三代微光像增强器亮度增益测量装置

 微光像增强器是微光夜视仪的核心器件,它是微光夜视整机性能和价格的决定因素。微光像增强器是在微弱的光线下工作的 ,因此必然是光能放大器。亮度增益是评价微光像增强器光电性能的一个重要参数,它直接影响了微光整机的性能,因此,对像增强器的亮度增益测试技术的研究具有重要意义。文中介绍了三代微光像增强器的亮度增益测量原理和装置,并对测量结果进行了不确定度评定。     

光子计数法测量微光像增强器背景噪声分布特性

针对微光像增强器噪声特性,理论上分析了微光像增强器背景光子噪声特点。设计了采用光子计数法及使用类针孔微弱光照度计对微光像增强器的背景噪声进行测量的方案。在三代微光像增强器信噪比测量装置中,采用类针孔微弱光照度计对微光像增强器无光照时荧光屏上Ф0.2 mm光斑的照度进行了测量实验。对于空间特性,以荧光屏中心点为圆心的同心圆上照度值不均匀性小于1%;对于时间特性,在微光像增强器工作大约270 min后,荧光屏中心点照度值会达到稳定状态。以各个空间点和时间点照度值为基础分析了无光照时像增强器背景噪声在时间和空间的分布特性,为评价微光像增强器的噪声特性提供了数据支持。     

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.     

微通道板像增强器的调制传递函数的测量与研究

根据狭缝法测量调制传递函数（MTF）的理论,建立了微通道板（MCP）像增强器的MTF测量装置.利用CCD相机测量像增强器对狭缝的空间响应,得到系统的线扩散函数(LSF),经过傅里叶变换求出MTF.实验测量了两种MCP像增强器的MTF,得到的极限分辨率与厂家标定值一致.在不同的工作偏压下以及不同的像面位置处的MTF测量结果表明,像增强器的空间分辨能力随着光阴极偏压的升高逐渐提高并趋于稳定.随MCP偏压的升高而迅速下降,在一定的电压范围内不随荧光屏电压的变化而改变；像增强器在不同像面位置处的空间分辨能力变化较小.     

MCP输入电子能量与微光像增强器信噪比的关系

为了提高MCP像增强器亮度增益,在微光像增强器中采用了新的电子倍增机构,即微通道板（MCP）,并对作为电子倍增结构MCP的噪声产生机理进行分析。在MCP其他参数不变的条件下,通过调整MCP入射电子的能量和入射电子角度分布,优化了MCP最佳工作信噪比的工作条件,实现了优化MCP像增强器信噪比,提高了MCP像增强器的亮度增益。     

一种新的微光像增强器综合测试系统

描述一种具有单一光源的微光像增强器综合测量系统，系统可以测试微光像增强器光量子类的阴极光灵敏度、辐射灵敏度、亮度增益，等效背景照度、输出信噪比、亮度均匀性和几何类的分辨率、畸变、图像同轴性、中心放大率等指标，系统对各个指标测量的不确定度优于５％。     

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。     

基于机器视觉的微光夜视仪整机检测系统设计

设计并研制了微光夜视仪整机检测系统,采用CCD器件作为被检仪器输出图像的探测接收器,可在微光夜视仪完整状态下对像增强器进行检测。提出微光夜视仪整机状态下像增强器性能的检测参数,并分析了其检测原理与综合测试方法。通过对检测仪的伸缩式结构、光学系统、CCD选型和检测软件算法等部分进行设计,实现了一台检测仪能够对视场中心分辨力、亮度增益、视场亮度均匀性及视场亮度稳定性等多个性能参量的测试。试验结果表明,检测系统的测试误差在3%以内。     

三代微光像增强器分辨力计算理论模型

分辨力和传递函数MTF是微光像增强器的2个重要参数。长期以来，人们对于三代微光像增强器阴极发出的电子初能量分布没有统一的认识，从而没有一个公认的分辨力和MTF计算模型。通过理论分析和假设，给出一定条件下一个分辨力计算模型。把实际测得的第一近贴距、第二近贴距、阴极电压和荧光屏电压等数值代入分辨力计算模型中，可以得到分辨力理论值。经与实际测量值进行比对，发现二者偏差值在12.3%以内，此理论模型基本符合实际需求。该分析方法和所得结果有一定实用价值，可作为设计三代微光像增强器的技术参考。     

微通道板像增强器动态范围测试技术研究

研究了微通道板像增强器动态范围特性，分别分析了以亮度增益、信噪比和分辨力等参数作为判断微通道板像增强器动态范围依据的可行性，形成了以分辨力和输出亮度为评判依据的微通道板像增强器动态范围测试方法，搭建了相应的动态范围测量装置，并对测量装置的组成部分进行了限制设计。对微通道板像增强器动态范围测试装置的分析显示：建立的测量装置可以实现10-5～103lx的较宽动态范围测量，能够满足微通道板像增强器动态范围测试的要求。     

