基于夜天光光谱匹配的微光像增强器信噪比研究

针对现有微光像增强器的信噪比实验室测试结果无法准确描述其在实际夜天辐射条件下工作时信噪比的问题,依据光阴极与夜天光光谱匹配关系和光量子噪声起伏理论推导了微光像增强器的输出信噪比理论计算模型.在基于典型微光像增强器参数对模型验证的基础上,计算了典型超二代和三代像增强器在实际夜天辐射条件下工作时的信噪比.结果表明,实际夜天...     

低磁控溅射率MCP防离子反馈膜工艺研究

为消除反馈正离子对三代微光夜视器件光阴极的有害轰击,提高微光像增强器的工作寿命,开展了低磁控溅射率法沉积微通道板（MCP）Al₂O₃防离子反馈膜的工艺研究。通过优化制备工艺,获得了制备MCP防离子反馈膜的最佳沉积条件：溅射电压1000V,溅射气压(4～5)×10^-2 Pa,沉积速率0.5nm/min等。研究结果表明：在此工艺条件下,能够制备出均匀、致密且通孔满足质量要求的MCP防离子反馈膜。如果偏离这一最佳工艺条件,制备出的MCP防离子反馈膜膜层疏松、不连续,且通孔不能满足要求。     

双近贴聚焦微光像增强器分辨力理论极限问题研究

分辨力和MTF是微光像增强器的2个重要参数。根据线性系统傅里叶频谱理论,分析了微光像增强器的MTF和分辨力特性。 计算出理想条件下,基于光阴极/MCP/荧光屏3部件结构以及带内电子增益机制的光阴极/荧光屏2部件结构的近贴聚焦像管的理论极限分辨力。它们分别是96.6lp/mm和98.1lp/mm。该结果可供人们改进像管MTF及分辨力特性时参考。     

微光高速电影摄影

低照度、低对比下的高速摄影不断增长的需要促进了新型摄影系统的发展,其中在镜头与高速运动胶片之间加入象增强器所构成的微光高速摄影可使摄影的灵敏度有显著的提高。它具有高光增益、高成家质量的优点。同时由于高速电子快门取代了机械快门,使此类摄影系统面目一新。由于高的光增益,使此摄影系统的信息记录能力大大增加,高速摄影的信息量I为: I=PFn²[log₂(1+SN)]g^2/3其中g=t_p/t_e((时间间隔)(曝光时间))当采用微光高速电影摄影时,它的信息量Γ为: Γ=PFn′²[log₂(1+S/N)](Gg)^2/3 I′/I=(n′/n)²G^2/3G通常为5×10到10⁴倍本章讨论了微光高速摄影系统中主要器件和主要技术。介绍了国外此摄影系统的发展水平与动向以及我国的应用前景。     

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。     

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。     

微光像增强器信噪比与MCP电压关系

为了揭示微通道板电压的变化对微光像增强器信噪比的影响,进一步优化像增强器的性能,分别测试出超二代和三代微光像增强器的信噪比随微通道板的电压变化曲线,前者在微通道板电压为600 V～800 V时,信噪比单调增加到25.9,在800 V～900 V时,信噪比在25上下震荡并呈下降趋势,在900 V～1 000 V时,迅速下降到21.8;而后者当MCP电压在800 V～1 000 V时,单调增加到27.87,在800 V～1 180 V时,则在26.61～28.66之间震荡.通过对微通道板噪声因子的理论分析,指出进一步降低微通道板噪声因子,改善微光像增强器信噪比的方法.     

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。     

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。     

微光像增强器图像传递信噪比的测试研究

图像传递信噪比是微光像增强器的重要特性参数．能够全面定量地表征像增强器在探测弱辐射图像时的综合性能，对于确定像增强器的图像探测灵敏闽具有重要意义。针对其测试原理．采用高灵敏度低噪声CCD器件作为像管输出图像的探测接收器．并引入数字图像处理技术。利用设计的测试系统实现了典型目标图像传递信噪比的自动测试．多次实验结果表明．陔测试系统具有测试过程自动快速及测试数据准确稳定的优点．相同测试条件下的不确定度优于±3%。     

微光电视成像系统表征方法

在分析微光电视成像系统的基础上,提出了适用于微光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及生成方法;针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系统,建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型;引入３维噪声理论模型表征了微光成像系统的噪声;最后,提出了微光电视图像噪声抑制算法的评价方法。仿真结果表明：经微光系统传递后,图像中的高频信息变模糊,加入噪声后,信噪比降低;而经过5帧平均算法后的图像质量明显改善,对比度增加。     

微光电视成像系统表征方法

 在分析微光电视成像系统的基础上，提出了适用于微光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及生成方法；针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系统，建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型；引入３维噪声理论模型表征了微光成像系统的噪声；最后，提出了微光电视图像噪声抑制算法的评价方法。仿真结果表明：经微光系统传递后，图像中的高频信息变模糊，加入噪声后，信噪比降低；而经过5帧平均算法后的图像质量明显改善，对比度增加。     

Apparent distance theory revision for low-light-level night vision system based on noise factor

This paper introduces basic concept of the detection range of a low-light-level (LLL) imaging system, and on the basis of previous derivation of visual distance detection equation for the LLL imaging system, the influence of noise factor on visual distance of LLL night vision system is discussed emphatically. Image intensifier is the most important part of LLL night vision device and SNR is one of the important parameters of micro-light image intensifier, whose value determines the detection distance and image sharpness of LLL imaging system in low-light conditions. In this paper, using system noise factor relation, by modifying the noise factor, a more practical and perfect horizon detecting equation is established, and the horizon estimation is carried out with the experiment, and the practicability of the corrected Horizon formula is verified. It has a certain guiding significance for improvement of the LLL imaging system and the development of night vision technology.     

