三代微光像增强器信噪比测量技术研究

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置,测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统,实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术,通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法,解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。     

照度对测量三代微光像增强器MTF的影响分析

通过探讨像增强器MTF测试仪用光源的出射光照度对测量结果的影响,对透过测量狭缝的光强分布进行了分析.调节狭缝面的入射光照度,对不同照度作用下的调制传递函数进行了对比测量,经与微光像增强器的饱和输出亮度比较,得出:三代微光像增强器的MTF测试值随入射光照度分布呈抛物线分布,其最大值与微光像增强器的自动亮度控制特性有关.适当选择入射光照度,可确保被测像增强器既有足够的输出信噪比,而不进入饱和区域.     

基于P31荧光粉的像增强器余辉测量方法研究

荧光屏余辉在高帧频速光子计数等系统应用中起着决定性作用。GJB 7351-2011《超二代像增强器通用规范》荧光屏余辉试验方法中规定光脉冲作为激励源，该方法中光脉冲激励源停止后光源照度下降缓慢，造成在短余辉粉（μs级）和中余辉粉（ms级）的余辉时间测量中测试结果不准。针对该问题，提出了一种在光照持续工作状态下，用光电阴极电压脉冲信号作为激励源的荧光屏余辉测试方法，该方法中光电阴极超快响应时间（一般为1 ns左右）和脉冲电压信号的较短边沿时间（一般可控制在10 ns以内）特性改善了激励源自身时间响应对荧光屏余辉测试结果准确性带来的影响。基于该方法建立了一套微光像增强器荧光屏余晖测量装置，对P31荧光粉的国产三代微光像增强器余辉进行了重复性测量，对测量不确定度进行了误差分析，其扩展不确定度为3.2%，达到了传统光电测试仪器的准确度要求，可满足微光像增强管荧光屏余辉测量的要求。该研究成果为更高性能产品提供了一种检测手段。     

像增强器的光生背景噪声对微光目标质心探测精度的影响及其抑制方法

 像增强器作为微光探测器件，在天文目标观测、空间目标捕获、跟踪和瞄准以及生物荧光光谱探测等方面发挥越来越大的作用。重点讨论了在微弱亮度的空间点目标探测应用中，像增强器的光生背景噪声对目标质心探测的影响。实验和分析表明，像增强器的光生背景噪声是由目标信号寄生而来的，并且呈现散粒噪声特性，无法采取屏蔽环境背景杂光、阈值去背景等方法来消除光生背景噪声，对目标信号质心探测的影响很大。提出一种减小这种影响的质心计算方法，实验证明是有效的。     

像增强器综合测试用光源照度调变技术研究

为了获得微光像增强器综合性能测试中光源输出不同光照度,对传统的光源结构以及存在的局限性进行了分析.根据综合性能测试中对光源照度的不同要求,借助积分球对光线的漫反射作用和微度计控制光栏改变光输入量的连续性,解决了光源输出光照度大范围连续调变功能的问题,对改进后的光源照度输出范围及均匀性进行了测量,得到该光源的出射光照度为2.5×10-5 lx～680 lx,出射光均匀度为2.3%,该方法适用于像增强器的各种性能参数测试.     

用光电倍增管测量微光像增强器噪声

在微光像增强器成像中，迭加在图像上的时空域噪声，不仅限制系统的可工作最低照度，而且使显示图像有随机蠕动颗粒闪烁的外观。随着低噪声、高增益的光电倍增管的出现，比较精确地测量微弱光信号成为可能。在此基础上提出了采用光电倍增管来测试像增强器信噪比的方法。实验中发现，这种方法能比较准确并直观地反映像增强器噪声的大小。     

基于三代微光ICCD成像装置的目标对比度影响因素测试分析

微光夜视整机可以在夜间光照条件较差的情况下，对目标实施有效观察，而夜间观察目标对比度是整机作用距离影响因素中的重要指标。为满足微光夜视整机夜间观察理论分析及试验对目标对比度数据的迫切需求，基于三代微光像增强器具有与星光条件下自然光辐射光谱良好匹配的使用特性，搭建了基于三代微光ICCD的成像装置。并从微光成像系统的能量传递链及光电子成像系统的视觉特征方程分别推导环境光照度和目标-背景反射率比与对比度关系。在暗室和夜天光条件下开展了对比度试验，试验结果证明，当照度处于三代微光像增强器照度-亮度的线性相关照度区间[E_s, E_m]时，对比度与照度无关；对同一目标及背景采集图像，目标-背景反射率越接近1，对比度越小。     

三代微光像增强器分辨力自动测量系统

传统的像增强器分辨力测量通常采用目视观察法,但目视法受人的主观因素影响,测量准确度不高。为改善目视观察法带来的弊端,设计了三代微光像增强器分辨力自动测量系统。系统中选用了科学级制冷型CCD与计算机构成观测系统,采集微光像增强器荧光屏上的分辨力靶图像通过计算机进行图像处理和软件分析计算,得出三代微光像增强器分辨力,并与人眼观测结果进行比较。     

