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1、,（4-46）,由（4-45）、（4-46）式可知,（4-47）,即表面横向扩散远大于体内扩散，是影响分辨力的主要因素。 同时看出，横向扩散与靶厚密度联系，故在考虑靶厚时要顾及分辨力。 （2） 扫描电子束弥散 在用扫描电子束做图像读出时，由于电子枪的聚焦存在像差，使电子束在靶面产生弥散，造成摄像分辨力下降。图4-12给出几种微光摄像管在两种对比度时的极限分辨力曲线。 图中I-ISOCON代表像增强器+分流管。从图可知： 1）I-SIT可以工作的照度最低。 2）目标对比度变小时，极限分辨力明显下降。 3）当面板照度大于某一数值后，极限分辨力趋于一定值。在此之前，分辨力随照度增加而上升。,9微光电
2、视摄像物镜的特殊性能 微光摄像物镜有折射型和折-反射型两类。前者适用于一般情况，而后者适用于视场较小、焦距很长、对光能量要求很高的场合。 除了像普通照相物镜一样，要求成像质量优质、透射率高、几何畸变小、像面照度均匀、光通量可调节以及满足一定的光学性能指标之外，对微光摄像物镜还应考虑一下特殊性能： 1）大相对孔径和大通光孔径兼备。 2）带自动光圈机构和相应电路 3）综合考虑夜天光谱分布、景物光谱反射特性及摄像管的光谱响应特性。 考虑到夜天光谱分布，要求物镜在0.41.0m波段（尤其在0.50.9m范围）有良好的透射率和像质特性。光学设计以C谱线（0=0.6563m）消单色像差，以A谱线（1=0.
3、7682m）和D谱线（2=0.5893m）消除色差。（其中也顾及到微光摄像器件的光谱响应特性目前微光摄像管的光敏面主要是S20、S25等多碱光阴极。）,4.9 微光电视系统的视距,微光电视系统的视距是刚能满足观察等级要求的最远距离。它与目标自身因素（形状、大小、色调、对比度、表面反射率等）、天候条件及所处环境情况（照度、背景等）密切相关。光差等级常可划分为“发现”、“识别”、“看清”三挡，因而有三个不同的视距。,1视距性能方程 图4-13表示了微光电视的成像关系。图中H是目标高度，H是其像高（在摄像管光阴极面即摄像物镜后焦面上度量）；h是摄像管靶面的高度；是其宽度。 由图知，视距R为,（4-4
4、8）,矩形电视画面（h）内接于摄像管圆形有效靶面，若高度h范围内包含的电视线总数为NT，而目标图像高度所含电视线数目为nT则,（4-49）,代入（4-48）式，得,（4-50此即微光电视系统视距性能方程。 显然，NT就是射线管的极限分辨力。NT越大、摄像物镜的焦距越长，越有利于增加视距。 当（4-50）式中的nT取各观察等级所要求的电视线数目时，就得到与之对应的视距数值。,实践表明，“发现”目标所要求的电视线数目为nTD=56；“识别”目标、“看清”目标所要求的电视线数目为nTR=1016，nTI=2024。为便于记忆和实用，这三个数可分别取为5，10，20。 注意，（4-50）式中的目标尺寸
5、H要取最小投影方向的数值，即取“临界尺寸”。例如，讨论对人的观察时，常取H=0.4m。 ） 2摄像管极限分辨力曲线 摄像管极限分辨力是视距计算的重要依据。它是光敏面照度的函数，并与景物对比度密切相关。当景物对比度为1时，硅增强靶管的极限分辨力曲线如图4-14所示。对其他类型的摄像管，也可有实验测出类似的曲线。测量选用测试卡作目标。卡上有一组对比度为1的黑白相间直条纹，借助物镜使其成像于摄像管光敏面上。改变测试卡上的照度，使摄像管光敏面上照度E1.0变化。测出摄像管的极限分辨力NT，则可绘制NT- E1.0关系曲线。,实际景物的对比度一般都低于1，因而使摄像管的极限分辨力曲线与上述曲线有差异。时
