RU2535299C1 - Apparatus for recording images in wide illumination range - Google Patents
Apparatus for recording images in wide illumination range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2535299C1 RU2535299C1 RU2013134684/07A RU2013134684A RU2535299C1 RU 2535299 C1 RU2535299 C1 RU 2535299C1 RU 2013134684/07 A RU2013134684/07 A RU 2013134684/07A RU 2013134684 A RU2013134684 A RU 2013134684A RU 2535299 C1 RU2535299 C1 RU 2535299C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- maximum
- image
- voltage
- matrix
- Prior art date
Links
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам регистрации изображений в широком диапазоне освещенности. Устройство может быть использовано в различных оптоэлектронных системах, служащих для научных и специальных применений, для регистрации изображений в выделенных диапазонах спектра излучения, например в инфракрасном (ИК) или ультрафиолетовом (УФ) диапазоне. Например, данное устройство может быть использовано в системах обнаружения реактивных объектов по характерному УФ следу, остающемуся за соплом реактивного двигателя.The invention relates to means for recording images in a wide range of illumination. The device can be used in various optoelectronic systems for scientific and special applications, for recording images in the selected ranges of the radiation spectrum, for example in the infrared (IR) or ultraviolet (UV) range. For example, this device can be used in reactive object detection systems by the characteristic UV trace remaining behind the jet engine nozzle.
Известны устройства регистрации изображений, выполненные на основе соединения усилителя яркости с матричным фотоприемником, например прибором с зарядовой связью (ПЗС матрицей).Known devices for recording images made on the basis of the connection of the brightness amplifier with a matrix photodetector, for example, a charge-coupled device (CCD).
Так, в патенте США №5220164 от 30.04.1992 (заявитель General Atomics) описан лидарный ресивер, служащий для формирования изображения и измерения расстояния до объектов. Ресивер представляет собой усилитель яркости, состоящий из прозрачного фотокатода, электронного умножителя в виде микроканальной пластины (МКП) и анода, покрытого люминофором и имеющего тонкий металлический слой. Данный ресивер оптически соединен с ПЗС камерой и интегрирован в систему слежения лидарного типа. Технический результат данного изобретения заключается в том, что лидарный ресивер служит одновременно как для формирования изображения наблюдаемого объекта, так и для получения информации о расстоянии до него. Это достигается за счет использования металлического слоя на аноде, благодаря которому можно регистрировать мгновенный ток сигнала, и обрабатывая его определенным образом, получать информацию о расстоянии до регистрируемого объекта.So, in US patent No. 5220164 04/30/1992 (Applicant General Atomics) describes a lidar receiver, which is used to form images and measure the distance to objects. The receiver is a brightness amplifier, consisting of a transparent photocathode, an electron multiplier in the form of a microchannel plate (MCP) and an anode coated with a phosphor and having a thin metal layer. This receiver is optically connected to a CCD camera and integrated into the lidar type tracking system. The technical result of this invention lies in the fact that the lidar receiver serves both to form an image of the observed object, and to obtain information about the distance to it. This is achieved through the use of a metal layer on the anode, due to which it is possible to register the instantaneous current of the signal, and processing it in a certain way, to obtain information about the distance to the recorded object.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что устройство не обеспечивает достаточного усиления изображения, необходимого для решения задач современного уровня техники. Устройство работает только в системах с мощной лазерной подсветкой объекта наблюдения. Оно не способно зарегистрировать слабый световой сигнал, исходящий непосредственно от объекта, т.е. данное устройство не может эффективно регистрировать сигналы в так называемом пассивном режиме работы (без лазерной подсветки).The disadvantage of this technical solution is that the device does not provide sufficient image amplification necessary to solve the problems of the modern level of technology. The device only works in systems with powerful laser illumination of the observation object. It is not able to detect a weak light signal coming directly from the object, i.e. this device cannot effectively register signals in the so-called passive mode of operation (without laser illumination).
Известен патент РФ на изобретение №2446613 от 26.05.2010 «Устройство регистрации изображений, сформированных с помощью излучения». Данное устройство предназначено для использования в системах скоростной цифровой съемки быстропротекающих процессов.Known RF patent for the invention No. 2446613 dated 05/26/2010 "Device for recording images formed using radiation." This device is intended for use in high-speed digital shooting systems of fast-moving processes.