CCD摄像机的输出调制度阈值分析

应用数理统计学的有关内容对CCD输出信号中的随机噪声进行了相关分析。引入了“噪声等效调制度”这一概念 ,利用计算机模拟技术对摄像机成像时所产生的随机噪声进行了模拟与计算。通过计算机模拟 ,推导出了噪声等效调制度与CCD摄像机系统信噪比之间的关系。将信噪比对CCD摄像机成像质量的影响予以量化 ,并对摄像机的输出调制度阈值进行了分析与计算     

基于神经网络的航天光学遥感器在轨信噪比测试方法

提出一种基于神经网络的航天光学遥感器在轨信噪比的的测试方法。通过模拟得到了大量的包含有不同信噪比等级的遥感图像,并将其作为网络训练和测试的样本。通过对遥感图像进行分析,找到了分别与景物结构和噪声有关的特征向量,并将其作为神经网络的输入。在对大量样本图片进行训练后,可完成对由遥感器传输下来的任意一幅地面景物图像进行信噪比的测试,从而避免了传统方法对特定地面景物目标在成像测量中的诸多弊端,平均测量误差约为10%。     

微光像增强器噪声功率谱测试研究

在微光像增强器成像中 ,迭加在图像上的时空域噪声 ,不仅限制系统可工作的最低照度 ,而且使显示图像有随机蠕动颗粒闪烁的外观。适用的噪声性能测试分析技术则可为改善已有系统的成像质量、研制新型高性能的微光成像器件与系统提供必要的基础和客观依据。通过用CCD对像增强器噪声功率谱的测试发现像增强器噪声主要集中在低频部分 ,高频段的噪声近似为白噪声。     

大孔径静态干涉成像光谱仪的信噪比分析

根据大孔径静态干涉成像光谱仪的原理和特点,分析了光辐射能在光学系统内的传输情况,对探测器上接收到的光辐射能信号和噪音信号做了详细的推导,得到了仪器理论信噪比的表达式.在实验上以大口径积分球为辐射源,采集仪器输出的干涉图像,计算得到仪器的实际信噪比曲线,对大孔径静态干涉成像光谱仪的理论信噪比曲线与实际的信噪比曲线做分析比较,结果验证了用推导的论信噪比的表达式来预估仪器信噪比的可行性.     

基于四波段图像融合的彩色夜视方法研究

为了在低照度条件下获取目标的彩色图像,提高夜间对目标的识别能力,提出了基于四波段图像融合的彩色夜视方法.采用F-P滤光片设计出了透射中心在三基色光中心波长及近红外波段的四波段滤光片,在各个透射区域的平均透射率均达90%以上;将四波段滤光片设计成圆形滤色轮结构,用分光计测得了各波段滤光片的光谱透射性;对加入滤光片后的系统信噪比进行了分析和计算,分析结果表明加入滤光片不会引入噪声,计算结果表明加入蓝色、绿色、红色和近红外波段滤光片的成像系统的信噪比分别是原来单色微光夜视系统信噪比的19.59%、38.45%、47.28%和46.70%.借助国产超二代像增强器在微光实验室进行了四波段图像采集及彩色图像融合实验,实验时光照度分别为1×10~(-3)lx和1×10~(-1)lx,对获取的图像质量进行了评价.结果表明:在照度为1×10~(-3)lx时,融合的彩色图像在均值、方差和熵这三项指标上均优于过滤后的蓝色和绿色的单色图像,且由于彩色图像中利用了近红外图像进行增强,使得彩色图像亮度更高,颜色分辨性更好;在照度为1×10~(-1)lx时,融合后的彩色图像的信息熵比红、绿、蓝三种基色图像的大,彩色图像携带的信息量更大.本文的研究对彩色夜视成像系统的设计和研发具有借鉴和指导意义.     

Resonance behavior for an underdamped bistable system driven by square-wave signal and multiplicative noise

The stochastic resonance (SR) behavior for an underdamped bistable system driven by square-wave signal and multiplicative noise is investigated. Under the adiabatic approximation condition, the expression for the system output signal-to-noise ratio (SNR) is obtained. The analysis results show that stochastic multi-resonance phenomenon occurs when the SNR varies with the intensities of the multiplicative and additive noise. SR phenomenon can be observed on the curves of the SNR versus the system bias, versus the amplitude of the dichotomous noise and versus the amplitude of the square-wave signal. Moreover, the SNR varies non-monotonously with the variety of other system parameters.     

Contrast-enhanced MR angiography with frequency-dependent mask subtraction

One of the main challenges for high-resolution contrast-enhanced magnetic resonance angiography (CE-MRA) is the limited signal-to-noise ratio (SNR). In conventional CE-MRA, spoiled gradient-recalled echo sequence is typically used to acquire raw data before and after contrast material injection, followed by mask subtraction to improve vessel contrast at the cost of increased image noise. We reported here on a frequency-dependent mask subtraction technique where only low spatial frequency data were subject to mask subtraction to improve image contrast and reduce motion artifact while high spatial frequency data were not subtracted to preserve image noise level. The feasibility of this technique was demonstrated through phantom, animal, and human volunteer studies. The lowest half, quarter, 1/8 and 1/16 of all spatial frequencies were subject to mask subtraction, respectively. These partial subtraction techniques were compared with conventional mask subtraction in terms of SNR and artifact power. An SNR gain up to 37% was achieved without significant artifact power increase for quarter-subtraction where only the central one quarter k-space data were subject to mask subtraction.