光电成像原理与技术--33-微光夜视系统的性能-课件.pptx

1、微光夜视系统的性能v微光成像器件的主要性能v微光成像系统的整体性能v微光成像系统性能的影响因素微光夜视系统的性能微光夜视系统的性能v光谱响应特性光谱响应率量子效率光谱特性曲线光谱匹配系数v增益特性v背景特性v成像特性微光成像器件的主要性能 d R P RIP d P光谱响应特性（光电阴极指标）00响应率的定义：P PP mR RRmP mPdRm PRd Pd光谱响应特性（光电阴极指标）响应率的定义：00P PP mR RRm000R P mPRmRd0P mPdRm PRd Pd PRd Pd光谱响应特性（光电阴极指标）响应率的定义：00P PP mR RRm000R P mPRmRd000

2、a R aRmv亮度增益v辐射亮度增益v光通量增益G Le LaE ek LaKEVk K G LG m 2 G L out inMAsEVk Ac,MaEVk LaEVkGL *K为光视效能；As为荧光屏有效面积；Ac为光阴极面有效面积；m为像管的几何放大率。增益特性定义为：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与入射到阴极面上的照度EV之比。u单管亮度增益的影响因素探究I EkAC RP IUM aEkGL 增益特性 按照响应度的定义，有阴极输出电流mu单管亮度增益的影响因素探究I EkAC RACASEkUR2EkURaASM a M aEkGL P IU 定义荧光屏发光效率a/P，

3、则荧光屏发出的光通量为a P IU EkACUR增益特性 按照响应度的定义，有阴极输出电流u单管亮度增益的影响因素探究I EkAC RACASEkURm2EkURaASM a M aEkGL P IU 定义荧光屏发光效率a/P，则荧光屏发出的光通量为a P IU EkACURGLMaEkURm2 按照响应度的定义，有阴极输出电流提高增益必须提高、R、U，减小m。v等效背景照度v对比度恶化系数v信噪比背景特性（噪声特性）v等效背景照度 定义：在输出荧光屏的图像上，除了有用的成像（信号）亮度以外，还存在着一种非成像的附加亮度，称为背景（背景亮度）。产生原因：暗背景Ldb：阴极热发射，场致发射。信号

4、感生背景Lsb：阴极透射光、管内散射光、离子反馈、光反馈。Ebe EkLdbLLdbLdbGL(La Ldb)EkGL lxlxr C0 1 Cb C01rdb rsb ,r 1rdb rsb12LbLmax Lmin(Lmax Lb)(Lmin Lb)Lmax Lmin 2LbCb,CbC01,Lb Ldb LsbLmax LminLmax LminC0 CbC02LsbLmax Lmin,rsb 2LdbLmax Lminrdb 1 1 1v对比度恶化系数像管的噪声：全部噪声反映在输出像点的闪烁上(可通过测量输出像点的平均亮度与闪烁值获得信噪比)。v信噪比v信噪比像增强器的 SNR 对观察

5、效果的影响SNR=30SNR=20SNR=10v极限分辨力v品质因数v调制传递函数成像特性的主要指标v极限分辨力v品质因数v调制传递函数成像特性的主要指标m成像器件能将两个相隔极近的目标的像，刚刚能分辨清的能力称为分辨力。lp/mmv极限分辨力v品质因数v调制传递函数成像特性的主要指标美国近年来提出一种新的质量评价指标D=mSNR。fm*SNR0200400600800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200F9810B Omni II Enhanced超二代1XZ18/18SDEP超二代美国尖峰管(四代)DEP XR5TMF9810P Omni IVF9810J

6、 Omni III PlusDEP XD-4 TMF9810C Omni III EnhancedDEP SHD-3 TM高性能 超二代 1XZ18/18HSACBD高性能像增强器的品质因素A档B档C档D档DEP超二代F9810BOmniIIEnhancedDEPSHD-TM3F9810COmniIIIEnhancedDEPTMXD-4F9810JOmniIIIPlusF9810POmniIVMX-10160A(Litton)(有膜)DEPTMXR5F9815RGPinnacle(ITT)MX-10160B(Litton)(无膜)极限分辨力(lp/mm)40455451646464647064

7、57-72信噪比SNR1914.5201824192121282520.636G2-5DEP(cd/m/lx,210lx)-6USA(fl/fc,210fc)27,000/(47)41040,000/(47)41040,000/(47)410(47)410(47)41040,000/(47)410(38)410-112EBI(lx,10lm/cm)0.152.50.152.50.152.52.52.50.152.50.5-2.5S(uA/lm,2850/2856K550800600120070013501800180085020001500-2100RS(mA/W,800/830nm)40NA

