第8章特殊成像電視

西安電子科技大學(xué)出版社應(yīng)用電視技術(shù)趙堅(jiān)勇第8章特殊成像電視8.1紅外電視8.2

X線電視8.3

微光電視

8.1

紅外電視

8.1.1

紅外線的基本概念

紅外線是一種人眼看不見的光線，在光譜中位于紅色光以外，其波長范圍大致為0.78～1000μm。任何一個物體，只要它的溫度高于絕對零度，就有紅外線向周圍空間輻射。

(1)紅外線的波段：紅外線通常按其波長分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外四個波段。近紅外的波長為0.78～3μm，中紅外為3～6μm，遠(yuǎn)紅外為6～15μm，極遠(yuǎn)紅外為15～1000μm。

(2)熱輻射的定律：當(dāng)幾個物體溫度相同時，各物體發(fā)射紅外線的能力正比于吸收紅外線的能力；當(dāng)物體處于紅外輻射平衡狀態(tài)時，它吸收的紅外能量總恒等于它所發(fā)射的紅外能量。

根據(jù)這一定律還可推斷出，性能好的紅外反射體或透明體，必然是性能差的紅外輻射體。

(3)玻耳茲曼定律：物體輻射的紅外輻射能量密度W與其自身的熱力學(xué)溫度T的四次方成正比，并與它表面的輻射率ε成正比。由這一定律可以看出，物體的溫度愈高，紅外輻射的能量愈多。

(4)紅外線的“大氣窗口”：紅外線在大氣中傳輸時，大氣對不同波長的紅外線吸收與衰減的程度有很大差別。對波長在2～2.6μm、3～5μm和8～14μm等三個波段內(nèi)的紅外線吸收極少，常稱這三個波段為紅外線的“大氣窗口”，它們分別位于近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三個波段內(nèi)。紅外電視的工作波長應(yīng)盡可能進(jìn)入這三個波段。

(5)紅外光學(xué)材料：可以透過紅外輻射的介質(zhì)稱為紅外光學(xué)材料。任何介質(zhì)不可能對所有波長的紅外線都透明，紅外光學(xué)材料只是對某些波長范圍的紅外線具有較高的透過率。

許多介質(zhì)對可見光是透明的，對紅外輻射卻是不透明的。

單晶的鍺材料是一種最常用的紅外光學(xué)材料，可以作為紅外儀器與大氣隔離的窗口，也可以用來磨制各種透鏡和棱鏡。單晶鍺的最大透過率約為44%，在單晶鍺的表面鍍上一層“增透膜”后，可變得對一定波長的紅外線具有很高的透過率，最高透過率可達(dá)99%。對于波長在1.8～16μm的紅外輻射，單晶鍺的折射率在4.143到4.0012之間變化。

多晶硫化鋅是一種熱壓成型的紅外光學(xué)材料。在波長為1～14μm的范圍內(nèi)，其平均透過率大于70%。多晶硫化鋅不但可以熱壓成紅外透鏡或窗口，而且可用作鍍膜材料，用來增加各種紅外光學(xué)材料透鏡或窗口的透過率。

多晶氟化鎂是一種耐高溫的紅外光學(xué)材料，用于3～5μm波長范圍而且可透過可見光。對于波長為0.598μm的可見光，其透過率約為20%～30%；而對于波長為3～6.5μm的紅外輻射，透過率高達(dá)90%。

(6)主動和被動紅外電視：紅外電視可分為主動式紅外電視和被動式紅外電視兩大類。主動式紅外電視需紅外光源照明，攝像機(jī)攝取目標(biāo)反射回來的紅外光。被動式紅外電視不用紅外光源照明，是利用被攝目標(biāo)本身輻射的紅外線成像，攝取的是物體的熱分布像。

8.1.2

主動式紅外電視

主動式紅外電視由紅外照明光源、紅外攝像機(jī)和監(jiān)視器等部分組成。其工作原理是用紅外光源照射被攝目標(biāo)，由攝像機(jī)的CCD傳感器將目標(biāo)的可見光和不可見的紅外圖像轉(zhuǎn)換為電信號輸出，在監(jiān)視器上顯示可見光圖像。

主動式紅外電視系統(tǒng)與一般的可見光應(yīng)用電視系統(tǒng)基本相同，但其照明光源、光學(xué)鏡頭和攝像器件都是工作在近紅外波段的。

1.紅外照明光源

常用的近紅外光源有紅外燈泡、紅外發(fā)光二極管、濾光片式光源和紅外激光器。

常用的紅外發(fā)光二極管為砷化鎵紅外二極管。它具有體積小，重量輕，發(fā)射紅外光均勻，電源簡單，效率高等特點(diǎn)，其發(fā)射峰值波長約為0.93μm。

濾光片式光源由鎢絲燈、反光罩和透紅外的濾光片組成。鎢絲燈的光譜響應(yīng)曲線的峰值在0.8～1.2μm的近紅外區(qū)。濾光片分為膠粘合型和熔煉型兩種類型，兩種類型濾光片的峰值透過率分別為80%和40%左右。用鹵化物燈代替鎢絲燈，光譜響應(yīng)曲線范圍在0.88～2.6μm間。

2.紅外攝像器件

黑白CCD圖像傳感器具有很寬的感光光譜范圍，通常其感光光譜可延長至1200nm。利用黑白CCD圖像傳感器的這個特性，在夜間無可見光照明的情況下，用輔助紅外光源照明，傳感器能清晰地成像。圖8―1示出了夏普公司行間轉(zhuǎn)移CCD圖像傳感器的光譜特性。圖中，黑白CCD圖像傳感器的光敏單元采用了浮置p―n結(jié)的光敏二極管。這種光敏管用離子注入工藝制成，靈敏度高且比較均勻，但這種CCD傳感器在強(qiáng)光照射下容易出現(xiàn)光暈和拖影現(xiàn)象。

