转换开关置于电视摄像时，那么用电机控制半反射镜面旋转，使大部分能量到达电视摄像机。

42、 图813 双通道光分配器表示图 3.摄像机 线电视摄像机与通用电视摄像机主要不同点有： 1) 圆消隐 为充分利用图像加强管有效视野和摄像机CCD传感器的光敏区，为符合医疗单位的察看习惯，医用射线电视摄像机均采用圆消隐，即在监视器荧光屏中央的一个圆的范围内观看图像。 2) 宽高比为11 与圆消隐相顺应，医用线电视摄像机扫描光栅的宽高比不是43，而是11，这样还可以充分利用视频通道的信息传输才干。在视频通道带宽一样、电子束聚焦正常的情况下，采用11的宽高比后程度分辨率得到提高。 3) 较高的分辨率和亮度鉴别等级 为了可以发现被检测物体密度极小的差别，线电视摄像机必需有较高的亮度鉴别等级和分辨率。

43、程度中心分辨率应到达800线，故要求整个视频通道的带宽高于10MHz。 4.控制器 在线电视系统中，线是穿透密度不同的被检测物体后到达图像加强器输入屏的，不同的被检测物体对X线的吸收不一样，所以到达图像加强器输入屏的线剂量不同，引起输出屏图像亮度差别很大，以致监视器荧光屏上不同被检测体的图像亮度差别明显。同一被检测物体各部位密度也不同，所以被检测体各部位图像亮度差别也很明显。 自动亮度控制就是当被检测体对线吸收量发生变化时,变动线机产生的线剂量，以保证图像加强器输出屏亮度坚持恒定，最终使得监视器荧光屏上的被检测体图像亮度坚持恒定。 在摄像时，摄像机的自动增益控制与自动亮度控制起着不同的作用。摄

44、像机的自动增益控制电路可在较大的输入信号范围内使输出视频信号幅度坚持稳定。但有时线剂量曾经超越规范，应该降低线剂量；自动增益控制电路在输入视频信号较小时使输出视频信号幅度坚持稳定，但这时输出视频信号信噪比降低，图像质量差，不能获得称心的效果，应该添加线剂量。自动亮度控制系统的调整过程是慢速的，必需与调整速度快的自动增益控制电路配合任务。 当被检测体对线吸收量忽然增大，摄像机输入视频电压幅度减小到额定值的50%，这时自动增益控制电路立刻起作用，增大可控增益放大器的放大量，使图像亮度趋于恒定；自动增益控制造用在60毫秒后消逝，自动亮度控制系统开场起作用，加大线机产生的线的剂量，使摄像机输入视频电压

45、幅度又恢复到额定值。 线的辐射强度IX为 (86) 式中，K为比例常数；Z为线管阳极靶资料的原子序数；I为线管管电流，单位为mA；U为线管管电压，单位为kV。 式(86)示出线机产生的线剂量与线管的管电流及管电压之间的关系。在实践运用时，还要思索线的硬度。线硬度不够时，剂量再大也无法穿透被检测体。线的硬度取决于管电压和线管阳极靶资料的原子序数，管电压越高，靶资料的原子序数越大，线的硬度越大，穿透才干就越强。 5.线电视系统的运用 线电视系统的运用主要是在医疗方面。根据运用特点，X线电视系统可分为诊断机、定位机和治疗机。 1) 诊断机 诊断用线机配上图像加强器、光学系统和电视设备组成线电视系统，

46、这种系统不用在暗室任务，线剂量大约只需普通线机的1/10。 供透视用的隔室透视机和供特种检查用的遥控线机使医生完全脱离线，这两种设备都配上线电视系统。前者将图像加强器和X线机球管固定，而控制人体上、下、左、右挪动；后者设有可在三维空间运动的摇栏床并带有机械手。 2) 定位机 对肿瘤患者进展放疗前必需对病灶准确定位，为此专门消费出一种模拟定位机，这种设备也必需配上X线电视系统。 3) 治疗机 各种各样的线电视系统也出如今临床科室，成为外科医生们手术治疗中的重要手段。例如骨科机，供在线下进展骨科手术；导管机，供在线下进展心血管导管，安装起搏器；碎石机那么是为粉碎胆结石、肾结石和输尿管结石而设计的。

