【文章內容簡介】 圖 8― 4給出了 SB―IR TV攝像機的原理框圖 。 與其他光子型紅外探測器一樣 ， 為了減小噪聲和獲得較高的信噪比 ， 必須進行制冷 ， 器件要封裝在杜瓦瓶內 。由于采用 SB―IRCCD 作為攝像器件 ， 電路部分除了視頻處理電路外 ， 還必須包括 CCD驅動電路 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8―4 SB―IR TV攝像機的原理框圖 驅動電路真空杜瓦瓶I R C C D制冷器成像光學系統(tǒng)緩沖放大器 放大 幀存儲器攝像頭部分同步發(fā)生器A / D 混合放大圖像處理部分 第 8章 特殊成像電視 圖 8― 5為便攜式 SB―IRCCD 攝像機的視頻處理電路 。 CCD器件輸出的視頻信號經相關雙取樣電路預處理 ， 再經 8位快速 A／ D轉換器數(shù)字化 。 一幅均勻背景的視頻信號進入幀存儲器 ， 在攝像機正常工作的情況下 ， 真實視頻信號和背景信號由同一個 A／ D轉換器數(shù)字化 。 兩個 D／ A轉換器分別將真實視頻信號和背景信號還原成模擬信號 ， 送入一個模擬減法器中進行差分放大 ， 差分放大器輸出的是修正了的視頻信號 。 然后加入水平 、 垂直消隱和同步脈沖 ， 復合成標準視頻信號 ， 送至顯示器 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8―5 SB―IRTV 攝像機視頻處理電路方框圖 CCD視頻信號相 關雙取樣A / D D / A像素時鐘信 號時序控制幀存儲器 D / A＋－同步與消 隱視頻混合電 路 第 8章 特殊成像電視 CCD驅動電路提供使 IR―CCD 攝像器件工作所需的全部時鐘脈沖 。 其中包括水平輸出和垂直列輸出的CCD時鐘 、 浮置擴散復位脈沖和從探測器到 CCD的轉移脈沖 。 紅外焦平面陣列 ， 特別是 SB―IRCCD 焦平面陣列可以低成本得到高分辨力器件 ， 器件的高均勻性又可以實現(xiàn)大面積凝視陣列 。 在最新出現(xiàn)的凝視焦平面陣列紅外攝像機中 ， 數(shù)字圖像運算與處理采用高速微處理器 ， 實現(xiàn)了智能化 。 第 8章 特殊成像電視 凝視焦平面陣列紅外攝像機取消了掃描機構 ， 縮小了體積 ， 靈敏度提高至單元探測器時的 倍 ， 對景物輻射的響應時間只受探測器時間常數(shù)的限制 ， 不再受光機掃描速度的影響 。 可以應用在空間衛(wèi)星對地球表面研究和醫(yī)學上對皮膚表面 、 內部組織器官的溫度分布檢測 ， 特別在軍事上可應用于夜視裝備 、 機載探測器和精確制導武器的偵察 、 跟蹤和測距 ， 在現(xiàn)代軍事電子對抗中起著非常重要的作用 。 mm 第 8章 特殊成像電視 X線電視 X線 Ｘ線即 X射線 ， 不是可見光 ， 是波長極短 (1pm～10nm)的電磁波 。 Ｘ線能夠穿透物體 ， 穿透力除與波長有關外 ,還與物質密度有關 。 X線通過高密度物質時 ,大部分射線被吸收；而對低密度物質 ， 則大部分射線能通過 。 Ｘ線的這種特性可以幫助我們透過低密度的箱子看到箱內高密度的武器 ， 透過低密度的皮膚和肌肉看到體內高密度的骨骼 。 第 8章 特殊成像電視 Ｘ線可使膠片感光 ， 感光膠片沖洗成底片后可長期保存 。 經Ｘ線攝影 （ 拍片 ） 后的骨骼傷害和肺部病灶底片可作為治療過程中的重要參考資料 。 Ｘ線照射某些化合物結晶體時產生黃綠色熒光 ，利用這些物質制成熒光屏 ， Ｘ線穿透人體有關部位后在熒光屏上的圖像用來進行透視診斷 。 第 8章 特殊成像電視 Ｘ線照射人體組織時 ， 細胞分子被電離分解受到破壞 ， 有關工作人員長時間受少量Ｘ射線照射 ， 因Ｘ射線有蓄積作用而在不知不覺中受了損害 ， 必須注意防護 。 