Устройство включает усилитель яркости в виде импульсного электронно-оптического преобразователя (ЭОП) бипланарного типа, принимающего электромагнитное излучение (ЭМИ) видимого диапазона, узел переноса изображения с экрана ЭОП на вход матрицы, чересстрочную ПЗС матрицу, блок управления и блок питания. Блок управления содержит формирователь прямоугольных высоковольтных импульсов напряжением 10-15 кВ, являющийся запитывающим узлом для ЭОП, и формирователь длительности импульсов, служащий для синхронизации времени работы ЭОП с ПЗС матрицей. Данное устройство имеет увеличенный динамический диапазон регистрируемого изображения за счет большого регулируемого коэффициента усиления, который обеспечивается возможностью изменять напряжение на ЭОП в широком диапазоне значений. Устройство принято в качестве прототипа.The device includes a brightness amplifier in the form of a biplanar type pulsed electron-optical converter (EOP) that receives electromagnetic radiation (EMP) of the visible range, an image transfer unit from the image intensifier screen to the matrix input, an interlaced CCD matrix, a control unit and a power supply. The control unit contains a shaper of rectangular high-voltage pulses with a voltage of 10-15 kV, which is the power supply unit for the image intensifier tube, and a pulse duration shaper, which serves to synchronize the operation time of the image intensifier tube with a CCD matrix. This device has an increased dynamic range of the recorded image due to the large adjustable gain, which is provided by the ability to change the voltage on the image intensifier tube in a wide range of values. The device is adopted as a prototype.
Недостатком данного технического решения является необходимость формирования очень больших импульсных напряжений (10÷15 киловольт) для работы ЭОП. Время включения и выключения (фронты) таких высоковольтных импульсов достаточно большое. Во время фронтов устройство работает с изменяющимся коэффициентом усиления, что отрицательно влияет на сформированное изображение, уменьшая его контраст и отношение сигнал/шум. В прототипе используется чересстрочная матрица, недостаток которой заключается в пониженной светочувствительности, связанной с относительно малой эффективной рабочей площадью пикселов, воспринимающих свет. Также недостаток использования чересстрочной матрицы заключается в том, что два телевизионных поля, образующих кадр изображения, формируются последовательно, т.е. в разное время, и для быстропротекающих процессов и движущихся с большой скоростью объектов наблюдения будут получаться "смазанные" изображения.The disadvantage of this technical solution is the need for the formation of very large pulse voltages (10 ÷ 15 kilovolts) for the operation of the image intensifier tube. The on and off times (fronts) of such high-voltage pulses are quite long. During fronts, the device operates with a varying gain, which negatively affects the image formed, reducing its contrast and signal-to-noise ratio. The prototype uses an interlaced matrix, the disadvantage of which is the reduced photosensitivity associated with the relatively small effective working area of the pixels that receive light. Another disadvantage of using an interlaced matrix is that the two television fields forming the image frame are formed sequentially, i.e. at different times, and for fast-moving processes and objects moving at a high speed, “blurred” images will be obtained.
Задача настоящего изобретения состоит в создании универсального устройства, работающего в "пассивном" и "активном" режимах, для регистрации изображений в широком диапазоне освещенности. Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении регулируемого динамического диапазона интенсивностей регистрируемых изображений, а также в увеличении пороговой чувствительности прибора и улучшении отношения сигнал/шум.The objective of the present invention is to create a universal device that operates in the "passive" and "active" modes for recording images in a wide range of illumination. The technical result of the claimed invention is to expand the adjustable dynamic range of intensities of the recorded images, as well as to increase the threshold sensitivity of the device and improve the signal-to-noise ratio.
Это достигается за счет того, что устройство регистрации изображения в широком диапазоне освещенности включает усилитель яркости, выполненный из двух ЭОП бипланарного типа с микроканальным усилением, соединенных так, что выход первого ЭОП оптически состыкован с входом второго ЭОП, ПЗС матрицу с кадровым переносом, оптически состыкованную с выходом усилителя яркости, имеющую максимальный размер пиксела и выполненную такой, что максимум спектральной характеристики принимаемого ею излучения совпадает с максимумом спектральной характеристики сигнала, получаемого с выхода усилителя яркости, а также блок питания и блок управления, выполненный с возможностью генерировать различные схемы питания усилителя яркости, заключающиеся как в подаче постоянного напряжения, так и в подаче импульсного напряжения на усилитель яркости.This is achieved due to the fact that the image recording device in a wide range of illumination includes a brightness amplifier made of two biplanar type ICs with microchannel amplification, connected so that the output of the first image intensifier is optically coupled to the input of the second image intensifier, a CCD matrix with frame transfer, optically docked with the output of a brightness amplifier having a maximum pixel size and made such that the maximum spectral characteristic of the radiation it receives coincides with the maximum spectral character the logic of the signal received from the output of the brightness amplifier, as well as a power supply and a control unit configured to generate various power schemes of the brightness amplifier, which consist in supplying a constant voltage as well as in supplying a pulse voltage to the brightness amplifier.