圖8―1

黑白CCD圖像傳感器光譜特性

3.主動紅外攝像機(jī)

常見的主動紅外攝像機(jī)有分離式、內(nèi)置式和一體化式等三種形式。

1)分離式

分離式一般是分別購買紅外照明光源和紅外敏感攝像機(jī)。配置時，要注意紅外照明光源光譜范圍和攝像機(jī)光譜特性的一致。安裝紅外照明光源時，要注意投射的角度和距離，最好是在無可見光的情況下看著攝取的圖像進(jìn)行調(diào)整，這樣才能取得最佳效果。

2)內(nèi)置式

內(nèi)置式主動紅外攝像機(jī)常常是在防塵罩內(nèi)攝像機(jī)四周安裝紅外發(fā)光二極管。這種紅外攝像機(jī)安裝方便，用于近距離室內(nèi)監(jiān)視。

3)一體化式

一體化式主動紅外攝像機(jī)用于室外遠(yuǎn)距離掃描監(jiān)視。一般是在室外型電動云臺兩側(cè)固定兩個遠(yuǎn)距離室外紅外照明光源，調(diào)整云臺時攝像機(jī)和紅外照明光源一起旋轉(zhuǎn)和俯仰，保證被攝目標(biāo)受到紅外照明。

4.主動紅外攝像機(jī)的鏡頭

鏡頭的作用是把目標(biāo)的紅外輻射分布聚焦在光電傳感器上。紅外電視的目標(biāo)距離較遠(yuǎn)，輻射能量弱，要盡可能使用大尺寸鏡頭。

主動式紅外電視工作在0.75～3μm的近紅外區(qū)，普通可見光鏡頭在此波段內(nèi)仍有較高的透過率，因此主動式紅外電視可采用普通可見光鏡頭。如采用經(jīng)過鍍膜處理的硅、鍺鏡頭，則透過率更高。在使用普通可見光鏡頭觀看紅外波段圖像時，需要重新校正焦距，由于色散得不到校正，清晰度會下降；若使用通頻帶較窄的紅外帶通濾色片后，圖像清晰度會有所提高。

5.主動紅外攝像機(jī)的應(yīng)用

(1)重要部門、保密部門、軍事要地的夜間監(jiān)視和夜間公安偵察。

(2)膠卷生產(chǎn)的監(jiān)視。利用主動紅外電視攝像機(jī)可在暗室外檢查膠卷生產(chǎn)過程中的各種瑕疵，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)利用半導(dǎo)體材料能透過紅外線的特點(diǎn)來觀察半導(dǎo)體器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷。由紅外電視攝像機(jī)與紅外顯微鏡組成的紅外電視顯微鏡能對半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)無損檢測，具有分辨率高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

(4)利用人的皮膚和皮下組織對紅外光的反射，散射、透射特性，用紅外電視對眼病、腫瘤和潰瘍等疾病進(jìn)行觀察和診斷。

8.1.3

被動式紅外電視

被動式紅外電視不需要紅外照明光源，是對目標(biāo)本身的紅外輻射成像。常用的紅外電視攝像機(jī)有光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)、熱釋電型攝像機(jī)和凝視焦平面陣列紅外攝像機(jī)等三種。

1.光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)

光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)是利用精密機(jī)械裝置驅(qū)動光學(xué)掃描部件，完成對目標(biāo)的掃描，攝取目標(biāo)的紅外輻射而成像的，所以稱為光學(xué)機(jī)械掃描成像。圖8―2是光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)的方框圖。

圖8―2

光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)方框圖自然界中溫度高于絕對零度的物體總是在不斷地進(jìn)行紅外輻射的，只要能收集這些輻射能，就能形成與景物溫度分布相對應(yīng)的熱圖像。紅外光學(xué)系統(tǒng)將目標(biāo)發(fā)射的輻射能收集起來，經(jīng)過光譜濾波之后，將景物的輻射分布會聚并成像到紅外探測器所在的光學(xué)系統(tǒng)焦平面上。光學(xué)掃描器包括兩個掃描透鏡組，一個作垂直掃描，一個作水平掃描。掃描器位于聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器之間。當(dāng)掃描器轉(zhuǎn)動時，從景物到達(dá)探測器的光束隨之移動，在物方空間掃出像電視一樣的光柵。

在掃描器以電視光柵形式掃過景物時，紅外探測器逐點(diǎn)接收景物的輻射并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號?；蛘哒f，光機(jī)掃描器構(gòu)成的景物圖像依次掃過探測器，探測器依次把景物各部分的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)視頻處理放大器處理后輸出，送到電視監(jiān)視器。在監(jiān)視器上可顯示表征目標(biāo)溫度分布的可見光圖像，其明亮部分表示溫度高，較暗部分表示溫度低。紅外探測器是一種輻射能轉(zhuǎn)換器。它把紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號，是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)的原理制成的，所以也叫光子探測器。一般需在低溫下工作，其特點(diǎn)是探測靈敏度高，響應(yīng)速度快，但每一種光子探測器都有一個截止波長，超過此波長探測器將無響應(yīng)。

光子探測器的主要類型有紅外光電探測器(PE器件)、光電導(dǎo)探測器(PC器件)、光生伏特探測器(PV器件)和光電磁探測器(PEM器件)等四種。

視頻處理放大是熱攝像機(jī)的重要組成部分。它將紅外探測器輸出的反映景物空間溫度分布的微弱信號進(jìn)行加工和變換，形成與景物溫度分布相對應(yīng)的視頻信號，然后根據(jù)景物各單元對應(yīng)的視頻信號標(biāo)出景物各部分的溫度，并顯示出景物的熱圖像。在實(shí)際應(yīng)用中，還要求對圖像信號作進(jìn)一步處理，如圖像增強(qiáng)、圖像修復(fù)等。

