【正文】 頭測(cè)出 Ｘ 線劑量率 R， 再用亮度計(jì)讀出輸出亮度 B， 轉(zhuǎn)換系數(shù) GX為 XBGR?(8―3) 第 8章 特殊成像電視 式中 ， 亮度 B的單位是坎德拉 /米 2(cd/m2)， Ｘ線劑量率 R的單位是毫倫 /秒 。 (2)轉(zhuǎn)換系數(shù) :在一定Ｘ線劑量下的輸出屏亮度 。 測(cè)量時(shí) ， 把測(cè)試卡放在像增強(qiáng)器前 ， 用放大鏡在像增強(qiáng)器輸出窗觀察 ， 測(cè)得的線對(duì)數(shù)越多 ， 分辨率越高 。 第 8章 特殊成像電視 4) 像增強(qiáng)管主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)量方法 (1)分辨率 :Ｘ線圖像增強(qiáng)管分解圖像細(xì)節(jié)的能力 。通常用 G1電壓調(diào)節(jié)圖像的勻稱性 ， 用 G2電壓調(diào)節(jié)焦點(diǎn) ，用輔助陽(yáng)極電壓控制輸出圖像的大小 。 圖 8― 10為可變視野像增強(qiáng)管示意圖 。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(qiáng)管。 第 8章 特殊成像電視 3) 可變輸入視野像增強(qiáng)管 在給定的Ｘ線和電極電壓下，輸入屏上圖像可轉(zhuǎn)換部分的直徑大小稱為像增強(qiáng)管的輸入視野。 第 8章 特殊成像電視 圖像亮度增強(qiáng)的原因是光電子通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)吸收了能量 ， 而且輸入屏較大面積上產(chǎn)生的光電子被聚集到了較小面積的輸出屏上 。 熒光經(jīng)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(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電子圖像 ，是被檢測(cè)物體的密度分布圖像 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8― 9 (a)輸入屏； (b)像增強(qiáng)管 。 輸出屏的組成如圖8― 9（ c） 所示 ， 由內(nèi)至外各層依次是鋁膜 、 熒光屏 、輸出窗 。 圖 8― 9（ b） 是Ｘ線像增強(qiáng)管示意圖 。 Ｘ線像增強(qiáng)管的電源固定在殼體上 ， 供給像增強(qiáng)管各工作電極高壓 ， 保證其正常的工作狀態(tài)和增強(qiáng)作用 。鉛層能防止像增強(qiáng)管內(nèi)的Ｘ線透出來(lái)傷害工作人員 。 第 8章 特殊成像電視 殼體由坡莫合金襯里 、 鉛保護(hù)層和金屬外殼組成 。 Ｘ線圖像經(jīng)它轉(zhuǎn)換成為可見(jiàn)光圖像 ， 并將圖像亮度增強(qiáng) 。 系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件是像增強(qiáng)器 ， 也需要用較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng) ， 攝像機(jī) 、 控制器和監(jiān)視器與通用型的攝像機(jī)控制器和監(jiān)視器工作原理一致 ， 性能稍有不同 。 Ｘ線電視系統(tǒng)的研制成功解決了以上問(wèn)題 ， 它迅速替代了Ｘ線機(jī) 。 Ｘ線機(jī)曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療 、 工業(yè)和科研等方面 。 曝光時(shí)間 ， 即產(chǎn)生Ｘ線的時(shí)間 ， 以秒 (s)為單位 。 高壓電流是通過(guò)Ｘ線管兩極間的管電流值 ， 以毫安 (mA)為單位 。 高壓電壓是Ｘ線管兩極間的高壓電壓值 ， 以千伏(kV)為單位 。 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。 焦點(diǎn)面積的大小直接影響Ｘ線影像清晰度 ， 焦點(diǎn)面積越小 ， 影像越清晰 。 電子所帶能量的 %轉(zhuǎn)變成熱能 ， 能量的 %產(chǎn)生Ｘ線 ， Ｘ線從Ｘ線管窗口射出 。 用 6～ 12V的電壓給陰極燈絲加熱 ， 在陰極產(chǎn)生大量的自由電子 。 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(diào)節(jié)控制器2 2 0 V電源X 線管機(jī)頭毫安調(diào)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(chǎn)生Ｘ線的真空管 。 Ｘ線電視是使有關(guān)工作人員遠(yuǎn)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(yīng)用 。 Ｘ線照射某些化合物結(jié)晶體時(shí)產(chǎn)生黃綠色熒光 ，利用這些物質(zhì)制成熒光屏 ， Ｘ線穿透人體有關(guān)部位后在熒光屏上的圖像用來(lái)進(jìn)行透視診斷 。 