《光電圖像處理》09-光電成像系統(tǒng)(3)

1、光電圖像處理 （九）光電成像系統(tǒng)03電子工程學(xué)院光電子技術(shù)系7/7/20221夜視技術(shù)是研究在夜間或微弱照度下，光學(xué)圖像信息的攝取、波段轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)、處理、傳輸、貯存和顯示的技術(shù)。在人類所獲得的各種信息中通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)獲得的信息約占7580。由于視覺(jué)系統(tǒng)的局限性和缺陷，限制了人類獲得微弱、精細(xì)和高速圖像信息和不可見(jiàn)光圖像的可能性。7/7/20222人眼的局限性和缺陷如下：1. 響應(yīng)波長(zhǎng)的限制；2. 響應(yīng)輻射能的限制；3. 空間分辨力的限制；4. 對(duì)比度（灰度）分辨力限制；5. 時(shí)間分辨力的限制。7/7/20223夜視技術(shù)分為兩大類：1. 紅外熱成像技術(shù)：將人眼看不見(jiàn)的目標(biāo)和場(chǎng)景自身紅外熱輻射形成的

2、溫度圖像轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)、處理和顯示為適合人眼觀察的可見(jiàn)光圖像的技術(shù)。2. 微光夜視技術(shù)：在夜晚光或微弱照度條件下，將人眼看不見(jiàn)的目標(biāo)和場(chǎng)景的反射光形成的灰度圖像轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)、處理和顯示為適合人眼觀察的可見(jiàn)光圖像的技術(shù)。7/7/20224主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/20225主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/20226一、引言地面10米望遠(yuǎn)鏡用7種波長(zhǎng)觀測(cè)的彗木碰撞后的紅外圖像SL-9彗核C碰撞前后的木星紅外圖像天文觀

3、測(cè)1.1 紅外線的應(yīng)用7/7/20227一、引言紅外望遠(yuǎn)鏡紅外攝像機(jī)（英軍押解伊戰(zhàn)俘）軍事觀察7/7/20228一、引言紅外云圖氣象預(yù)測(cè)7/7/20229一、引言紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)紅外測(cè)溫儀溫度感應(yīng)7/7/202210一、引言醫(yī)學(xué)成像7/7/202211一、引言1.2 紅外線的歷史 1835年，安培宣告了光和熱射線的同一性。 1800年，赫胥耳利用太陽(yáng)光譜色散實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了紅外光。通常取可見(jiàn)光譜中紅光末端為780nm，比它長(zhǎng)的光就是紅外光，或稱為熱射線。7/7/202212一、引言 1870年，蘭利制成了面積只有針孔那樣大小的探測(cè)器，并用凹面反射光柵、巖鹽及氟化物棱鏡來(lái)提高測(cè)量色散的能力，這為紅外應(yīng)用的

4、重要方面航空攝影奠定了基礎(chǔ)。1880年，“紅外”一詞出現(xiàn)在阿貝尼的文 章中（最早）。 1888年，麥洛尼用比較靈敏的熱電堆改進(jìn)了赫胥耳的探測(cè)和測(cè)量方法，為紅外技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。7/7/202213一、引言 1904年，開(kāi)始采用近紅外進(jìn)行攝影。 1929年，柯勒發(fā)明了銀氧銫（Ag-O-Cs）光陰極，開(kāi)創(chuàng)了紅外成像器件的先河。 二十世紀(jì)30年代中期，荷蘭、德國(guó)、美國(guó)各自獨(dú)立研制成紅外變像管，紅外夜視系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。 1952年，美國(guó)陸軍制成第一臺(tái)熱像記錄儀。7/7/202214主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/