微光像增强器信噪比理论极限问题研究

信噪比是微光像增强器的重要参数之一,其值的高低决定着微光成像系统在低照度条件下的探测距离和图像清晰度。根据线性系统信噪比链理论, 借助系统噪声因子关系式,分析了微光像增强器的理论极限信噪比(S/N)_limit。在系统各级不附加任何噪声（即N_F=1）,或仅受输入光子及光电子数涨落噪声限制的理想条件下,给出像管不同量子效率（η）之最大信噪比(S/N)_limit的表达式;在η=1的极限情况下,求得该像管的理论极限信噪比(S/N)_limit≤64。     

小样本光子图像的统计处理

讨论了一种对小样本光子图像的统计处理方法。在超微弱发光的研究中（例如细胞的超微弱荧光）,由于发光强度极弱,需要用像增强器对超微弱发光图像进行增强得到可视图像,超微弱发光图像不可避免地受到像增强系统暗噪声及背景噪声的影响,使光子图像湮没在噪声中。为从原始图像中检验出信号,根据信号光子和噪声光子的不同统计分布,运用信号检测与的方法判断光子是否属于信号光子,并得到一简明的判据,由此判据剔除图像中的噪声光子,得到信噪比改善的光子图像。并用此方法处理了人掌的超微弱发光光子图像。     

人体目标光谱特性对微光像增强器视距的影响

为研究不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响,以夜天空辐射光谱特性和常见衣服的光谱反射系数为基础,建立了人体目标的反射光谱分布方程,分析了人体目标穿着不同材质和颜色衣服时的反射光谱特性,并从微光像增强器视距实际探测方程出发,讨论了微光像增强器对不同人体目标的探测能力。发现不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响主要体现在平均反射率和目标背景初始对比度C₀方面,棉质衣服的反射系数和光谱反射强度比涤纶衣服高,微光像增强器对穿着棉质衣服的人体目标的探测能力更强。微光像增强器对穿着同样颜色棉质衣服的人体目标的视距比穿着涤纶衣服远,对穿着浅色衣服的人体目标的视距比穿着深色衣服远,在满月情况下像增强器对衣服的材质更敏感。     

Development of afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier北大核心CSCD

The time characteristics of fluorescent screen is one of the important parameters to evaluate the performance of image intensifier. At present, there is no measurement method for the afterglow time of nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier. Based on the traditional test scheme of image intensifier afterglow time, a afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen was developed. This system used a high-speed signal generator with the sampling rate of 250 MHz to complete the excitation of the laser diode light pulse, and a photomultiplier tube was used with the descending time of 0.57 ns to complete the photoelectric conversion of the fluorescent screen light signal. The weak photocurrent signal of μA magnitude was amplified and converted to a single-terminal differential circuit to complete the AD conversion in AD9684. Then the digital luminance information of the fluorescent screen was stored in the double data rate SDRAM (DDR) unit after field programmable gate array (FPGA), and the host computer sent instructions to read the DDR memory. The USB3.0 high-speed transmission protocol was used to transmit data to the host computer. In the data processing, the Kalman filtering and fast finding falling edge algorithm were used to realize the accurate measurement of noise filtering from collected data and afterglow time. The test results show that the proposed afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen can effectively test the image intensifier with ultrafast optical characteristics. The afterglow test results of P47 phosphor reaches 118.094 4 ns, and the repeatability reaches 2.08%. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

像增强器光阴极在热冲击环境下噪声频谱分析

利用自行设计的CMETS005型检测与光谱测试系统对微光瞄准镜进行测试,完成了像增强器光阴极在热冲击环境下的噪声频谱特性测试。试验与分析结果表明:像增强器经过温度冲击后的噪声功率谱在0~1kHz范围内随频率增加而变化较大,呈1/f噪声特性。当环境温度升高时,光电阴极中的热致电流密度增大,从而导致微光瞄准镜观察景物图像时的对比度与鉴别率降低,最后引起夜视系统探测目标性能的下降。     

基于微光像增强器的偏振成像系统设计与实验

为验证用微光像增强器实现偏振成像的可行性,根据偏振成像原理,设计了基于分时型偏振成像技术的微光偏振检偏器。选用三代像增强器和高动态范围数字CCD,设计了相应大口径成像物镜和中继光学耦合透镜,获得了高透过率、高调制函数（MTF）的图像耦合性能。采用数字CCD、数字图像采集卡,编写了相应图像处理软件,实现了实验室和野外微光条件下的人造目标和自然景物的偏振探测成像。结果表明,原始图像中目标与背景对比度之比为1.35,基于微光像增强器的偏振成像系统的目标与背景对比度之比为2.35,微光偏振成像能够提高夜间环境下人造目标和自然背景的对比度。     

微光图象光子计数器象管光子增益测试研究

本文介绍了微光图象光子计数器象管的主要构成及其与常规二代微光象增强器的区别.在论述单通道光子计数技术原理的基础上,提出了微光图象光子计数器象管的主要参数-光子增益的测试原理和方法,建立了测试系统.对微光图象光子计数器象管的光子增益进行了实测,并将测试结果与常规二代微光象增强器的亮度增益进行了比较,给出了光子增益的估算公式.