光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)有溫度分辨率高，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的光機(jī)掃描裝置和液態(tài)氮致冷器，所以體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴。

2.熱釋電電視攝像機(jī)

熱釋電電視攝像機(jī)是采用熱釋電攝像管作為攝像器件的被動式紅外電視攝像機(jī)。它能將目標(biāo)的紅外線輻射能量分布轉(zhuǎn)換為視頻信號。與光機(jī)掃描型熱攝像機(jī)相比，熱釋電電視攝像機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，不需要液氮致冷等優(yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛的應(yīng)用。

1)熱釋電攝像管(PyroelectricVidicon)

熱釋電攝像管是一種熱成像攝像器件。它在常溫下工作，將攝像管靶面上的紅外線輻射能量分布轉(zhuǎn)換為視頻信號。熱釋電攝像管能寬譜成像，但由于光學(xué)系統(tǒng)和靶面吸收層的限制，在8～14μm波段用得較多，具有中等靈敏度和分辨率。它的體積小，可靠性高，成本低。

有些晶體（鐵電體）具有自發(fā)極化特性，極化程度與溫度有關(guān)。在晶體薄片垂直極化軸的表面產(chǎn)生的電荷積累與溫度變化成正比，這就是熱釋電效應(yīng)。

圖8―3

熱釋電視像管的結(jié)構(gòu)示意圖熱釋電視像管的結(jié)構(gòu)如圖8―3所示。其電極結(jié)構(gòu)與普通光導(dǎo)攝像管相同，鍺面板是用單晶鍺制成的透紅外窗口，涂有透8～14μm波段的抗反射涂層；TGS靶是直徑為2cm、厚15～20μm的薄圓片，用熱釋電材料制成，在靠近面板一側(cè)的表面有一層透明導(dǎo)電信號板，它通過靶環(huán)與外電路相連接。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。TGS靶靈敏度較高，但每次使用都必須極化，而且靶面溫度不能高于材料的居里點(diǎn)(49℃)；

DTGFB靶的靈敏度高，介電常數(shù)小，靶的居里點(diǎn)高(70℃)。

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)熱像相對應(yīng)的靶面電位像；當(dāng)電子束在靶面上掃描時，就在信號電極電路內(nèi)產(chǎn)生信號電流，它經(jīng)信號電極電路的靶負(fù)載電阻形成視頻信號。熱釋電靶產(chǎn)生的熱釋電電流IS為

式中，A是靶單元面積，P是靶材料熱釋電系數(shù)，dT/dt是靶面單元的溫度變化率。

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，才有信號電流輸出。也就是說，熱釋電攝像管是對溫度的變化率敏感而不是對溫度敏感。因此對靜物成像時，要對輸入信號加以調(diào)制；若不加調(diào)制，只能對運(yùn)動的或輻射強(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)動目標(biāo)。

(8―1)

2)熱釋電電視攝像機(jī)的工作原理

熱釋電視像管只對溫度的變化率敏感，為了對靜止目標(biāo)成像，必須將輸入信號調(diào)制。常用的調(diào)制模式有平移調(diào)制模式和斬波調(diào)制模式。

平移調(diào)制模式是在使用中不斷移動攝像機(jī)，攝像機(jī)與目標(biāo)間產(chǎn)生相對運(yùn)動，熱釋電攝像管上所接收的目標(biāo)紅外輻射隨時間而變化，形成視頻信號。平移調(diào)制模式攝像機(jī)靈敏度高，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但目標(biāo)呈移動狀態(tài)，影響觀察。

斬波調(diào)制模式是在熱釋電攝像管前裝有由透明的和不透明的柵格組成的調(diào)制盤。當(dāng)調(diào)制盤運(yùn)動時，就對目標(biāo)像產(chǎn)生了調(diào)制，使透過調(diào)制盤的像隨時間而變化。這樣，將入射的紅外輻射進(jìn)行周期性斬波調(diào)制，輸出交變視頻信號。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，視場不變，因有調(diào)制盤，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，需有專門的電路來處理。

3)熱釋電電視攝像機(jī)的主要技術(shù)性能

(1)最小可分辨溫差(MRTD)。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試卡圖形時，測試卡與背景之間的溫差即為最小可分辨溫差。

最小可分辨溫差反映了攝像機(jī)對溫度的靈敏度，與系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)、等效噪聲溫差、光學(xué)鏡頭性能、掃描速率和人眼視覺特性等因素有關(guān)。

可在空間分辨率為100線或200線時測量最小可分辨溫差，將攝像機(jī)對準(zhǔn)100線或200線的條形測試卡，鏡頭的光圈調(diào)至1位置，增加測試卡與背景之間的溫差，在監(jiān)視器屏幕上剛能分辨出測試卡圖像時，測試卡和背景間的溫度差就是最小可分辨溫差。

(2)最小可探測溫差(MDTD)。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，目標(biāo)與背景之間的溫差即為最小可探測溫差。

最小可探測溫差表征了攝像機(jī)對目標(biāo)探測靈敏度的高低。測試時，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，讀出此時的光圈數(shù)F，按下式算出最小可探測溫差：(8―2)最小可分辨溫差和最小可探測溫差，是說明攝像機(jī)對客觀實(shí)物溫差的靈敏性。兩者的差別僅僅在定義目標(biāo)的形狀上。最小可分辨溫差的目標(biāo)是某一空間頻率的測試卡圖形，而最小可探測溫差的目標(biāo)是較大面積的正方形或圓形。