В усилителе яркости каждый ЭОП содержит фотокатод для приема излучения и преобразования его в поток электронов, как минимум одну микроканальную пластину (МКП), работающую как электронный умножитель, и анод, покрытый люминесцентным слоем (люминофором), служащим для преобразования усиленного потока электронов в оптическое изображение. Благодаря наличию МКП требуется приложение значительно меньшего напряжения для достижения требуемых коэффициентов усиления.In the brightness amplifier, each image intensifier tube contains a photocathode for receiving radiation and converting it into an electron stream, at least one microchannel plate (MCP) operating as an electron multiplier, and an anode coated with a luminescent layer (phosphor), which serves to convert the amplified electron stream into an optical image . Due to the presence of the MCP, a significantly lower voltage is required to achieve the required gain.
Первый ЭОП служит, как правило, для выделения сигнала исследуемой области спектра излучения (например, ИК или УФ), преобразования его в оптический сигнал и усиления. Второй ЭОП служит для дополнительного усиления сигнала. Усиление в каждом ЭОП обеспечивается как за счет увеличения потока электронов на самой МКП, так и за счет приложенной к промежутку между МКП и анодом разности потенциалов, увеличивающей энергию потока электронов. Количество электронов, вылетающих из микроканальной пластины, также зависит от приложенного к МКП напряжения. То есть коэффициент усиления можно регулировать за счет изменения напряжения на МКП, при этом прикладывая к МКП значительно меньшее напряжение по сравнению с прототипом.The first image intensifier tube is used, as a rule, to isolate the signal of the studied region of the radiation spectrum (for example, IR or UV), convert it into an optical signal and amplify. The second image intensifier is used for additional signal amplification. The amplification in each image intensifier is ensured both by increasing the electron flux on the MCP itself, and due to the potential difference applied to the gap between the MCP and the anode, which increases the energy of the electron flow. The number of electrons emitted from the microchannel plate also depends on the voltage applied to the MCP. That is, the gain can be adjusted by changing the voltage on the MCP, while applying a much lower voltage to the MCP compared to the prototype.
Усилитель яркости оптически состыкован с ПЗС матрицей с кадровым переносом, имеющей максимальный размер пиксела и выполненной такой, что максимум спектральной характеристики принимаемого ею излучения совпадает с максимумом спектральной характеристики люминофора экрана второго ЭОП. Принцип действия ПЗС матрицы с кадровым переносом таков: заряд, образованный изображением, спроецированным на фоточувствительную поверхность матрицы, перемещается в промежуточную буферную область с защитным экраном. Когда изображение текущего кадра считывается из буферной области, матрица регистрирует следующий кадр. Все вышеописанные недостатки чересстрочных матриц здесь отсутствуют, при этом данные матрицы имеют также наибольшую эффективную площадь пиксела. Чем больше размер пиксела, тем больше чувствительность матрицы к принимаемому излучению.The brightness amplifier is optically coupled to a CCD with a frame transfer having a maximum pixel size and such that the maximum spectral characteristic of the radiation received by it coincides with the maximum spectral characteristic of the phosphor of the screen of the second image intensifier tube. The principle of operation of a CCD matrix with personnel transfer is as follows: the charge formed by the image projected onto the photosensitive surface of the matrix is moved to an intermediate buffer region with a protective screen. When the image of the current frame is read from the buffer region, the matrix registers the next frame. All the above disadvantages of interlaced matrices are absent here, while these matrices also have the largest effective pixel area. The larger the pixel size, the greater the sensitivity of the matrix to the received radiation.