5、202215二、紅外輻射的基本概念2.1 紅外輻射紅外輻射是一種電磁波：近紅外（0.783.0um）中紅外（3.020um）遠(yuǎn)紅外（20100um）7/7/202216二、紅外輻射的基本概念紅外輻射普遍存在于自然界：紅外輻射的倍頻程比可見(jiàn)光寬: 任何溫度高于絕對(duì)零度的物體（人體、冰、雪等）都在不停地發(fā)射紅外輻射。倍頻程：若使每一頻帶的上限頻率比下限頻率高一倍，即頻率之比為2，這樣劃分的每一個(gè)頻程稱為1倍頻程，簡(jiǎn)稱倍頻程?？梢?jiàn)光：0.380.78um，一個(gè)倍頻程紅外線：0.781000um，商為1282210，10個(gè)倍頻程7/7/202217二、紅外輻射的基本概念 一般物體的紅外輻射率和吸收率都

6、小于1，并且其輻射和吸收能力都與表面溫度和波長(zhǎng)有關(guān)。 黑體的紅外輻射率和吸收率為1（客觀世界不存在），其意義體現(xiàn)在為衡量自然物體的紅外輻射和吸收能力建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 黑體假想的全部吸收和輻射紅外電磁波的理想體，其紅外吸收和輻射能力與溫度無(wú)關(guān)。7/7/202218二、紅外輻射的基本概念 在理論和工程實(shí)踐中，常用物體的比輻射率定量描述物體輻射和吸收紅外電磁波的能力；（1）即物體的實(shí)際紅外輻射與同溫度下黑體紅外輻射之比值，顯然，物體的比輻射率都小于1。人體為0.987/7/202219二、紅外輻射的基本概念7/7/202220二、紅外輻射的基本概念2.2 紅外輻射的三個(gè)規(guī)律 同溫度物體的紅外發(fā)射能力正

7、比于其紅外吸收能力；紅外平衡狀態(tài)時(shí)，物體吸收的紅外能量恒等于它所發(fā)射的紅外能量。 基爾霍夫定律推論：性能好的反射體或透明體，必然是性能差的輻射體?；鶢柣舴颍?82418877/7/202221二、紅外輻射的基本概念 物體輻射的紅外能量密度W與其自身的熱力學(xué)溫度T的4次方成正比，并與它表面的比輻射率成正比： 斯蒂芬玻耳茲曼定律（1879，1884）（2）可見(jiàn)，物體的溫度越高，紅外輻射能量越多。正常人體的紅外輻射功率大致為1kW。7/7/202222二、紅外輻射的基本概念 物體的紅外輻射能量密度大小，隨波長(zhǎng)（頻率）不同而變化。與輻射能量密度最大峰值相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為峰值波長(zhǎng)，維恩通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出了峰值

8、波長(zhǎng)和物體熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系：（3） 維恩位移定律的單位是m，T是物體的絕對(duì)溫度，單位是K。7/7/202223二、紅外輻射的基本概念紅外輻射能量密度曲線溫度波長(zhǎng)物體名稱溫度/K太陽(yáng)110000.26融化的鐵18031.61融化的銅11732.47融化的蠟3368.62人體3059.50地球大氣3009.66冰27310.6液態(tài)氮77.237.53常見(jiàn)物體的峰值波長(zhǎng)隨著物體溫度的上升，峰值波長(zhǎng)將變短。7/7/202224二、紅外輻射的基本概念 紅外輻射的大氣窗口 紅外輻射在大氣中傳輸時(shí)，不同波長(zhǎng)的紅外輻射，有著不同的吸收和衰減；12.5m35 m814 m7/7/202225二、紅外輻射的基

9、本概念 紅外光學(xué)材料可以分為晶體材料、玻璃材料和塑性材料三種，每種材料都對(duì)某些波長(zhǎng)范圍的紅外有較高的透過(guò)率。 紅外輻射的介質(zhì)傳輸特性 許多對(duì)可見(jiàn)光透明的介質(zhì)，對(duì)紅外輻射卻是不透明的。通常把可以透過(guò)紅外輻射的介質(zhì)稱為紅外光學(xué)材料。7/7/202226二、紅外輻射的基本概念幾種紅外光學(xué)材料的透過(guò)率 最常見(jiàn)高溫性能穩(wěn)定單晶鍺：1.820um；單晶硅：11um以內(nèi)；多晶硫化鋅：114um；多晶氟化鎂：35um7/7/202227主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/202228三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)紅外成像系統(tǒng)被動(dòng)式