(3)最大空間分辨率(MSR)。在測試卡與背景(黑體)之間有一適當(dāng)?shù)臏夭顣r，可分辨的空間頻率的最大值，稱為最大空間分辨率。它表征了攝像機(jī)分辨目標(biāo)細(xì)節(jié)的能力。當(dāng)溫差增大時，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。

測試時，將空間分辨率條形測試卡和背景(黑體)之間的溫度差調(diào)整為一恰當(dāng)值，更換不同空間頻率的測試卡，至恰能分辨出的最大空間頻率條形測試卡圖像時所對應(yīng)的電視行數(shù)，即為最大空間分辨率。

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，普通可見光鏡頭已不適用，需要專門設(shè)計(jì)紅外電視鏡頭。

3～5μm波段的透鏡，用硅、鍺和三硫化二砷等材料制成;8～12μm波段的透鏡用鍺、硒化鋅、硫化鋅等材料制成。

單晶鍺折射率高、像差小，但透過率約為47%，需在表面鍍上增透膜，以提高透過率。國產(chǎn)HJ-1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，透過率≥95%。

5)熱釋電電視攝像機(jī)的應(yīng)用

熱釋電電視攝像機(jī)在常溫下工作，不需照明設(shè)備，透灰塵及煙霧的能力強(qiáng)，可以對3～5μm和8～14μm光譜范圍的熱目標(biāo)進(jìn)行成像顯示,分辨目標(biāo)的溫度分布和形狀,測量目標(biāo)和背景之間的溫差，具有準(zhǔn)確、直觀、方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于電力、冶金、化工、消防、醫(yī)療等部門應(yīng)用。

在自動化生產(chǎn)過程中，利用熱釋電電視攝像機(jī)，可對一些重要部位和設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)測。例如,在鋼鐵企業(yè)對高爐進(jìn)行監(jiān)測，可看到爐體的溫度分布和爐溫的變化，發(fā)現(xiàn)爐體的損壞。在發(fā)電廠對電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)過熱故障和隱患。

發(fā)生火災(zāi)時，消防人員用熱釋電電視攝像機(jī)可在濃煙和黑暗環(huán)境中，尋找救護(hù)目標(biāo)，探測火源位置。

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。

3.凝視型焦平面陣列紅外攝像機(jī)

采用單個探測器的光機(jī)掃描熱攝像機(jī)，探測器探測每個點(diǎn)的時間為τ；采用沿垂直方向放置n個探測器列陣的并聯(lián)掃描，n個探測器恰好覆蓋垂直視場而只在水平方向掃描；當(dāng)幀頻一定時，并聯(lián)掃描探測器探測每個點(diǎn)的時間將增加至單個探測器時的n倍，通頻帶壓縮至單個探測器時的1／n，從而使通道信噪比提高到倍。

凝視型焦平面陣列紅外攝像機(jī)是用紅外探測器面陣充滿物鏡焦平面的方法來實(shí)現(xiàn)全視場范圍內(nèi)目標(biāo)成像的，取消了光機(jī)掃描，采用元數(shù)足夠多的探測器面陣，探測器單元與系統(tǒng)觀察范圍內(nèi)的目標(biāo)元一一對應(yīng)。

假如探測器面陣在水平方向有m單元垂直方向上有n單元探測器，當(dāng)幀頻一定時，探測器探測每個點(diǎn)的時間將增加至單個探測器時的mn倍，通頻帶壓縮至單個探測器時的1／mn，從而使通道信噪比提高到倍。探測每個點(diǎn)的時間變?yōu)閙nτ,探測時間長到好像與“凝視”一樣。

1)混成式紅外焦平面陣列

近年來，高性能的紅外探測器不斷出現(xiàn)，CCD工藝相對成熟，將紅外探測器和CCD耦合起來就能制成高性能的紅外焦平面陣列，稱為混成式紅外焦平面陣列?；斐墒郊t外焦平面陣列的最大特點(diǎn)是選擇探測器有很大的靈活性，絕大多數(shù)采用光電二極管作為敏感元。混成式紅外焦平面的技術(shù)關(guān)鍵是解決光敏元和CCD器件間的互連問題，包括熱匹配和電接觸。近幾年發(fā)展起來的鋼柱連接技術(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題?；斐墒郊t外焦平面陣列的受光方式有前照射結(jié)構(gòu)和背照射結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式。前照射結(jié)構(gòu)探測器在前面受到照射，電信號就在同一面上取出。這種結(jié)構(gòu)中，探測器的前面與多路傳輸器面向一個方向，電極引線從探測器出來，必須越過探測器的邊緣區(qū)域到達(dá)多路傳輸器。這種引線方式要求探測器陣列十分薄。由于互連占去了一部分面積，光敏面相應(yīng)減小。背照射結(jié)構(gòu)要求鑲嵌的探測器有薄的光敏層，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。目前，焦平面陣列大多數(shù)采用背照射結(jié)構(gòu)。

2)肖特基勢壘紅外焦平面陣列(SB―IRCCD)

肖特基勢壘是指金屬淀積在半導(dǎo)體表面形成的具有單向?qū)щ?、整流作用的金屬―半導(dǎo)體接觸。SB―IRCCD是把可見光的行間轉(zhuǎn)移CCD的光敏部分換成肖特基勢壘光電探測器，工作原理類似于可見光CCD。