Для увеличения чувствительности матрицы к принимаемому излучению, матрицу изготавливают с максимально возможным для данной системы размером пиксела. Максимальный размер пиксела матрицы однозначно определяется по размерам фоточувствительной области матрицы и значению кадровой частоты - частоты считывания сигнала с матрицы. Размеры фоточувствительной области матрицы определяются из условия, что матрица должна принимать максимальный объем излучения с выхода УЯ. Для этого размеры фоточувствительной области ПЗС матрицы должны совпадать с габаритами оптического выхода УЯ.To increase the sensitivity of the matrix to the received radiation, the matrix is made with the maximum possible pixel size for this system. The maximum size of the matrix pixel is uniquely determined by the size of the photosensitive region of the matrix and the value of the frame frequency - the frequency of reading the signal from the matrix. The dimensions of the photosensitive region of the matrix are determined from the condition that the matrix should take the maximum amount of radiation from the output of the UE. For this, the sizes of the photosensitive region of the CCD matrix should coincide with the dimensions of the optical output of the UE.
Т.о., чтобы достичь наибольшей чувствительности, необходимо, чтобы матрица принимала максимальный объем излучения с выхода УЯ. Для этого, во-первых, размеры фоточувствительной области ПЗС матрицы должны соответствовать габаритам оптического выхода УЯ, во-вторых, размер пиксела должен быть максимально возможным для данной системы, а в-третьих, спектр регистрируемого матрицей излучения должен максимально соответствовать спектру излучения выхода УЯ.Thus, in order to achieve the greatest sensitivity, it is necessary that the matrix receives the maximum amount of radiation from the output of the UE. For this, firstly, the sizes of the photosensitive region of the CCD matrix must correspond to the dimensions of the optical output of the AO, secondly, the pixel size should be the maximum possible for this system, and thirdly, the spectrum of the radiation detected by the matrix should correspond to the emission spectrum of the output of the AO.
Благодаря наличию каскада усиления, состоящего из двух последовательно установленных ЭОП с МКП, и увеличению чувствительности матрицы, во-первых, увеличивается пороговая чувствительность прибора, то есть появляется возможность регистрировать чрезвычайно слабые сигналы, а во-вторых, расширяется динамический диапазон регистрируемого изображения. Такая конструкция позволяет регистрировать сигнал в широком диапазоне освещенности - от чрезвычайно слабого при ультранизких уровнях освещенности, до достаточно сильного при высокой освещенности. Таким образом, обеспечивается расширение динамического диапазона регистрируемого изображения до 106 против достигнутого в известных устройствах 104.Due to the presence of the amplification cascade, consisting of two series-installed image intensifier tubes with MCP, and an increase in the sensitivity of the matrix, firstly, the threshold sensitivity of the device increases, that is, it becomes possible to register extremely weak signals, and secondly, the dynamic range of the recorded image is expanded. This design allows you to record a signal in a wide range of illumination - from extremely weak at ultra-low levels of illumination, to strong enough in high light. Thus, it is possible to expand the dynamic range of the recorded image to 10 6 against that achieved in the known devices 10 4 .
Данное устройство эффективно при различных режимах работы. Так как оно имеет высокую пороговую чувствительность, его можно использовать в "пассивном" режиме работы, то есть без подсветки наблюдаемого объекта лазерным лучом. Также данное устройство может быть использовано совместно с лазерной подсветкой (т.е. в "активном" режиме). Этот режим обеспечивается подачей импульсного (т.н. стробирующего) напряжения на промежуток фотокатод-вход МКП первого ЭОП. Это позволяет также измерять расстояние до объекта визуализации.This device is effective in various modes of operation. Since it has a high threshold sensitivity, it can be used in a “passive” mode of operation, that is, without illuminating the observed object with a laser beam. Also, this device can be used in conjunction with laser illumination (ie in the "active" mode). This mode is provided by applying a pulsed (so-called gating) voltage to the photocathode-input gap of the MCP of the first IC. It also allows you to measure the distance to the visualization object.