10、紅外成像系統(tǒng)（紅外熱像儀）利用物體自然發(fā)射的紅外輻射主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)（紅外夜視儀）利用不同物體對(duì)紅外輻射的不同反射核心：如何將紅外圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光圖像？7/7/202229三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)裝有紅外夜視儀的步槍紅外夜視圖像7/7/202230三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng) 主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)自身帶有紅外光源，是根據(jù)被成像物體對(duì)紅外光源的不同反射率，以紅外變像管作為光電成像器件的紅外成像系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：成像清晰、對(duì)比度高、不受環(huán)境光源影響；3.1 主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)缺點(diǎn)：易暴露，不利于軍事應(yīng)用。7/7/202231三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)紅外探照燈紅外輻射光

11、源紅外變像管光譜轉(zhuǎn)換電子成像亮度增強(qiáng)高壓電源變像管電源光學(xué)系統(tǒng) 物鏡組 目鏡組7/7/202232主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7/7/202233三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)3. 2 光學(xué)系統(tǒng)物鏡組：把目標(biāo)成像于變像管的光陰極面上；目鏡組：把變像管熒光屏上的像放大，便于 人眼觀察；與常規(guī)光學(xué)儀器不同，變像管將物鏡組和目鏡組隔開(kāi)，使得光學(xué)系統(tǒng)的入瞳和出瞳不存在物象共軛關(guān)系！漸暈系數(shù)越大越好，像面照度均勻。7/7/202234三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng) 紅外變像管是主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)的核心，是一種高真空?qǐng)D像轉(zhuǎn)換器件，完成從近紅外圖像到可見(jiàn)光圖像的轉(zhuǎn)換并增強(qiáng)圖像。3. 3 紅外變像管 從結(jié)構(gòu)材料上分，紅外變像管可以

12、分為金屬結(jié)構(gòu)型和玻璃結(jié)構(gòu)型； 從工作方法上分，可以分為連續(xù)工作方式和選通工作方式。7/7/202235三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)紅外變像管結(jié)構(gòu)光學(xué)纖維陰極外筒電子軌跡陽(yáng)極錐電極紅外光陰極電子光學(xué)系統(tǒng)熒光屏主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)范圍取決于紅外變像管的光陰極響應(yīng)譜區(qū)，一般為0.761.2um近紅外光。7/7/202236三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)紅外變像管的工作過(guò)程近紅外輻射光陰極面 通常變像管的光陰極采用對(duì)近紅外敏感（0.81.2um）的銀氧銫光敏層，電子光學(xué)部分相當(dāng)于一個(gè)靜電聚焦系統(tǒng)。電子流圖像電子光學(xué)系統(tǒng)熒光屏可見(jiàn)光圖像高能電子7/7/202237三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)大氣后向散射現(xiàn)象：紅外探

13、照燈向目標(biāo)發(fā)出的紅外光束通過(guò)大氣時(shí)，其中一部分散射后向輻射進(jìn)入觀察系統(tǒng)。引入了圖像的背景噪聲，降低了圖像對(duì)比度和清晰度。如何減小大氣后向散射影響？選通技術(shù) 通過(guò)發(fā)射脈沖時(shí)序配合，使變像管在接收觀察目標(biāo)反射回來(lái)的紅外輻射時(shí)工作。7/7/202238三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)探照燈：短脈沖紅外激光紅外變像管：加選通電極7/7/202239精確測(cè)量目標(biāo)與觀察者之間的距離探測(cè)距離為1220米時(shí)的選通時(shí)序圖脈沖光源照明輸出后向散射輻射目標(biāo)反射輻射選通脈沖8微秒減少大氣后向散射對(duì)紅外圖像對(duì)比度和清晰度的影響7/7/202240三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)3.4 紅外探照燈光源拋物面反射鏡紅外濾光片燈座紅外光源可以是