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(zhǎng)期保存 。 X線通過(guò)高密度物質(zhì)時(shí) ,大部分射線被吸收；而對(duì)低密度物質(zhì) ， 則大部分射線能通過(guò) 。 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(jiàn)光 ， 是波長(zhǎng)極短 (1pm～10nm)的電磁波 。 第 8章 特殊成像電視 凝視焦平面陣列紅外攝像機(jī)取消了掃描機(jī)構(gòu) ， 縮小了體積 ， 靈敏度提高至單元探測(cè)器時(shí)的 倍 ， 對(duì)景物輻射的響應(yīng)時(shí)間只受探測(cè)器時(shí)間常數(shù)的限制 ， 不再受光機(jī)掃描速度的影響 。 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(shí)現(xiàn)大面積凝視陣列 。 第 8章 特殊成像電視 圖 8―5 SB―IRTV 攝像機(jī)視頻處理電路方框圖 CCD視頻信號(hào)相 關(guān)雙取樣A / D D / A像素時(shí)鐘信 號(hào)時(shí)序控制幀存儲(chǔ)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(qū)動(dòng)電路提供使 IR―CCD 攝像器件工作所需的全部時(shí)鐘脈沖 。 兩個(gè) D／ A轉(zhuǎn)換器分別將真實(shí)視頻信號(hào)和背景信號(hào)還原成模擬信號(hào) ， 送入一個(gè)模擬減法器中進(jìn)行差分放大 ， 差分放大器輸出的是修正了的視頻信號(hào) 。 CCD器件輸出的視頻信號(hào)經(jīng)相關(guān)雙取樣電路預(yù)處理 ， 再經(jīng) 8位快速 A／ D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化 。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(qū)動(dòng)電路 。 第 8章 特殊成像電視 3) SB―IR TV攝像機(jī) 圖 8― 4給出了 SB―IR TV攝像機(jī)的原理框圖 。 第 8章 特殊成像電視 在 CCD信號(hào)讀出時(shí) ， 從光敏單元到垂直電荷轉(zhuǎn)移單元 ， 所有光敏單元信號(hào)讀出的轉(zhuǎn)移柵是同時(shí)打開(kāi)的 。 在熱成像系統(tǒng)中 ， 響應(yīng)的均勻性在很大程度上決定了圖像的質(zhì)量 。 第 8章 特殊成像電視 SB―IRCCD 可利用成熟的硅集成電路工藝技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)高分辨率和獲得高的成品率 。 第 8章 特殊成像電視 2) 肖特基勢(shì)壘紅外焦平面陣列 (SB―IRCCD) 肖特基勢(shì)壘是指金屬淀積在半導(dǎo)體表面形成的具有單向?qū)щ姟⒄髯饔玫慕饘?― 半導(dǎo)體接觸。 背照射結(jié)構(gòu)要求鑲嵌的探測(cè)器有薄的光敏層 ， 在光敏層上吸收輻射 ， 所產(chǎn)生的光生載流子從背面擴(kuò)散到前面被 PN結(jié)檢出 。 這種引線方式要求探測(cè)器陣列十分薄 。 前照射結(jié)構(gòu)探測(cè)器在前面受到照射 ， 電信號(hào)就在同一面上取出 。 近幾年發(fā)展起來(lái)的鋼柱連接技術(shù)已能達(dá)到很高的成品率 ，基本上解決了兩部分的互連問(wèn)題 。 混成式紅外焦平面陣列的最大特點(diǎn)是選擇探測(cè)器有很大的靈活性 ， 絕大多數(shù)采用光電二極管作為敏感元 。探測(cè)每個(gè)點(diǎn)的時(shí)間變?yōu)?mnτ,探測(cè)時(shí)間長(zhǎng)到好像與“凝視”一樣。 n 第 8章 特殊成像電視 凝視型焦平面陣列紅外攝像機(jī)是用紅外探測(cè)器面陣充滿物鏡焦平面的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)全視場(chǎng)范圍內(nèi)目標(biāo)成像的 ， 取消了光機(jī)掃描 ， 采用元數(shù)足夠多的探測(cè)器面陣 ， 探測(cè)器單元與系統(tǒng)觀察范圍內(nèi)的目標(biāo)元一一對(duì)應(yīng) 。 在醫(yī)療方面 ， 用熱釋電電視攝像機(jī)可以檢查早期乳腺癌 ， 檢查人體一些器官的病變 ， 檢查人體燒傷的度數(shù)及植皮等情況 。 在發(fā)電廠對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè) ， 可及時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)熱故障和隱患 。 第 8章 特殊成像電視 在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中 ， 利用熱釋電電視攝像機(jī) ，可對(duì)一些重要部位和設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè) 。