При запирании (стробировании) МКП второго ЭОП в периоды отсутствия полезных сигналов достигается дополнительное отсечение шумов всей системы УЯ в целом от матрицы. Это особенно важно для УФ диапазона, при регистрации которого высокоэнергетические фотоны могут пролетать через фотокатод первого ЭОП на его МКП, создавая фоновый сигнал, уменьшающий динамический диапазон. Таким образом, более чем на порядок улучшается отношение сигнал/шум и, соответственно, увеличивается контрастность формируемого изображения.When locking (gating) the MCP of the second image intensifier tube during periods of absence of useful signals, an additional clipping of the noise of the entire UE system as a whole from the matrix is achieved. This is especially important for the UV range, during registration of which high-energy photons can fly through the photocathode of the first image intensifier tube to its MCP, creating a background signal that reduces the dynamic range. Thus, the signal-to-noise ratio improves by more than an order of magnitude and, accordingly, the contrast of the generated image increases.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемой, представленной на рис.1.The invention is illustrated by the circuit shown in Fig. 1.
Устройство содержит усилитель яркости, состоящий из ЭОП бипланарного типа с микроканальным усилением 1, оптически состыкованного со вторым ЭОП бипланарного типа с микроканальным усилением 2 через соответствующие узлы переноса изображения 8 и 9, выполненные в виде оптоволоконных пластин (планшайб). Первый ЭОП 1 содержит входное окно 3 с фильтром излучения 4, отсекающим лишний диапазон спектра, фотокатод 5, выполненный из материалов, предназначенных для регистрации электромагнитного излучения исследуемого диапазона спектра (например, ультрафиолета), микроканальную пластину 6, люминесцентный экран 7. Таким образом, первый ЭОП 1 служит для выделения сигнала исследуемого диапазона спектра, его усиления и преобразования в изображение оптического диапазона спектра. Второй ЭОП 2 содержит фотокатод для регистрации электромагнитного излучения оптического диапазона спектра 10, микроканальную пластину 11, люминесцентный экран 12.The device contains a brightness amplifier, consisting of a biplanar type IC with a microchannel gain 1, optically coupled to a second biplanar type IC with a microchannel gain 2 through the corresponding image transfer nodes 8 and 9, made in the form of fiber optic plates (faceplates). The first image intensifier tube 1 contains an input window 3 with a radiation filter 4 that cuts off the excess spectrum, a photocathode 5 made of materials designed to record electromagnetic radiation of the studied spectrum range (for example, ultraviolet radiation), a microchannel plate 6, a luminescent screen 7. Thus, the first Image intensifier tube 1 serves to isolate the signal of the studied range of the spectrum, its amplification and conversion into an image of the optical range of the spectrum. The second image intensifier tube 2 contains a photocathode for detecting electromagnetic radiation in the optical range of the spectrum 10, a microchannel plate 11, a luminescent screen 12.
ЭОП 2 оптически состыкован с ПЗС матрицей 15 через узлы переноса изображения 13 и 14, выполненные в виде оптоволоконных пластин (планшайб). Для достижения наибольшей чувствительности изготавливают специализированную широкоформатную монохроматическую ПЗС-матрицу с кадровым переносом, с максимальным размером пиксела, такую что максимум спектральной характеристики принимаемого ей излучения совпадает с максимумом спектральной характеристики излучения, испускаемого люминесцентным экраном 12. Узел переноса изображения 14, являющийся входным окном ПЗС матрицы 15, прилегает к чувствительному слою матрицы и покрыт специальным прозрачным проводящим покрытием (на рис. не показано) для защиты матрицы от большого потенциала на люминофоре экрана ЭОП 2. Без защитного покрытия потенциал с люминофора люминесцентного экрана 12 может "стечь" на ПЗС матрицу 15 и повредить ее.The image intensifier tube 2 is optically coupled to the CCD matrix 15 through the image transfer nodes 13 and 14, made in the form of fiber optic plates (faceplates). To achieve the highest sensitivity, a specialized wide-format monochromatic CCD matrix is produced with a frame transfer, with a maximum pixel size, such that the maximum spectral characteristic of the radiation received by it coincides with the maximum spectral characteristic of the radiation emitted by the luminescent screen 12. Image transfer unit 14, which is the input window of the CCD matrix 15, adjacent to the sensitive layer of the matrix and covered with a special transparent conductive coating (not shown in Fig. ) To protect the matrix from the large building on the phosphor screen image intensifier 2. Without protective coating capacity with phosphor luminescent screen 12 can "drain" on the CCD 15, and damage it.
Электронно-оптические преобразователи 1, 2 и ПЗС матрица 15 запитаны от блока питания 16, соединенного с блоком управления 17, генерирующим различные схемы управления напряжением на ЭОПах для обеспечения указанных выше режимов работы, а также синхронизации процесса работы УЯ с ПЗС матрицей.The electron-optical converters 1, 2 and the CCD matrix 15 are powered by a power supply 16 connected to a control unit 17 generating various voltage control circuits on the image intensifier tubes to ensure the above-mentioned operating modes, as well as synchronizing the operation of the UD with the CCD matrix.