14、電熱光源（白熾燈）；氣體放電光源（高壓氙燈）；半導(dǎo)體光源（砷化鎵發(fā)光二極管）；激光光源。7/7/202241三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng) 體積要小，重量輕，壽命長(zhǎng)，工作可靠。對(duì)紅外探照燈的技術(shù)要求： 紅外探照燈的輻射光譜要與變像管光陰極的光譜響應(yīng)有效匹配，在匹配的光譜范圍內(nèi)有高的輻射效率； 探照燈的照射范圍與儀器的視場(chǎng)角基本吻合； 紅光暴露距離要短，結(jié)構(gòu)上要容易調(diào)焦，濾光片和光源更換方便；7/7/202242三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)3.5 直流高壓電源 高壓電源提供紅外變像管進(jìn)行圖像增強(qiáng)的能量，一般為1.22.9萬(wàn)伏。對(duì)高壓電源的技術(shù)要求： 輸出穩(wěn)定直流高壓； 在高、低溫環(huán)境下能保證系統(tǒng)正常工作； 防

15、潮、防震、體積小、重量輕、耗電省。7/7/202243三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)的特點(diǎn)： 能夠區(qū)分軍事目標(biāo)和自然景物，識(shí)別偽裝；典型目標(biāo)的反射曲線可見(jiàn)光譜區(qū)近紅外光譜區(qū)7/7/202244三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng) 由于系統(tǒng)“主動(dòng)照明”，工作時(shí)不受環(huán)境照明影響，可以在“全黑”條件下工作。 近紅外輻射比可見(jiàn)光受大氣散射影響小，較易通過(guò)大氣層（惡劣天氣除外）；7/7/202245主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/202246四、紅外熱成像系統(tǒng) 熱圖像再現(xiàn)了景物各部分溫度和輻射發(fā)射率的差異，能夠顯示出

16、景物的特征。紅外熱成像系統(tǒng)是被動(dòng)式成像系統(tǒng)。 自然界中，溫度高于絕對(duì)零度的一切物體，總是在不斷地發(fā)射紅外輻射。收集并探測(cè)這些輻射能，就可以形成與景物溫度分布相對(duì)應(yīng)的熱圖像。7/7/202247四、紅外熱成像系統(tǒng)ThermoVision A20-V高品質(zhì)紅外熱像儀7/7/202248四、紅外熱成像系統(tǒng)樹(shù)林中人的熱圖像小圖是可見(jiàn)光圖像大圖是熱圖像7/7/202249四、紅外熱成像系統(tǒng)紅外熱成像系統(tǒng)光機(jī)掃描型非掃描型圖像質(zhì)量好結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單圖像質(zhì)量逐漸提高7/7/202250四、紅外熱成像系統(tǒng)4.1 光機(jī)掃描型紅外熱成像系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)部分紅外探測(cè)與致冷部分電子信號(hào)處理系統(tǒng)部分顯示系統(tǒng)部分7/7

17、/202251四、紅外熱成像系統(tǒng)匯聚光束光譜濾波光電轉(zhuǎn)換電視光柵7/7/202252四、紅外熱成像系統(tǒng)4.2 光學(xué)系統(tǒng) 聚光光學(xué)系統(tǒng)接收目標(biāo)或景物輻射，聚焦于探測(cè)器掃描光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生掃描光柵，使分立探測(cè)元件能夠獲取大范圍景物圖像 光機(jī)掃描型熱成像系統(tǒng)以瞬時(shí)視場(chǎng)為單位，用光機(jī)掃描方法來(lái)覆蓋總視場(chǎng)。7/7/202253四、紅外熱成像系統(tǒng)通光孔徑和相對(duì)孔徑大，工作波段寬，像差校正困難。 折反式：主鏡與次鏡均采用球面鏡，加入補(bǔ)償透鏡校正像差紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)物鏡系統(tǒng) 反射式：光能損失小、不產(chǎn)生色差，但是視場(chǎng)小、體積大，有次鏡遮擋； 折射式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝校方便，可以滿足大視場(chǎng)和大孔徑成像的要求；7/7/2