Ｘ線電視是使有關工作人員遠離Ｘ射線而又不妨礙工作的惟一手段 ， 因而在醫(yī)療 、 工業(yè) 、 公共安全和科研等方面得到了廣泛應用 。 2. X線的產生 Ｘ線由Ｘ線源產生 ， Ｘ線源由Ｘ線管 、 變壓器和控制器三部分組成 ， 圖 8― 6是Ｘ線源示意圖 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8― 6 X線源示意圖 m A毫安表X 線管高壓變壓器燈絲變壓器曝光控制V 電壓表高壓調節(jié)控制器2 2 0 V電源X 線管機頭毫安調節(jié)管窗X 線 第 8章 特殊成像電視 1) X線管 Ｘ線管又稱球管 ， 是產生Ｘ線的真空管 。 管中安裝有陽極和陰極 (燈絲 )。 用 6～ 12V的電壓給陰極燈絲加熱 ， 在陰極產生大量的自由電子 。 陰極和陽極間的數(shù)十千伏的高壓加速這些電子使它們高速射向陽極轟擊陽極鎢靶 。 電子所帶能量的 %轉變成熱能 ， 能量的 %產生Ｘ線 ， Ｘ線從Ｘ線管窗口射出 。 第 8章 特殊成像電視 Ｘ線管陽極斜面上放射出Ｘ線的地方叫焦點 ， 實際上它不是一個點而是一個小面 。 焦點面積的大小直接影響Ｘ線影像清晰度 ， 焦點面積越小 ， 影像越清晰 。Ｘ線電視系統(tǒng)要求Ｘ射線源必須是小焦點Ｘ線管 ， 最好用焦點面積只有 ～ 。 2) 變壓器 Ｘ線源中有兩種變壓器：一種是供球管燈絲用的降壓變壓器；一種是供Ｘ線管兩極間高電壓的高壓變壓器 ， 高壓變壓器將市電升至 40～ 150kV。 第 8章 特殊成像電視 3) 控制器 控制器用來控制Ｘ線源的工作 ， 實現(xiàn)高壓電壓 、高壓電流和曝光時間三個參數(shù)的調節(jié) 。 高壓電壓是Ｘ線管兩極間的高壓電壓值 ， 以千伏(kV)為單位 。 千伏值越高 ， 電子轟擊陽極靶的速度越大 ， 能量越高 ， 產生的Ｘ線波長越短 ， 穿透能力就越強 ， 適用于密度大的物體；千伏值越低 ， 產生的Ｘ線波長越長 ， 穿透能力則越弱 ， 適用于密度小的物體 。 高壓電流是通過Ｘ線管兩極間的管電流值 ， 以毫安 (mA)為單位 。 毫安值與產生Ｘ線的量成正比 。 曝光時間 ， 即產生Ｘ線的時間 ， 以秒 (s)為單位 。 第 8章 特殊成像電視 3. X線機及其缺點 上述Ｘ線源配上Ｘ線熒光屏就構成Ｘ線機 。 Ｘ線機曾經廣泛應用于醫(yī)療 、 工業(yè)和科研等方面 。 但Ｘ線機必須在暗室進行操作 ， 只能在一個很小的Ｘ線熒光屏上觀察和診斷 ， 操作人員距離Ｘ線機太近會受到傷害 。 Ｘ線電視系統(tǒng)的研制成功解決了以上問題 ， 它迅速替代了Ｘ線機 。 第 8章 特殊成像電視 X線電視系統(tǒng) Ｘ線電視系統(tǒng)由Ｘ線源 、 像增強器 、 光學系統(tǒng) 、攝像機 、 控制器和監(jiān)視器等設備組成 ， 其框圖示于圖 8― 7。 系統(tǒng)中的關鍵器件是像增強器 ， 也需要用較復雜的光學系統(tǒng) ， 攝像機 、 控制器和監(jiān)視器與通用型的攝像機控制器和監(jiān)視器工作原理一致 ， 性能稍有不同 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8―7 X線電視系統(tǒng)方框圖 X 線源 像增強器 攝像機 監(jiān)視器透射被檢測體 光學系統(tǒng)( 可見光線 )(X 線 )控制器 第 8章 特殊成像電視 Ｘ線像增強器是一種多電極靜電聚焦電子光學器件 。 Ｘ線圖像經它轉換成為可見光圖像 ， 并將圖像亮度增強 。 Ｘ線像增強器由Ｘ線像增強管 、 殼體和電源三部分組成 ， 如圖 8― 8所示 。 