8、55NA601351901908423077-200RS(mA/W,850/880nm)30NA45NA50807230-100MTF(%)2.5lp/mm86838890929292929392927.5lp/mm62607070808080828015lp/m363850455861616167616125lp/mm201830203838383846383825lp/mm223035注：部分参数与测试条件相关，由于欧洲和美国采用不同的测试标准，因此，表中带下横线的数据对应美国测试标准。A档B档C档D档DEP超二代F9810BOmniIIEnhancedDEPSHD-TM3F9810COm

9、niIIIEnhancedDEPTMXD-4F9810JOmniIIIPlusF9810POmniIVMX-10160A(Litton)(有膜)DEPTMXR5F9815RGPinnacle(ITT)MX-10160B(Litton)(无膜)极限分辨力(lp/mm)4045545164646464706457-72信噪比SNR1914.5201824192121282520.636G2-5DEP(cd/m/lx,210lx)-6USA(fl/fc,210fc)27,000/(47)10数440,000/(47)41040,000/(47)410(47)410(47)41040,000/(47)

10、410(38)410-112EBI(lx,10lm/cm)0.152.50.152.50.152.52.52.50.152.50.5-2.5S(uA/lm,2850/2856K550800600120070013501800180085020001500-2100RS(mA/W,800/830nm)40NA55NA601351901908423077-200RS(mA/W,850/880nm)30NA45NA50807230-100MTF(%)2.5lp/mm86838890929292929392927.5lp/mm62607070808080828015lp/m36盟38504558616

11、16167616125lp/mm201830203838383846383825lp/mm223035A档B档C档D档DEP超二代F9810BOmniIIEnhancedDEPSHD-TM3F9810COmniIIIEnhancedDEPTMXD-4F9810JOmniIIIPlusF9810POmniIVMX-10160A(Litton)(有膜)DEPTMXR5F9815RGPinnacle(ITT)MX-10160B(Litton)(无膜)极限分辨力(lp/mm)4045545164646464706457-72信噪比SNR1914.5201824192121282520.636G2-5D

12、EP(cd/m/lx,210lx)-6USA(fl/fc,210fc)27,000/(47)数41040,000/(47)41040,000/(47)410(47)410(47)41040,000/(47)410(38)410-112EBI(lx,10lm/cm)0.152.50.152.50.152.52.52.50.152.50.5-2.5S(uA/lm,2850/2856K550800600120070013501800180085020001500-2100RS(mA/W,800/830nm)40NA55NA601351901908423077-200RS(mA/W,850/880nm

13、)30NA45NA50807230-100MTF(%)2.5lp/mm86838890929292929392927.5lp/mm62607070808080828015lp/m363850455861616167616125lp/mm201830203838383846383825lp/mm223035A档B档C档D档DEP超二代F9810BOmniIIEnhancedDEPSHD-TM3F9810COmniIIIEnhancedDEPTMXD-4F9810JOmniIIIPlusF9810POmniIVMX-10160A(Litton)(有膜)DEPTMXR5F9815RGPinnacle

14、(ITT)MX-10160B(Litton)(无膜)极限分辨力(lp/mm)4045545164646464706457-72信噪比SNR1914.5201824192121282520.636G2-5DEP(cd/m/lx,210lx)-6USA(fl/fc,210fc)27,000/(47)41040,000/(47)41040,000/(47)410(47)410(47)41040,000/(47)410(38)410-112EBI(lx,10lm/cm)0.152.50.152.50.152.52.52.50.152.50.5-2.5S(uA/lm,2850/2856K55080060

15、0120070013501800180085020001500-2100RS(mA/W,800/830nm)40NA55NA601351901908423077-200RS(mA/W,850/880nm)30NA45NA50807230-100MTF(%)2.5lp/mm86838890929292929392927.5lp/mm62607070808080828015lp/m363850455861616167616125lp/mm201830203838383846383825lp/mm223035注：部分参数与测试条件相关，由于欧洲和美国采用不同的测试标准，因此，表中带下横线的数据对应美

16、国测试标准。v极限分辨力v品质因数v调制传递函数成像特性的主要指标MTF全面描述成像系统所构成的图像的各种细节的衰减能力的数学关系。输入图像分布函数为g(x,y)，输出图像分布函数为h(,)，当光电成像系统满足线性及时间、空间不变性的成像条件时，可以建立如下关系：p(,)为光电成像系统的点扩散函数。是由输入(x,y)函数分布的图像所得到的输出图像分布函数。图像的调制传递函数 -h(，）g(x,y)p(-x,-y)dxdy g(,)p(,)j(xf-g(x,y)2 exp -j(f-)h(2 exp,图像的调制传递函数 G(fx,fy)x yfy)dxdy -H(fx,f y)x f y)dd