18、02254四、紅外熱成像系統(tǒng)輔助光學(xué)系統(tǒng) 場(chǎng)鏡 指加在像平面或像平面附近的透鏡，用來(lái)擴(kuò)大視場(chǎng)，使探測(cè)器接收的輻照均勻； 光錐利用圓錐的高反射率聚光，縮小探測(cè)器尺寸； 中繼光學(xué)系統(tǒng)便于探測(cè)器件的結(jié)構(gòu)安排； 前置望遠(yuǎn)系統(tǒng) 減小光學(xué)掃描器件的尺寸。7/7/202255四、紅外熱成像系統(tǒng)掃描系統(tǒng) 平行光束掃描（物方掃描） 掃描器在聚光系統(tǒng)之前，掃描鏡尺寸大，掃描速度慢，像差校正簡(jiǎn)單，對(duì)聚光光學(xué)系統(tǒng)要求不高； 會(huì)聚光束掃描（像方掃描） 掃描器安置在聚光光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器之間，對(duì)像方光束進(jìn)行掃描。尺寸小，掃描速度高。對(duì)聚光光學(xué)系統(tǒng)有較高要求。7/7/202256掃描方案 反射鏡鼓行掃描、擺鏡場(chǎng)掃描反射鏡鼓行

19、掃描、折射鏡場(chǎng)掃描適于小視場(chǎng)單元器件掃描用，不適合高速掃描用掃描效率高，像差校正有難度7/7/202257四、紅外熱成像系統(tǒng)4.3 多元探測(cè)器熱成像系統(tǒng) 將多元探測(cè)器按不同方式排列起來(lái)分解景物，可以改進(jìn)每幀、每分辨單元的信噪比，提高系統(tǒng)的性能?；緮z像方式 并聯(lián)掃描攝像方式 串聯(lián)掃描攝像方式7/7/202258四、紅外熱成像系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)靈敏度高，對(duì)探測(cè)器速度要求不高；缺點(diǎn)：探測(cè)器數(shù)量多，電路和材料工藝復(fù)雜。并聯(lián)掃描攝像方式7/7/202259四、紅外熱成像系統(tǒng)串聯(lián)掃描攝像方式優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)器性能均勻，圖像缺陷少，信噪比提高 倍，信號(hào)處理容易，不需要掃描變換就可以得到標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)；缺點(diǎn)：對(duì)探測(cè)器速

20、度要求高。 7/7/202260四、紅外熱成像系統(tǒng)4.4 紅外探測(cè)器（核心器件） 紅外探測(cè)器是紅外輻射能的接收器，它通過(guò)光電變換作用，將接收的紅外輻射能量變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過(guò)放大、處理，形成圖像。 熱探測(cè)器如熱敏電阻、熱電偶、熱釋電探測(cè)器等，是吸收紅外輻射，使敏感元件溫度上升，由此引起物理參數(shù)改變的探測(cè)器。7/7/202261四、紅外熱成像系統(tǒng) 光子探測(cè)器 光子探測(cè)器是通過(guò)光子與物質(zhì)內(nèi)部電子相互作用，產(chǎn)生電子能態(tài)變化而完成光電轉(zhuǎn)換的探測(cè)器。光子探測(cè)器在響應(yīng)靈敏度和響應(yīng)速度方面均優(yōu)于熱探測(cè)器，應(yīng)用廣泛。光導(dǎo)型半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加光伏型半導(dǎo)體PN結(jié)形成電子空穴對(duì)，產(chǎn)生電勢(shì)7/7/202262四、紅外熱成像