第 8章 特殊成像電視 殼體由坡莫合金襯里 、 鉛保護層和金屬外殼組成 。 坡莫合金襯里的導磁率高 ， 能有效地屏蔽地磁場和周圍雜散磁場對電子束的作用 ， 防止圖像畸變 。鉛層能防止像增強管內的Ｘ線透出來傷害工作人員 。外殼有防潮和遮光作用 ， 由鋁材和鐵皮制成 。 Ｘ線像增強管的電源固定在殼體上 ， 供給像增強管各工作電極高壓 ， 保證其正常的工作狀態(tài)和增強作用 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8―8 X線像增強器示意圖 電源鉛保護層像增強管坡莫合金金屬殼 第 8章 特殊成像電視 1) Ｘ線像增強管 Ｘ線像增強管是一個高真空管 ， 管殼輸入窗用高透過率 、 低散射輕金屬 (鋁或鈦 )制成 ， 管殼內依次排列著輸入屏 、 聚焦電極 、 陽極和輸出屏 。 圖 8― 9（ b） 是Ｘ線像增強管示意圖 。 輸入屏的構成如圖 8― 9(a)所示 ，由外至內各層依次是鋁膜 、 熒光屏 、 透明層 、 光電陰極 ， 鋁膜作熒光反射體 ， 熒光屏的熒光物是碘化銫或硫化鋅鎘 ， 光電陰極為銻銫涂層 。 輸出屏的組成如圖8― 9（ c） 所示 ， 由內至外各層依次是鋁膜 、 熒光屏 、輸出窗 。 輸出屏是將 P20熒光粉 (Zn、 Cd、 S、 Ag)沉積在一片緊靠輸出窗的薄玻璃片上后 ， 再蒸涂一層鋁膜形成的 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8― 9 (a)輸入屏； (b)像增強管 。(c)輸出屏 鋁膜熒光屏透明層光電陰極輸入窗輸入屏聚焦電極陽極輸出屏鋁膜熒光屏輸出窗( a ) ( b ) ( c ) 第 8章 特殊成像電視 2) Ｘ線像增強管工作原理 Ｘ線穿過物體后 ， 其強度隨物體密度分布變化 ，該攜帶物體密度分布信息的射線經輸入窗投射到輸入屏 ， 屏上的熒光物按Ｘ線強度分布激發(fā)出一幅熒光圖像 。 熒光經透明層后射入光電陰極 ， 在光電陰極的另一面形成一幅完全與入射Ｘ線強度相對應的電子圖像 ，是被檢測物體的密度分布圖像 。 電子束經聚焦電極聚焦及陽極電壓加速后打到輸出屏上 ， 形成一幅增強了的可見光圖像 。 第 8章 特殊成像電視 圖像亮度增強的原因是光電子通過加速電場時吸收了能量 ， 而且輸入屏較大面積上產生的光電子被聚集到了較小面積的輸出屏上 。 由于光纖技術的發(fā)展 ， 圖像增強管使用了光纖輸出面板 ， 它能與帶光纖面板的 CCD攝像機直接耦合 ，可以提高靈敏度 ， 降低Ｘ線劑量 。 第 8章 特殊成像電視 3) 可變輸入視野像增強管 在給定的Ｘ線和電極電壓下，輸入屏上圖像可轉換部分的直徑大小稱為像增強管的輸入視野。若輸入視野可變，則稱為可變輸入視野圖像增強管。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 )等固定視野管；還有 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( ),30cm(12英寸 )／ 23cm(9英寸 )／ 15cm(6英寸 )等可變視野增強管。 第 8章 特殊成像電視 可變視野圖像增強管的結構與固定視野像增強管的結構相似 ， 只不過前者多了兩個輔助電極 。 圖 8― 10為可變視野像增強管示意圖 。 工作時 ， 只要改變加在聚焦電極和輔助陽極上的電壓 ， 便可以沿像增強管的對稱軸改變電子束焦點的位置 ， 從而改變輸入視野 。通常用 G1電壓調節(jié)圖像的勻稱性 ， 用 G2電壓調節(jié)焦點 ，用輔助陽極電壓控制輸出圖像的大小 。 通常先用大視野觀察 ， 對其不詳?shù)牟课辉?