17、g(x,y)exp-2j(xf-h(,)exp-2j(fH(fx,fy)G(fx,fy)O(fx,fy)图像的调制传递函数OTF MTF PTF G(fx,fy)x H(fx,f y)x-yfy)dxdyf y)dd微光成像器件的主要性能微光成像器件的主要性能微光成像系统的整体性能微光成像系统性能的影响因素微光夜视系统的性能3.3 微光夜视系统的性能3.3.2 微光成像系统的整体性能微光成像系统的整体性能微光成像系统整体性能孔径光阑：物镜口径D限制成像光束而成为系统的孔径光阑；成像器件foDDc arctgDc2 f0微光成像系统整体性能成像器件f0系统视场角（物方）：直视光电成像系统光阴极面

18、有效工作直径Dc限制系统的成像范围而成为视场光阑；又因为系统的旋转对称性，视场范围往往用2来表达。其中为半视场角：Dc微光成像系统整体性能像方视场角：荧光屏的有效成像面决定了目镜成像范围,对应的目镜视场角(系统的像方视场角)为2 2arctgDs2fetg tgf0fe微光成像系统整体性能系统角放大率：像方视场角与物方视场角的比例。As DsAc Dc=60 mfe57361 180 3438mf0 mf0573mf0微光成像系统整体性能分辨力：人眼通过目镜观察荧光屏，一般认为可分辨目标的最小角度约为6，为使人眼不限制系统的性能，应有 60 6mfe 在实际观察条件下，一般取人眼的极限分辨角为

19、6，为确保观察条件，应使分辨力：微光成像系统整体性能微光成像系统整体性能入瞳、出瞳和出瞳距离：人眼瞳孔d为系统出瞳，眼睛到目镜后表面的距离p为出瞳距离。DeDsABdp Ap B荧光屏目 镜眼 瞳出瞳距离 p与目镜有效直径 De的关系入瞳、出瞳和出瞳距离：微光成像系统整体性能设目镜为一薄透镜，有效直径为De，pA为无渐晕时最大出瞳距离，则无渐晕时，即系统目镜视场 一定时，目镜有效直径随出瞳距离而加大。pB为50%渐晕时的出瞳距离。DeDsABdp Ap B荧光屏目 镜眼 瞳De=2pA tg+d pB=pA+d2tg3.3 微光夜视系统的性能微光成像器件的主要性能微光成像系统的整体性能微光成像

20、系统性能的影响因素微光夜视系统的性能3.3 微光夜视系统的性能3.3.3 微光成像系统性能的影响因素微光成像系统性能的影响因素夜视系统对人眼在微光下的视觉性能的改善入瞳大，更有效地利用来自目标的光子；光学系统可增加物体的视角，提高作用距离；光阴极的量子效率，扩大了光谱响应，从而可提高人眼的视觉增益。可使人眼在不需暗适应情况下有更高的分辨能力。一般地，直视微光成像系统性能受到光子 噪声、系 统光 学 性 能和人眼视觉 性能等三个方面限制，正确地设计和使用成像系统可尽可能地减小这些限制的影响。整体性能受各环节性能的影响，且彼此制约怎样搭配各部件使整体性能最优物镜和像增强器参数对系统极限分辨力的影响

21、物镜和像增强器参数对系统极限分辨力的影响物镜焦距f增大，在大于星光照度情况下，系统分辨力得到明显改善，反之则改善很小。物镜直径D增大，在低于满月光情况下，系统分辨力得到明显改善，反之改善很小。光阴极灵敏度S提高，在低于1/4月光照度，系统得到最大改善。增加积累时间t，与光灵敏度S类似的改善。提高像增强器极限分辨力m0，在10-410-1lx目标照度范围对系统分辨力提供一般的改善。当D、S、t一起增加时这种改善更有意义。物镜和像增强器参数对系统极限分辨力的影响物镜焦距f增大，在大于星光照度情况下，系统分辨力得到明显改善，反之则改善很小。物镜直径D增大，在低于满月光情况下，系统分辨力得到明显改善，

22、反之改善很小。光阴极灵敏度S提高，在低于1/4月光照度，系统得到最大改善。增加积累时间t，与光灵敏度S类似的改善。提高像增强器极限分辨力m0，在10-410-1lx目标照度范围对系统分辨力提供一般的改善。当D、S、t一起增加时这种改善更有意义。需要指出需要指出，上述分析中，上述分析中具体的照度具体的照度值范围可能随系统参数和目标特性值范围可能随系统参数和目标特性而有所改变，但而有所改变，但其其反映出对低反映出对低、中、中和高照度条件下对系统性能的影响和高照度条件下对系统性能的影响规律是一致的。规律是一致的。像增强器暗背景噪声对系统极限分辨力的影响Eb L0RA 2(2C)8人眼视觉分辨力与观察视场亮度有关，在忽略目镜光损失和像差的情况下，目镜助视眼的视觉锐度曲线等于人眼锐度曲线乘以目镜放大率(如图中虚线)。为充分利用像增强器的性能，需要在任一目标像亮度下，目镜助视眼锐度特性曲线都高于物镜像增强器组合的空间分辨力。人眼和像增强器参数的最佳匹配