21、系統(tǒng) 探測(cè)器致冷要求不宜太高（小型化）。對(duì)紅外探測(cè)器的基本要求 探測(cè)率要高，提高系統(tǒng)的熱靈敏度； 工作波段與檢測(cè)目標(biāo)的輻射光譜要適應(yīng)， 以便接收盡可能多的紅外輻射； 用于并掃的多元探測(cè)器，各單元探測(cè)器的 特性要均勻； 探測(cè)器響應(yīng)速度要快，以適應(yīng)快速掃描；7/7/202263四、紅外熱成像系統(tǒng)4.5 致冷器 致冷器的作用是降低紅外探測(cè)器的噪聲，使其在低溫狀態(tài)工作。由致冷劑變相吸收熱量而致冷B. 焦耳湯姆遜效應(yīng)致冷C. 輻射熱交換致冷D. 溫差電致冷A. 變相致冷高壓氣體節(jié)流循環(huán)致冷高溫物體輻射能量降溫利用直流電通過(guò)半導(dǎo)體電偶對(duì)的珀?duì)柼?yīng)致冷7/7/202264四、紅外熱成像系統(tǒng)顯示可以采用發(fā)光

22、二極管和CRT。4.6 信號(hào)處理與顯示 信號(hào)處理與顯示的基本任務(wù)是形成與景物溫度分布相對(duì)應(yīng)的視頻信號(hào)，然后根據(jù)景物各單元對(duì)應(yīng)的視頻信號(hào)標(biāo)出景物各部分的溫度，并顯示出景物的熱圖像。信號(hào)處理部分包括：前置放大、主放、自動(dòng)增益控制、限制帶寬、檢波、鑒幅、多路傳輸和線性變換。7/7/202265主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/202266五、微光成像系統(tǒng) 微光成像系統(tǒng)是一種利用光增強(qiáng)技術(shù)的光電成像系統(tǒng)，可以在極低照度（10-5lx）下工作，應(yīng)用領(lǐng)域涉及軍事、天文、公安執(zhí)法、生物醫(yī)療等。 微光成像系統(tǒng)直視系統(tǒng)（微

23、光夜視儀）間視系統(tǒng)（微光電視系統(tǒng)）7/7/202267五、微光成像系統(tǒng)5.1 微光夜視儀 夜空自然微光照射目標(biāo)，經(jīng)目標(biāo)反射的微光輻射進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)物鏡，物鏡把目標(biāo)成像于焦平面的像增強(qiáng)器光陰極面上，像增強(qiáng)器對(duì)目標(biāo)像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、電子成像和亮度增強(qiáng)，顯示于熒光屏。工作原理 由于工作時(shí)只靠夜天光照明而受自然照度和大氣透明度影響大，圖像平淡而層次不夠分明。7/7/202268五、微光成像系統(tǒng)直視微光夜視系統(tǒng)目標(biāo)目鏡系統(tǒng)人眼像增強(qiáng)器高壓電源物鏡系統(tǒng)核心器件：把微弱的光圖像增強(qiáng)到足夠的亮度，以便人眼進(jìn)行觀察不用人工照明是其最主要的優(yōu)點(diǎn)7/7/202269五、微光成像系統(tǒng) 微光像增強(qiáng)器 圖像傳遞信噪比高 微光

24、像增強(qiáng)器是一種電真空成像器件，主要由光陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)和熒光屏組成。圖像增強(qiáng)包括三個(gè)環(huán)節(jié)：外光電效應(yīng)、加速聚焦、可見(jiàn)光（熒光）成像。技術(shù)要求 足夠的亮度增益； 低背景噪聲； 高響應(yīng)度 好的調(diào)制傳遞特性 響應(yīng)速度快7/7/202270五、微光成像系統(tǒng) 微光像增強(qiáng)器經(jīng)歷了三代微光器件的發(fā)展過(guò)程： 級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)器：體積大，防強(qiáng)光能力差； 帶微通道板的像增強(qiáng)器：信噪比低，探測(cè)距離有限； 半導(dǎo)體光陰極像增強(qiáng)器：體積小，靈敏度高，成本高7/7/202271五、微光成像系統(tǒng)5.2 微光電視系統(tǒng) 工作原理 微光攝像機(jī)將目標(biāo)及其背景在夜天光輻照下的反射光亮度分布，通過(guò)電視掃描方法變成按時(shí)序分布的視頻信號(hào)，再通