47、一切这些设备都离不开线电视。 线电视系统还是一种很好的无损检测手段，可用于工业探伤。由于探伤用线机产生的线硬度大，对人体损伤极大，不宜用肉眼在荧光屏上察看，以前采用拍片方法来检查工件，胶片的消耗费用很大，有的飞机制造厂每年要花上百万元的胶片费。为了节省费用，可以采用探伤用线电视系统。 8.3 微 光 电 视 当我们从电视上动物世界栏目中看到夜间丛林中各种动物生活的时候，一定会惊叹摄像师高超的身手，利用夜幕掩护来接近动物充溢了危险，怎样在漆黑的夜晚摄取明晰的图像呢？这就要靠微光摄像机。 微光电视的关键设备是微光摄像机。微光电视系统中的其他设备与普通电视系统是完全一样的。 8.3.1 微光电视的特

48、点 微光电视就是可以在人不能看清景物的条件下，产生明晰图像的电视系统。如能在星光条件下(10-4lx)任务的摄像机。在这样的光照下，人眼已无法看清楚景物，而微光电视系统可以在这样的条件下摄取高质量图像。由于摄像器件的迅速开展，摄像机的灵敏度提高很快，可以在傍晚环境下(10-2lx)任务的摄像机种类很多，价钱也很低廉，普通称之为低照度摄像机，已把它列入通用摄像机的范畴。 微光电视提高了人在微光条件下的可见度，也提高了观测目的的明晰程度，但也有一定的局限性。微光电视的主要特点有： (1)微光电视加强了从目的反射的光线，在可见光范围内，提高了人的可见度。不同于非可见光电视和其他夜视手段，它是一种被动

49、的、经过本身的加强作用来实现夜视功能的手段，利于严密。 (2)虽然提高了灵敏度和分辨力，图像效果达不到白天察看时的效果，由于在微光条件下，景物本身的对比度和明晰度降低，颜色消逝。而光的加强过程会引入新的噪波。 (3)微光电视分辨目的的才干会遭到气候条件的影响。例如,在烟、雾、雨、雪中，微光电视所产生的图像并不比人直接察看或运用光学设备察看的效果好。假设没有上述影响，微光电视的图像就会远远优于人眼和光学设备。 (4)用微光电视系统摄取图像，便于传输、记录，可实现远间隔的察看和遥控。 (5)微光摄像机的价钱高，运用寿命也低，运用时需求留意的问题多，在运用上遭到一定的限制。 8.3.2 微光像加强器

50、 微光像加强器作为一种光加强器件，可以把较弱的输入光学图像转换为类似的、比较亮堂的光学图像。像加强器是一种电真空成像器件，主要由光阴极、电子光学系统和荧光屏组成。像加强器把入射光成像在光阴极上，再从光阴极上发射光电子，并用几千伏的电压加速光电子，使在输出屏聚焦的图像得到加强。把它与CCD摄像器件耦合起来就可以提高摄像器件的光电灵敏度，实现微光摄像。微光像加强器本身也是一种直接察看的夜视器件。 像加强器的种类很多。按任务方式可分为：延续任务、选通任务和变倍任务像加强器。按像管构造可分为：近贴式、倒像式、静电聚焦式和电磁复合聚焦式加强器。按开展阶段那么分为：第一代级联式像加强器，第二代光纤面板阴极窗带微通道板的像加强器，第二代半玻璃阴极窗带微通道板的像加强器和第三代负电子亲和势光阴极像加强器。目前像加强器又出现了用第三代近