6、间证明，当保持观察效果相同时，两种对比度c1、c2所要求的光敏面照度E1、E2符合,（4-51）,上式表明，若景物对比度由c1=1降为c2=0.3，则要求E2=11.11E1，即照度约提高一个数量级才能达到相同的观察效果。若c2=0.1，则需要将照度提高两个量级。,图 4-13 微光电视成像光路图 图4-14 硅增强靶管的极限分辨力曲线,3光敏面照度计算 基于(4-51)式，也可把任意对比度时的光敏面照度E换算成对比度为1时的光敏面照度，即,（4-52）,若摄像物镜相对孔径为D/f，透过率为；大气透过率为a，景物照度为E0，反射比为，对比度为c，则换算到摄像管光敏面上有,（4-53）,式中反射
7、比随目标而异，如表4-1所示。,表4-1 各种景物的反射比,自然界中实际景物的对比度一般为0.20.5，在通常方案论证和粗略计算时，取为0.33是可行的。若要做精确计算，可根据目标的实际反射比以及目标周围实际景物的反射比进行。摄像物镜的D/f和，在其光学设计完成后即为已知。景物照度E0可由实际使用条件确定；大气透过率a的确定比较复杂，在一般估算时可以粗略给定一个数值，例如0.5，0.6等。将有关数据代入（4-53）式，即可计算E1.0,4视距估算 1）按已知条件算E1.0。 2）由E1.0从NTE1.0曲线查NT。 3）由观察等级要求按（4-50）式计算R。 注意，在摄像管选定后，其有效光敏面
8、直径D0为已知，又因为电视画面高宽比为3：4，故（4-50）式中的h=0.6D0。,5实例 估算某微光电视系统在几种典型夜天光照度下对人和坦克的识 别距离 1. 已知条件 1）摄像物镜f=90，D/f=1，=0.5。 2）大气透过率a=0.6. 3）目标反射比=0.4. 4）景物对比度c=0.33. 5）射线管直径D0=16 6)目标临界尺寸取：坦克高3m，人宽度0.4m。,2. 计算E1.0 由（4-53）式，有,以晴朗星光（无月光）夜为例，地面景物照度约为E0=10-3lx， 于是,由E1.0查摄像管NT- E1.0关系曲线，得NT=100。 按H人=0.4m的临界尺寸，取nT=10为“识
9、别”要求的电视线数目，且h=0.6D0=9.6，由（4-50）式得,若取nT=16，则R人23m。 上述R人是识别人的视距。 对临界尺寸为H坦=3m的坦克，在取nT=10时，识别距离为R坦280m；取nT=16时，R坦175m。 对其他照度情况亦可做同样估算，计算结果如表4-2.,表4-2 视距估算实例,由表可知，即使在皓月当空的情况下，这种微光电视对人的识别距离也不过是100多米，对坦克的识别距离约为1000m。这里所谓“识别”只是判定是“人”还是“树”，是“坦克”还是“汽车”等等。若要求进一步辨识细节，例如是哪种型号的坦克，则观察等级要上升为“看清”，此时相应的视距为“看清距离”，它比上述
10、“识别距离”还小一半左右。若只要求“探测”（或“发现”）到人和坦克，则相应的视距约为“识别距离”的2倍。,第五章 主动红外夜视仪,主动红外夜视系统用红外变像管作为光电转换器件，工作时用近红外光束照射目标，将目标反射的近红外辐射转换为可见光图像，实现有效地“夜视”。这种系统最早应用于第二次世界大战期间，它具有背景反差好，成像清晰以及不受外界照明的影响等优点，迄今为止，主动红外夜视系统在军事、公安和其它许多部门都仍有大量应用。,5.1 主动红外夜视仪组成及工作原理,主动红外夜视仪一般由五个部分组成：红外探照灯、成像光学系统、红外变像管、高压转换器和电池（图5-1）。,1-红外滤光片； 2-光源；3
11、-反射镜；4-人眼； 5-目镜；6-变像管；7-物镜；8-目标,红外探照灯发出的红外辐射照射前方目标，由光学系统的物镜组接收被目标反射回来的红外辐射，并在红外变像管的光阴极面上形成目标的红外图像。变像管对红外图像进行光谱转换、电子成像和亮度增强，最后在荧光屏上显示出目标的可见图像。于是人眼即可通过目镜观察到放大后的目标图像。 主动红外夜视系统的工作波段在0.761.2m的近红外光谱区，其长波限由变像管的光阴极决定。选用上述工作波段有以下优点： （1）在此波段内，一般绿色波段的反射率比暗绿色涂漆高得多（图5-2）。这使得主动红外夜视仪在观察普通地面背景中的军事目标时，能得到高对比度的图像。若在可