25、過(guò)控制器進(jìn)行處理后，輸入監(jiān)視器進(jìn)行顯示。微光電視攝像機(jī)傳輸通道接收顯示裝置組成部分7/7/202272五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)框圖微光物鏡微光攝像管掃 描同 步放大電路發(fā) 射接收放大電路電視顯示掃 描同 步電光轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換光纜電纜7/7/202273五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)的特點(diǎn)（與肉眼或普通光學(xué)儀器相比） 入瞳直徑大，光子數(shù)可達(dá)人眼1000倍以上； 光陰極面面積比人眼視網(wǎng)膜大很多； 光陰極量子效率高； 利用數(shù)字圖像處理技術(shù)提高圖像質(zhì)量； 可在一幀時(shí)間內(nèi)積累信息，提高信噪比。7/7/202274五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)與微光夜視系統(tǒng)相比： 可以實(shí)現(xiàn)圖像遠(yuǎn)距離傳輸； 可以多人、多地點(diǎn)

26、同時(shí)觀察； 便于錄像和遙控?cái)z像； 可與光電自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成電視跟 蹤系統(tǒng)。7/7/202275主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用7/7/202276六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 1933年，哥本哈根大學(xué)國(guó)家醫(yī)院的哈克塞森首先把紅外攝影技術(shù)用于皮膚病學(xué)的研究，此后人們就把這一方法廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實(shí)踐。 醫(yī)學(xué)紅外攝影技術(shù)主要考慮三個(gè)方面： 皮膚和皮下組織對(duì)紅外光的反射、散射和透射特性 能穿透機(jī)體紅外光源的光譜分布 能記錄紅外光的膠片和感光板的光譜響應(yīng)一、皮膚病學(xué) 紅外攝影首先用于醫(yī)學(xué)方面的是檢查皮膚疾病，它可以提供淺表

27、痂皮下面愈合過(guò)程和皮下靜脈情況。7/7/202277六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用二、靜脈攝影 結(jié)合常規(guī)的攝影技術(shù)，紅外攝影方法可以顯示出靜脈曲張的特征性異常表現(xiàn)。它表現(xiàn)為在正常小腿上能見(jiàn)到比較細(xì)直的分枝，形成多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在靜脈曲張病例中，常見(jiàn)到蜿蜒彎曲的分枝增粗成靜脈小島，它在紅外照片中清楚地顯示出來(lái)，而用普通攝影或肉限是看不出來(lái)的。三、血液循環(huán)的研究 利用紅外照片來(lái)記錄腹部淺表靜脈的圖形和大小變化，可以研究血液運(yùn)行狀況。7/7/202278六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 由于血液中各種成分對(duì)紅外光的吸收作用不同，可作臨床疾病的更深入研究。 比如硝基苯胺中電會(huì)引起小腿血管郁滯，紅外照片可以清楚地顯示出

28、來(lái)；腎上腺素對(duì)正常人和高血壓病人有影響，可以從指甲的紅外照片上反映出來(lái)；此外，紅外照片還可探索結(jié)核菌素和其它皮膚試驗(yàn)的反應(yīng)。四、透照技術(shù) 采用黑白和彩色紅外透照技術(shù)檢查兒童頭顱疾病，不僅毫無(wú)痛苦，而且比腦室造影檢查安全。其中，彩色紅外透照方法特別有價(jià)值，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)把可見(jiàn)光和紅外光的透射部分記錄下來(lái)，而且，在照片上顯示出重要的顏色差別。用這種方法可以將腦積水與更為嚴(yán)重的腦內(nèi)積水加以監(jiān)別。7/7/202279六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用五、肝病理學(xué) 紅外攝影對(duì)肝硬化的診斷有很大幫助，它可以把肝硬化與肝癌等區(qū)別出來(lái)。早期的肝硬化，沒(méi)有明顯的側(cè)支循環(huán)，而晚期的肝病中有非常清晰的分枝靜脈圖像，成為肝硬化病