像增强器MTF测量理想像面选择方法研究

为了能够获得准确的调制传递函数测量结果,对测量系统中投射图像的理想成像面进行选择性调节。通过对微光像增强器调制传递函数测量系统光学成像性质的深入分析,讨论了光学系统的像差特性,利用平均中点取值法实现了微光像增强器调制传递函数测量中对理想成像面的选择。通过与微光像增强器已有测量结果的对比,证明所述方法能够保证微光像增强器调制传递函数测量的准确性。     

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。     

低照度条件下三基色获取及真彩色融合方法研究

鉴于低照度条件下彩色成像都是采用微光、红外、紫外等波段图像融合成假彩色,提出一种利用滤光片过滤和像增强器增强的三基色获取及真彩色融合方法。采用F P滤光片设计出了透射中心在三基色光中心波长的三基色滤光片,对其光谱透过性进行分析;通过旋转三基色滤色轮将目标反射光过滤,使用像增强器对过滤后反射光增强,借助FPGA编写的控制程序实现滤色轮转速和CCD摄像机成像时间的精确同步,利用CCD摄像机获取经增强后的三基色图像,实现目标三基色图像的动态采集。研制的样机在微光实验室进行了三基色采集及融合实验,实验时光照度分别1×10-1 lx （等效于月光下）和1×10-3 lx（等效于星光下）,采集速度设置为60 f/s,对获取的图像质量进行了评价。结果表明:在照度为1×10-1 lx时,融合后的真彩色图像在灰度均值、灰度方差和信息熵3项指标方面,比3幅单色图像的平均值分别提高了5.06%、5.97%和1.08%;在照度为1×10-3 lx时,融合后的真彩色图像与3幅单色图像的平均值分别提高了13.18%、-9.86和8.65%。     

光纤倒像器调制传递函数测试结果的加权修正

狭缝式调制传递函数测试系统可以测试光纤倒像器的调制传递函数,但由于测试过程中较多的人工参与,使得调制传递函数测试结果的重复性较差。针对影响光纤倒像器调制传递函数测试重复性的数据采样、积分时间以及人眼疲劳特性进行了分析,给出了针对数据采样和积分时间的解决方法,针对人眼疲劳特性提出了基于人眼时间递增因子的加权修正方法。对6块光纤倒像器的调制传递函数进行了三批次测试,并对测试结果进行了直接校正和加权修正的比较,结果表明:加权修正较好地解决了测试重复性问题,被测6块光纤倒像器加权修正后的调制传递函数最大重复性偏差不超过7%。     

磁镜阵列像增强器的调制传递函数研究

基于三代近贴式像增强器,设计了磁镜阵列装置的结构,从理论上计算了该装置的调制传递函数以及将其引入像增强器后整体的调制传递函数,以此来分析对成像质量的影响.通过对实际参量绘制的调制传递函数曲线分析,得出磁镜阵列装置在X、Y方向的极限分辨率分别为117 lp/mm、121 lp/mm,奈奎斯特频率处的调制传递函数值分别为0.55、0.59,同时磁镜阵列像增强器的极限分辨率也分别达到了87 lp/mm、89 lp/mm,相应的奈奎斯特频率处的调制传递函数值为0.49和0.52.结果表明X和Y方向的调制传递函数曲线之间差异较之磁镜阵列装置变小,这对保证成像质量起到了积极的作用.文章为进一步深入研究磁镜阵列像增强器提供了重要的理论依据.     

紫外像增强器辐射增益测试系统设计

针对辐射增益是紫外像增强器的主要性能参数,决定着紫外像增强器的综合性能,提出一种用于测试紫外像增强器辐射增益的测试仪,测试波长范围为200 nm~400 nm,亮度测量视场角可选(1/8)、(1/4)、(1/2)、1、2、3。通过改变微通道板电压、阴极电压和荧光屏电压等参数,完成对紫外像增强器的辐射增益测试,测试结果表明:测试曲线变化趋势和紫外像增强器的工作特性相吻合,入射紫外辐射强度调节范围为10-11W/cm2～10-7W/cm2,辐射计最低探测强度可达10-11W/cm2,最低亮度探测阈值可达310-4cd/m2,辐射增益测试重复性优于8%。     

微通道板电子输运特性的仿真研究

对微通道板(Micro-Channel Plate,MCP)的电子输运特性进行仿真研究.利用数值方法分析微光像增强器电子光学系统,得到电场分布.通过电场分布追踪MCP电子运动轨迹,确定电子在荧光屏像面上的落点分布.据此研究MCP电子输运,分析斜切角、通道直径及两端电压对电子输运、像增强器调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)及分辨率的影响.结果显示,当MCP斜切角为14°、通道直径为5.0μm、两端电压为900 V时,MCP具有良好的电子输运特性,像增强器MTF特性好,分辨率高.