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。SB―IRCCD性能上突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)均勻。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。SB―IRCCD的缺點(diǎn)是探測器靈敏度較低，為了提高光電探測器靈敏度，常采用薄膜金屬電極結(jié)構(gòu)和光學(xué)共振腔結(jié)構(gòu)；為了提高分辨率采用電荷掃描器件(CSD)。在CCD信號讀出時，從光敏單元到垂直電荷轉(zhuǎn)移單元，所有光敏單元信號讀出的轉(zhuǎn)移柵是同時打開的。在CSD方式中，在一個水平周期內(nèi)，只有水平方向并排的一組轉(zhuǎn)移柵開啟；在一個垂直電荷轉(zhuǎn)移單元內(nèi)，只讀出一個像元的信號；垂直電荷轉(zhuǎn)移單元尺寸可以做得很小，因此像元尺寸相對較大，增加了每個像元所占的探測器面積比，從而提高了分辨率。

3)SB―IRTV攝像機(jī)

圖8―4給出了SB―IRTV攝像機(jī)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(jìn)行制冷，器件要封裝在杜瓦瓶內(nèi)。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)動電路。

圖8―4

SB―IRTV攝像機(jī)的原理框圖圖8―5為便攜式SB―IRCCD攝像機(jī)的視頻處理電路。CCD器件輸出的視頻信號經(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。一幅均勻背景的視頻信號進(jìn)入幀存儲器，在攝像機(jī)正常工作的情況下，真實(shí)視頻信號和背景信號由同一個A／D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。兩個D／A轉(zhuǎn)換器分別將真實(shí)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(jìn)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(fù)合成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號，送至顯示器。

圖8―5

SB―IRTV攝像機(jī)視頻處理電路方框圖

CCD驅(qū)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(kuò)散復(fù)位脈沖和從探測器到CCD的轉(zhuǎn)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(shí)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(jī)中，數(shù)字圖像運(yùn)算與處理采用高速微處理器，實(shí)現(xiàn)了智能化。

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器時的倍，對景物輻射的響應(yīng)時間只受探測器時間常數(shù)的限制，不再受光機(jī)掃描速度的影響?？梢詰?yīng)用在空間衛(wèi)星對地球表面研究和醫(yī)學(xué)上對皮膚表面、內(nèi)部組織器官的溫度分布檢測，特別在軍事上可應(yīng)用于夜視裝備、機(jī)載探測器和精確制導(dǎo)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。

8.2

X線電視

8.2.1

X線

1.Ｘ線的特性

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(guān)外,還與物質(zhì)密度有關(guān)。X線通過高密度物質(zhì)時,大部分射線被吸收；而對低密度物質(zhì)，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(nèi)高密度的武器，透過低密度的皮膚和肌肉看到體內(nèi)高密度的骨骼。

Ｘ線可使膠片感光，感光膠片沖洗成底片后可長期保存。經(jīng)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(jié)晶體時產(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進(jìn)行透視診斷。

Ｘ線照射人體組織時，細(xì)胞分子被電離分解受到破壞，有關(guān)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(hù)。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。

2.X線的產(chǎn)生

Ｘ線由Ｘ線源產(chǎn)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。

圖8―6

X線源示意圖

1)X線管

Ｘ線管又稱球管，是產(chǎn)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(chǎn)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99.8%轉(zhuǎn)變成熱能，能量的0.2%產(chǎn)生Ｘ線，Ｘ線從Ｘ線管窗口射出。

Ｘ線管陽極斜面上放射出Ｘ線的地方叫焦點(diǎn)，實(shí)際上它不是一個點(diǎn)而是一個小面。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。Ｘ線電視系統(tǒng)要求Ｘ射線源必須是小焦點(diǎn)Ｘ線管，最好用焦點(diǎn)面積只有0.1～0.3mm2的微焦點(diǎn)Ｘ線管。

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。

3)控制器

控制器用來控制Ｘ線源的工作，實(shí)現(xiàn)高壓電壓、高壓電流和曝光時間三個參數(shù)的調(diào)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(chǎn)生的Ｘ線波長越短，穿透能力就越強(qiáng)，適用于密度大的物體；千伏值越低，產(chǎn)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(chǎn)生Ｘ線的量成正比。

曝光時間，即產(chǎn)生Ｘ線的時間，以秒(s)為單位。

3.X線機(jī)及其缺點(diǎn)

上述Ｘ線源配上Ｘ線熒光屏就構(gòu)成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。但Ｘ線機(jī)必須在暗室進(jìn)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(jī)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(jī)。

8.2.2

X線電視系統(tǒng)

Ｘ線電視系統(tǒng)由Ｘ線源、像增強(qiáng)器、光學(xué)系統(tǒng)、攝像機(jī)、控制器和監(jiān)視器等設(shè)備組成，其框圖示于圖8―7。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。

圖8―7

X線電視系統(tǒng)方框圖

1.X線像增強(qiáng)器

Ｘ線像增強(qiáng)器是一種多電極靜電聚焦電子光學(xué)器件。Ｘ線圖像經(jīng)它轉(zhuǎn)換成為可見光圖像，并將圖像亮度增強(qiáng)。

Ｘ線像增強(qiáng)器由Ｘ線像增強(qiáng)管、殼體和電源三部分組成，如圖8―8所示。

殼體由坡莫合金襯里、鉛保護(hù)層和金屬外殼組成。坡莫合金襯里的導(dǎo)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(qiáng)管內(nèi)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(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。

圖8―8

X線像增強(qiáng)器示意圖

1)Ｘ線像增強(qiáng)管

Ｘ線像增強(qiáng)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(nèi)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(qiáng)管示意圖。輸入屏的構(gòu)成如圖8―9(a)所示，由外至內(nèi)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(nèi)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。

圖8―9

像增強(qiáng)管的構(gòu)造(a)輸入屏；(b)像增強(qiáng)管;(c)輸出屏

2)Ｘ線像增強(qiáng)管工作原理

Ｘ線穿過物體后，其強(qiáng)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(jīng)輸入窗投射到輸入屏，屏上的熒光物按Ｘ線強(qiáng)度分布激發(fā)出一幅熒光圖像。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)度相對應(yīng)的電子圖像，是被檢測物體的密度分布圖像。電子束經(jīng)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(qiáng)了的可見光圖像。