12、见光谱，绿色植物与暗绿色漆的反射光谱分量相当，主动红外夜视仪就很难区分植被背景与军事目标。 （2）实践证明，摘下的绿叶在几个小时后，其红外反射率急剧下降。利用这点，主动红外夜视仪又容易识别用砍下的树叶形成的伪装。,（3）相对于可见光而言，近红外辐射的大气散射小，有更好的穿透能力。 主动红外夜视仪自带照明光源，工作不受环境照度条件的限制，即使在完全黑暗的场合，它也能正常使用。同时，若使探照灯以小口径光束照射目标，就可在市场中充分突出目标的体貌特征，以更高的对比度获得清晰的图像。另外，主动红外夜视仪技术难度较低，成本低廉，维护、使用简单，容易推广，图像质量较好，在军事上仍得到应用。例如夜间观察、瞄
13、准、车辆驾驶、舰船夜航等,图5-2 典型目标的反射光谱曲线 1-绿色草木； 2-混凝土； 3-暗绿色漆,主动红外夜视仪的缺点也很突出，其中最致命的是容易暴露自己。另外，它体积较大，耗电较多，并且其观察范围只局限于被照明的区域，视距还受探照灯尺寸和功率的限制等。,5.2 红外变像管 红外变像管是主动红外夜视系统的核心，它是一种高真空图像转换器件，其功用是完成从近红外图像到可见光图像的转换并把图像增强。红外变像管包括光电阴极、电子光学系统、荧光屏和高真空管壳四部分。 （1） 红外变像管的分类 从结构材料上分，红外变像管分为金属结构型和玻璃结构型；从工作方法分又分为连续工作方式和选通工作方式。而选通
14、像管主要用于选通成像和测距。 （2） 红外变像管的工作过程,不管哪一种变像管都是由三个基本部分组成，即银氧铯(Ag-O-Cs)光阴极，电子光学系统和荧光屏。近红外辐射图像成像在光阴极面上，光阴极产生正比于各点入射辐射强度的电子发射而形成电子流密度与红外辐射强度相应的电子图像；该电子图像被电子光学系统成像到荧光屏上；荧光屏在高能电子轰击下发射出正比于电子密度的可见光图像；从而完成了从近红外到可见辐射图像转换过程。 红外变像管的光阴极是对近红外敏感的银氧铯光敏层， 光谱响应范围是0.31.2m，其峰值灵敏度在0.8m附近，长波限为1.2m，光灵敏度为3040A/lm，量子效率1%。它的热发射电流大
15、，在室温下热发射电流密度可达10-12A/cm2。热发射造成的附加背景降低图像对比度，但因其对红外辐射敏感而成为实用型光阴极。,红外变像管的电子光学系统把光电阴极上的电子图像传递到荧光屏上，并在传递中完成电子能量的增强和图像几何尺寸的缩放。它一般都采用静电聚焦方式（也有少数采用电磁聚焦）。通常玻璃型变像管用双筒式经典电子聚焦透镜，而金属结构的变像管用准球堆成静电聚焦系统。 红外变像管的荧光屏是完成电-光转换的单元。它是在基底上敷盖荧光粉而制成的。现在所用的荧光粉一般是银激活的硫化锌镉（ZnSZnSe：Cu）及铜激活的硫化锌（ZnSCdS:Ag）（编号P-20）、铜激活的硫硒化锌（ZnSZnSe
16、:Cu）及铜激活的硫化锌（ZnS:Cu）等物质。其中P-20的发光颜色为黄绿色，峰值波长p=0.56m，10%余辉的对应时间为0.052ms，粉粒直径约为3.5m（控制在16范围内），以保证分辨力。为提高屏的质量和防止光朝阳极方向反馈，粉层上要蒸镀铝层，即所谓荧光屏的铝化。铝化使屏的亮度提高、对比度改善。铝层厚度的优选可保证铝化的效果，同时又使电子束在穿过铝层时能量损失最小。,5.3 红外探照灯 红外探照灯为主动红外夜视仪提供观察场景照明，其组成包括红外光源、抛物面反射镜、红外滤光片、灯座和调焦机构（见图5-3） 常用的红外光源有热辐照射源（如卤钨灯）、气体放电光源（如氙灯）、半导体光源（如镓砷发光二极管）、激光光源（如YAG激光器、GaAs激光二极管）等。光源一般安置在抛物面反射镜的焦点处。抛物面反射镜把光源在一定立体角范围内的辐照准直为沿光轴方向传播的平面波。它一般是在玻璃或金属镜基上蒸镀高反射比的膜层而成。膜层材料可用银、铝、