國(guó)產(chǎn) HJ1型紅外鍺鏡頭工作波段為 3～ 14μm，采用多層離子濺射鍍膜，膜層牢固度好，透過(guò)率 ≥95%。8～ 12μm波段的透鏡用鍺 、 硒化鋅 、 硫化鋅等材料制成 。 第 8章 特殊成像電視 4) 熱釋電電視攝像機(jī)的鏡頭 熱釋電電視攝像機(jī)使用在中 、 遠(yuǎn)紅外波段 ， 普通可見(jiàn)光鏡頭已不適用 ， 需要專門(mén)設(shè)計(jì)紅外電視鏡頭 。 當(dāng)溫差增大時(shí) ，熱釋電攝像管的空間分辨率將隨之增大 ， 但當(dāng)溫差增大到一定數(shù)值后 ， 再繼續(xù)增大溫差 ， 空間分辨率基本保持不變 。 在測(cè)試卡與背景 (黑體 )之間有一適當(dāng)?shù)臏夭顣r(shí) ， 可分辨的空間頻率的最大值 ， 稱為最大空間分辨率 。 最小可分辨溫差的目標(biāo)是某一空間頻率的測(cè)試卡圖形 ， 而最小可探測(cè)溫差的目標(biāo)是較大面積的正方形或圓形 。 測(cè)試時(shí) ， 可將目標(biāo)和背景的溫度差 ΔT調(diào)整為 2℃ ， 逐步減小攝像機(jī)鏡頭的光圈 ， 至剛能分辨出目標(biāo)圖像時(shí) ， 讀出此時(shí)的光圈數(shù) F， 按下式算出最小可探測(cè)溫差： 2TM DT DF??(8―2) 第 8章 特殊成像電視 最小可分辨溫差和最小可探測(cè)溫差 ， 是說(shuō)明攝像機(jī)對(duì)客觀實(shí)物溫差的靈敏性 。 觀察者從監(jiān)視器屏幕上剛能從背景 (黑體 )中分辨出大目標(biāo)時(shí) ， 目標(biāo)與背景之間的溫差即為最小可探測(cè)溫差 。 第 8章 特殊成像電視 可在空間分辨率為 100線或 200線時(shí)測(cè)量最小可分辨溫差 ， 將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn) 100線或 200線的條形測(cè)試卡 ，鏡頭的光圈調(diào)至 1位置 ， 增加測(cè)試卡與背景之間的溫差 ，在監(jiān)視器屏幕上剛能分辨出測(cè)試卡圖像時(shí) ， 測(cè)試卡和背景間的溫度差就是最小可分辨溫差 。 觀察者從監(jiān)視器屏幕上剛能從背景 (黑體 )中分辨出某一空間頻率的測(cè)試卡圖形時(shí) ， 測(cè)試卡與背景之間的溫差即為最小可分辨溫差 。 斬波調(diào)制模式攝像機(jī)靈敏度較低 ，但產(chǎn)生的圖像位置穩(wěn)定 ， 視場(chǎng)不變 ， 因有調(diào)制盤(pán) ， 整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 熱釋電攝像管輸出的等幅度正負(fù)交變信號(hào) ， 需有專門(mén)的電路來(lái)處理 。 當(dāng)調(diào)制盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 就對(duì)目標(biāo)像產(chǎn)生了調(diào)制 ， 使透過(guò)調(diào)制盤(pán)的像隨時(shí)間而變化 。 平移調(diào)制模式攝像機(jī)靈敏度高 ， 整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 但目標(biāo)呈移動(dòng)狀態(tài) ， 影響觀察 。 常用的調(diào)制模式有平移調(diào)制模式和斬波調(diào)制模式 。 因此對(duì)靜物成像時(shí) ， 要對(duì)輸入信號(hào)加以調(diào)制；若不加調(diào)制 ，只能對(duì)運(yùn)動(dòng)的或輻射強(qiáng)度有變化的目標(biāo)成像 ， 由此可以區(qū)分靜止目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 。 上式表明 ， 當(dāng)輻射到單元靶上的熱輻射強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí) ， 才有信號(hào)電流輸出 。 熱釋電攝像管的工作原理是：目標(biāo)輻射的紅外線，經(jīng)鏡頭投射到攝像管的熱釋電靶面上，引起靶單元溫度的改變，靶上各點(diǎn)不同的溫度使晶體的自發(fā)極化各不相同，因而由熱釋電效應(yīng)所釋放的表面電荷也不同，形成了空間和強(qiáng)度變化都和目標(biāo)相同的電荷圖形，即在靶面上形成與目標(biāo)熱像相對(duì)應(yīng)的靶面電位像；當(dāng)電子束在靶面上掃描時(shí)，就在信號(hào)電極電路內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)電流，它經(jīng)信號(hào)電極電路的靶負(fù)載電阻形成視頻信號(hào)。 常用的熱釋電靶材料有單晶硫酸三甘肽 (TGS)、 氘化硫酸三甘肽 (DTGS)和重氫化氟鈹酸三甘肽 (DTGFB)等三種 。 第 8章 特殊成像電視