圖像亮度增強(qiáng)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(chǎn)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(shù)的發(fā)展，圖像增強(qiáng)管使用了光纖輸出面板，它能與帶光纖面板的CCD攝像機(jī)直接耦合，可以提高靈敏度，降低Ｘ線劑量。

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。若輸入視野可變，則稱為可變輸入視野圖像增強(qiáng)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(4.5英寸),30cm(12英寸)／23cm(9英寸)／15cm(6英寸)等可變視野增強(qiáng)管。

可變視野圖像增強(qiáng)管的結(jié)構(gòu)與固定視野像增強(qiáng)管的結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(qiáng)管的對稱軸改變電子束焦點(diǎn)的位置，從而改變輸入視野。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)牟课辉儆眯∫曇坝^察。

4)像增強(qiáng)管主要技術(shù)指標(biāo)及測量方法

(1)分辨率:Ｘ線圖像增強(qiáng)管分解圖像細(xì)節(jié)的能力。測量用的分辨率測試卡是一塊布有不同間距鉛條的板，一條鉛條與鉛條間的間隙組成一個線對，以單位寬度能區(qū)分多少線對來度量。測量時，把測試卡放在像增強(qiáng)器前，用放大鏡在像增強(qiáng)器輸出窗觀察，測得的線對數(shù)越多，分辨率越高。

圖8―10

可變視野像增強(qiáng)管示意圖通常把從輸入視野中心到20%視野半徑區(qū)內(nèi)的分辨率叫中心分辨率，把從輸入視野中心到視野半徑70%區(qū)內(nèi)的分辨率叫中間分辨率，把視野半徑70%到90%之間的分辨率叫邊緣分辨率。

(2)轉(zhuǎn)換系數(shù):在一定Ｘ線劑量下的輸出屏亮度。轉(zhuǎn)換系數(shù)高，增強(qiáng)管的靈敏度就高。測量時用劑量計(jì)探頭測出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(8―3)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。

若為可變視野增強(qiáng)管，則應(yīng)對各輸入視野進(jìn)行轉(zhuǎn)換系數(shù)測量。由于輸入屏邊緣離開Ｘ線管的焦點(diǎn)遠(yuǎn)，輸入屏表面是凸面，輸入屏邊緣Ｘ線入射劑量小，為了確定視野上的轉(zhuǎn)換系數(shù)變化情況，應(yīng)在視野上多取幾個點(diǎn)進(jìn)行測量。

(3)對比度:

像增強(qiáng)管輸出圖像最大亮度與最小亮度之比。增強(qiáng)管的對比度高，整機(jī)的對比度通常也高。測量時，在緊靠圖像增強(qiáng)器輸入面的中心放一個能遮住10%輸入視野的鉛盤，盤的厚度為6mm。用亮度計(jì)測出鉛盤圖像的中心亮度B1，記住測B1的位置后取出鉛盤。再把亮度計(jì)對著測B1的位置測出亮度B2，對比度C為（8―4）

(4)對比靈敏度：表征Ｘ線像增強(qiáng)管發(fā)現(xiàn)病灶的能力，常使用JEDEC透度計(jì)進(jìn)行測量。透度計(jì)是一個厚度為20mm的鋁盤，盤上鉆有一些直徑為6.5mm的盲孔（未鉆透的孔），盲孔深度為盤厚的1.5%～7%，盲孔的參數(shù)相對深度就用百分?jǐn)?shù)表示。測試時把透度計(jì)置于像增強(qiáng)器的輸入面上，增強(qiáng)管能檢測到的最淺盲孔深度值稱作增強(qiáng)管的對比靈敏度。能見到的盲孔深度越淺，像增強(qiáng)管的對比靈敏度越高。

2.光學(xué)系統(tǒng)

像增強(qiáng)管輸出屏的可見光圖像還要攝像、拍片，故需配上由轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、直角反射器和光分配器構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。

1)選用大孔徑光學(xué)系統(tǒng)

像增強(qiáng)管輸出屏的圖像亮度不高，在光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少光能量損失。因?yàn)橥哥R的像面照度與其相對孔徑D／f的平方成正比，故在Ｘ線電視設(shè)備中應(yīng)選用大孔徑光學(xué)系統(tǒng)。

2)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)

圖8―11是轉(zhuǎn)像系統(tǒng)示意圖。像增強(qiáng)管輸出屏圖像經(jīng)L1后變?yōu)槠叫泄?，而L2則將平行光成像于攝像機(jī)光電傳感器。在L1和L2間可以插入光分配器，為充分利用像增強(qiáng)管有效視野及攝像機(jī)CCD傳感器的光敏區(qū)，應(yīng)滿足的匹配條件為（8―5)式中，d1是像增強(qiáng)管輸出圖像直徑，d2是攝像機(jī)CCD傳感器的光敏區(qū)有效利用直徑，f1為L1焦距，f2為L2焦距。

L1、L2距離應(yīng)盡量短，以免產(chǎn)生光通量損失，造成圖像亮度不均勻，中間部分亮邊沿逐漸變暗。

3)直角反射器

有時需將電視攝像機(jī)和像增強(qiáng)器安裝成直角，這時應(yīng)設(shè)計(jì)一個直角反射器，如圖8―12所示。直角反射器中裝有一個和水平面成45°的平面反射鏡，它將入射光成直角反射。為保證光學(xué)準(zhǔn)直性，平面反射鏡與水平面所成的角度應(yīng)能微調(diào)。