29、癥的特征。六、腫瘤的研究 應(yīng)用黑白和彩色紅外攝影技術(shù)常?？梢园l(fā)現(xiàn)腫瘤。生長(zhǎng)在體表上或接近體表的早期惡性腫瘤，其周圍會(huì)有血管增多或異常條紋，表示了腫瘤血液的供給有不同程度的增加，這可作為確定有否惡性瘤的輔助手段。7/7/202280六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用七、牙科 牙齒的紅外照片，釉質(zhì)一艇比牙質(zhì)顯得陰暗，而齲齒前向的退化釉質(zhì)則相反，健康的門(mén)齒邊緣呈白色，在正常情況下隨著牙質(zhì)的增加光亮度也均勻增加，釉質(zhì)不均處的色調(diào)較淡。退化釉質(zhì)對(duì)紅外光有很高的反射率，并有中等的紅外發(fā)光強(qiáng)度。與牙齒有關(guān)的成份如磷灰石的反射率和發(fā)光強(qiáng)度都很低。八、眼科對(duì)紅外光的反射率隨眼睛色素的顏色而異。臨床實(shí)踐表明，用彩色紅外膠片進(jìn)

30、行眼科學(xué)研究是一個(gè)卓有成效的方法。在彩色紅外幻燈片上正常眼底呈現(xiàn)黃綠色，伴有棕紅色的靜脈和黃色的動(dòng)脈。血管紋理在照片上呈紫灰色。7/7/202281六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 正常人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和對(duì)稱性。因此，人體溫度分布的某處改變（一般是由血流和代謝的改變引起），即表示該處疾患的產(chǎn)主和存在。 各種疾病所產(chǎn)生的局部新陳代謝的異常活躍與減低與周圍組織溫差的紅外熱圖，為判斷疾病和療效觀察提供了較客觀的依據(jù)。紅外熱圖的一般診斷方法 統(tǒng)一的特定溫度條件下：20 對(duì)稱部位比較 全身綜合分析 生理解剖系統(tǒng)分析 結(jié)合主述、病史、查體、特殊檢查綜合判定 自身相比較、與他人相比較7/7/202282

31、六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用紅外熱圖的診斷標(biāo)準(zhǔn)（20)診 斷表 現(xiàn)炎癥患部溫度比周圍正常組織增高0.50.7潰瘍患部溫度比周圍正常組織增高0.71.0癌變患部溫度比周圍正常組織增高1.0低溫區(qū)病變區(qū)域與正常相比溫差 -0.2高溫區(qū)病變區(qū)域與正常相比溫差 1.2常溫區(qū)雙鎖骨上、頭、下腰、后頸背部、手、雙液下、肘窩、雙髂腹股溝血管影像增粗、中斷、團(tuán)狀（瘤）、扭曲（壓迫）、衛(wèi)星影像（惡性瘤）區(qū)形式片狀、條狀（強(qiáng)直性脊?fàn)钛祝?、帶狀、次熱區(qū)、點(diǎn)狀、不規(guī)則（人體表淺血管和散熱多的部位一般會(huì)出現(xiàn)較正常高的熱區(qū)）7/7/202283六、紅外成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用紅外熱圖的診斷標(biāo)準(zhǔn)（20)診 斷表 現(xiàn)正常熱圖指人體組織雙側(cè)對(duì)比溫度基本相等，溫差小于0.2，血管影像清晰，雙側(cè)對(duì)稱。良性熱圖（低溫差熱圖）指患病處與對(duì)側(cè)差0.20.7之間，患側(cè)血管影像稍增粗, 但雙側(cè)對(duì)稱。異常熱圖（多樣性）指患病處與對(duì)側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，