圖8―11

轉(zhuǎn)像系統(tǒng)示意圖圖8―12

直角反射器示意圖

4)光分配器

為了同時進(jìn)行電視攝像和拍片，需要一個如圖8―13所示的雙通道光分配器。分配器中裝有一個半反射鏡，是一種特殊棱鏡，當(dāng)光線射到半反射面時，絕大部分光線被反射，少部分透過棱鏡。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于拍片時，主輸出90%供給拍片機(jī)，次輸出10%供電視監(jiān)視。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于電視攝像時，則用電機(jī)控制半反射鏡面旋轉(zhuǎn)，使大部分能量到達(dá)電視攝像機(jī)。

圖8―13

雙通道光分配器示意圖

3.攝像機(jī)

Ｘ線電視攝像機(jī)與通用電視攝像機(jī)主要不同點(diǎn)有：

1)圓消隱

為充分利用圖像增強(qiáng)管有效視野和攝像機(jī)CCD傳感器的光敏區(qū)，為符合醫(yī)療單位的觀察習(xí)慣，醫(yī)用Ｘ射線電視攝像機(jī)均采用圓消隱，即在監(jiān)視器熒光屏中央的一個圓的范圍內(nèi)觀看圖像。

2)寬高比為1∶1

與圓消隱相適應(yīng)，醫(yī)用Ｘ線電視攝像機(jī)掃描光柵的寬高比不是4∶3，而是1∶1，這樣還可以充分利用視頻通道的信息傳輸能力。在視頻通道帶寬相同、電子束聚焦正常的情況下，采用1∶1的寬高比后水平分辨率得到提高。

3)較高的分辨率和亮度鑒別等級

為了能夠發(fā)現(xiàn)被檢測物體密度極小的差異，Ｘ線電視攝像機(jī)必須有較高的亮度鑒別等級和分辨率。水平中心分辨率應(yīng)達(dá)到800線，故要求整個視頻通道的帶寬高于10MHz。

4.控制器

在Ｘ線電視系統(tǒng)中，Ｘ線是穿透密度不同的被檢測物體后到達(dá)圖像增強(qiáng)器輸入屏的，不同的被檢測物體對X線的吸收不一樣，所以到達(dá)圖像增強(qiáng)器輸入屏的Ｘ線劑量不同，引起輸出屏圖像亮度差別很大，以致監(jiān)視器熒光屏上不同被檢測體的圖像亮度差別明顯。同一被檢測物體各部位密度也不同，所以被檢測體各部位圖像亮度差別也很明顯。自動亮度控制就是當(dāng)被檢測體對Ｘ線吸收量發(fā)生變化時,變動Ｘ線機(jī)產(chǎn)生的Ｘ線劑量，以保證圖像增強(qiáng)器輸出屏亮度保持恒定，最終使得監(jiān)視器熒光屏上的被檢測體圖像亮度保持恒定。

在攝像時，攝像機(jī)的自動增益控制與自動亮度控制起著不同的作用。攝像機(jī)的自動增益控制電路可在較大的輸入信號范圍內(nèi)使輸出視頻信號幅度保持穩(wěn)定。但有時Ｘ線劑量已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該降低Ｘ線劑量；自動增益控制電路在輸入視頻信號較小時使輸出視頻信號幅度保持穩(wěn)定，但這時輸出視頻信號信噪比降低，圖像質(zhì)量差，不能獲得滿意的效果，應(yīng)該增加Ｘ線劑量。自動亮度控制系統(tǒng)的調(diào)整過程是慢速的，必須與調(diào)整速度快的自動增益控制電路配合工作。當(dāng)被檢測體對Ｘ線吸收量突然增大，攝像機(jī)輸入視頻電壓幅度減小到額定值的50%，這時自動增益控制電路立即起作用，增大可控增益放大器的放大量，使圖像亮度趨于恒定；自動增益控制作用在60毫秒后消失，自動亮度控制系統(tǒng)開始起作用，加大Ｘ線機(jī)產(chǎn)生的Ｘ線的劑量，使攝像機(jī)輸入視頻電壓幅度又恢復(fù)到額定值。

Ｘ線的輻射強(qiáng)度IX為(8―6)式中，K為比例常數(shù)；Z為Ｘ線管陽極靶材料的原子序數(shù)；I為Ｘ線管管電流，單位為mA；U為Ｘ線管管電壓，單位為kV。

式(8―6)示出Ｘ線機(jī)產(chǎn)生的Ｘ線劑量與Ｘ線管的管電流及管電壓之間的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用時，還要考慮Ｘ線的硬度。Ｘ線硬度不夠時，劑量再大也無法穿透被檢測體。Ｘ線的硬度取決于管電壓和Ｘ線管陽極靶材料的原子序數(shù)，管電壓越高，靶材料的原子序數(shù)越大，Ｘ線的硬度越大，穿透能力就越強(qiáng)。

5.Ｘ線電視系統(tǒng)的應(yīng)用

Ｘ線電視系統(tǒng)的應(yīng)用主要是在醫(yī)療方面。根據(jù)使用特點(diǎn)，X線電視系統(tǒng)可分為診斷機(jī)、定位機(jī)和治療機(jī)。

1)診斷機(jī)

診斷用Ｘ線機(jī)配上圖像增強(qiáng)器、光學(xué)系統(tǒng)和電視設(shè)備組成Ｘ線電視系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不必在暗室工作，Ｘ線劑量大約只有普通Ｘ線機(jī)的1/10。

供透視用的隔室透視機(jī)和供特種檢查用的遙控Ｘ線機(jī)使醫(yī)生完全脫離Ｘ線，這兩種設(shè)備都配上Ｘ線電視系統(tǒng)。前者將圖像增強(qiáng)器和X線機(jī)球管固定，而控制人體上、下、左、右移動；后者設(shè)有可在三維空間運(yùn)動的搖欄床并帶有機(jī)械手。

2)定位機(jī)

對腫瘤患者進(jìn)行放療前必須對病灶準(zhǔn)確定位，為此專門生產(chǎn)出一種模擬定位機(jī)，這種設(shè)備也必須配上X線電視系統(tǒng)。

3)治療機(jī)

各種各樣的Ｘ線電視系統(tǒng)也出現(xiàn)在臨床科室，成為外科醫(yī)生們手術(shù)治療中的重要手段。例如骨科機(jī)，供在Ｘ線下進(jìn)行骨科手術(shù)；導(dǎo)管機(jī)，供在Ｘ線下進(jìn)行心血管導(dǎo)管，安裝起搏器；碎石機(jī)則是為粉碎膽結(jié)石、腎結(jié)石和輸尿管結(jié)石而設(shè)計(jì)的。所有這些設(shè)備都離不開Ｘ線電視。Ｘ線電視系統(tǒng)還是一種很好的無損檢測手段，可用于工業(yè)探傷。因?yàn)樘絺茫鼐€機(jī)產(chǎn)生的Ｘ線硬度大，對人體傷害極大，不宜用肉眼在熒光屏上觀察，以前采用拍片辦法來檢查工件，膠片的消耗費(fèi)用很大，有的飛機(jī)制造廠每年要花上百萬元的膠片費(fèi)。為了節(jié)省費(fèi)用，可以采用探傷用Ｘ線電視系統(tǒng)。

8.3

微

光

電

視

當(dāng)我們從電視上動物世界欄目中看到夜間叢林中各種動物生活秘密的時候，一定會驚嘆攝像師高超的本領(lǐng)，利用夜幕掩護(hù)來接近動物充滿了危險(xiǎn)，怎樣在漆黑的夜晚攝取清晰的圖像呢？這就要靠微光攝像機(jī)。

微光電視的關(guān)鍵設(shè)備是微光攝像機(jī)。微光電視系統(tǒng)中的其他設(shè)備與普通電視系統(tǒng)是完全一樣的。

8.3.1

微光電視的特點(diǎn)

微光電視就是能夠在人不能看清景物的條件下，產(chǎn)生清晰圖像的電視系統(tǒng)。如能在星光條件下(10-4lx)工作的攝像機(jī)。在這樣的光照下，人眼已無法看清楚景物，而微光電視系統(tǒng)能夠在這樣的條件下攝取高質(zhì)量圖像。由于攝像器件的迅速發(fā)展，攝像機(jī)的靈敏度提高很快，可以在黃昏環(huán)境下(10-2lx)工作的攝像機(jī)品種很多，價格也很低廉，一般稱之為低照度攝像機(jī)，已把它列入通用攝像機(jī)的范疇。

微光電視提高了人在微光條件下的可見度，也提高了觀測目標(biāo)的清晰程度，但也有一定的局限性。微光電視的主要特點(diǎn)有：

(1)微光電視增強(qiáng)了從目標(biāo)反射的光線，在可見光范圍內(nèi)，提高了人的可見度。不同于非可見光電視和其他夜視手段，它是一種被動的、通過自身的增強(qiáng)作用來實(shí)現(xiàn)夜視功能的手段，利于保密。

(2)雖然提高了靈敏度和分辨力，圖像效果達(dá)不到白天觀察時的效果，因?yàn)樵谖⒐鈼l件下，景物本身的對比度和清晰度降低，色彩消失。而光的增強(qiáng)過程會引入新的噪波。

(3)微光電視分辨目標(biāo)的能力會受到氣候條件的影響。例如,在煙、霧、雨、雪中，微光電視所產(chǎn)生的圖像并不比人直接觀察或使用光學(xué)設(shè)備觀察的效果好。若沒有上述影響，微光電視的圖像就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人眼和光學(xué)設(shè)備。

(4)用微光電視系統(tǒng)攝取圖像，便于傳輸、記錄，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的觀察和遙控。

(5)微光攝像機(jī)的價格高，使用壽命也低，使用時需要注意的問題多，在應(yīng)用上受到一定的限制。

8.3.2

微光像增強(qiáng)器

微光像增強(qiáng)器作為一種光增強(qiáng)器件，能夠把較弱的輸入光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為相似的、比較明亮的光學(xué)圖像。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。像增強(qiáng)器把入射光成像在光陰極上，再從光陰極上發(fā)射光電子，并用幾千伏的電壓加速光電子，使在輸出屏聚焦的圖像得到增強(qiáng)。把它與CCD攝像器件耦合起來就可以提高攝像器件的光電靈敏度，實(shí)現(xiàn)微光攝像。微光像增強(qiáng)器本身也是一種直接觀察的夜視器件。

像增強(qiáng)器的種類很多。按工作方式可分為：連續(xù)工作、選通工作和變倍工作像增強(qiáng)器。按像管結(jié)構(gòu)可分為：近貼式、倒像式、靜電聚焦式和電磁復(fù)合聚焦式增強(qiáng)器。按發(fā)展階段則分為：第一代級聯(lián)式像增強(qiáng)器，第二代光纖面板陰極窗帶微通道板的像增強(qiáng)器，第二代半玻璃陰極窗帶微通道板的像增強(qiáng)器和第三代負(fù)電子親和勢光陰極像增強(qiáng)器。目前像增強(qiáng)器又出現(xiàn)了用第三代近貼管與第一代倒像管級聯(lián)構(gòu)成的超級倒像管(或稱雜交管)，

它工作在10-4～10-5lx極低照度下，增益達(dá)105倍。

目前像增