Данное устройство работает следующим образом. Регистрируемое излучение поступает на вход первого ЭОП 1, где фильтр изучения 4 формирует требуемую спектральную характеристику, например, "солнечно-слепой" или "видимо-слепой" УФ поддиапазон, отсекая видимые и инфракрасные компоненты излучения. Далее, фотоны выделенного диапазона излучения попадают на фотокатод 5, обладающий, например, высокой чувствительностью к ультрафиолету, и преобразуются в поток электронов. При смещении напряжения на фотокатоде в отрицательную сторону относительно входа МКП поток электронов вылетает из фотокатода 5 и попадает на МКП 6, которая работает как электронный умножитель. Усиленный поток электронов выходит из микроканальной пластины 6 и, разгоняясь под действием разности потенциалов между МКП 6 и экраном 7, попадает на люминесцентный экран 7, где преобразуется в изображение оптического диапазона спектра. Таким образом, ЭОП 1 обеспечивает выделение, например, ультрафиолетовой составляющей изображения из потока поступающего излучения, преобразование в изображение оптического диапазона спектра и его усиление. Далее, через узел переноса изображения 8, являющийся оптическим выходом ЭОП 1, и узел переноса изображения 9, являющийся оптическим входом ЭОП 2, данное изображение попадает на фотокатод 9, преобразующий излучение оптического диапазона спектра, соответствующего спектру свечения люминесцентного экрана 7, в поток электронов. Далее, данный поток электронов под действием разности потенциалов между фотокатодом и входом МКП попадает на МКП 11. В МКП 11 происходит дополнительное усиление потока электронов. Таким образом, в ЭОП 2 происходит дополнительное усиление изображения. Далее, усиленное изображение через узлы переноса изображения 13 и 14 передается на ПЗС матрицу 15, представляющую собой широкоформатную ПЗС-матрицу с кадровым переносом, максимальным размером пиксела, выполненную такой, что максимум спектральной характеристики принимаемого ею излучения совпадает с максимумом спектральной характеристики сигнала, полученного с выхода усилителя яркости.This device operates as follows. The recorded radiation is fed to the input of the first image intensifier tube 1, where the study filter 4 forms the required spectral characteristic, for example, the “sun-blind” or “visible-blind” UV subband, cutting off the visible and infrared components of the radiation. Further, the photons of the selected emission range fall on the photocathode 5, which has, for example, high sensitivity to ultraviolet radiation, and is converted into an electron stream. When the voltage at the photocathode is shifted in the negative direction relative to the input of the MCP, the electron flow leaves the photocathode 5 and enters the MCP 6, which acts as an electron multiplier. The amplified electron flux leaves the microchannel plate 6 and, accelerating under the action of the potential difference between the MCP 6 and the screen 7, enters the luminescent screen 7, where it is converted into an image of the optical range of the spectrum. Thus, the image intensifier tube 1 provides, for example, the separation of the ultraviolet component of the image from the incoming radiation stream, converting the image into the optical range of the spectrum and its amplification. Further, through the image transfer unit 8, which is the optical output of the image intensifier tube 1, and the image transfer unit 9, which is the optical input of the image intensifier tube 2, this image is incident on the photocathode 9, which converts the radiation in the optical spectrum corresponding to the emission spectrum of the luminescent screen 7, into an electron stream. Further, this electron flow under the action of the potential difference between the photocathode and the input of the MCP falls on the MCP 11. In the MCP 11 there is an additional amplification of the electron flux. Thus, in image intensifier tube 2 there is an additional image enhancement. Further, the amplified image is transmitted through image transfer nodes 13 and 14 to a CCD matrix 15, which is a wide-format CCD matrix with frame transfer, maximum pixel size, such that the maximum spectral characteristic of the radiation received by it coincides with the maximum spectral characteristic of the signal obtained with output amplifier brightness.
Данная матрица обеспечивает увеличение чувствительности за счет того, что, во-первых, сигнал регистрируется большей площадью фоточувствительной области, т.к. размеры фоточувствительной области ПЗС матрицы согласованы с габаритами выходного окна УЯ, во-вторых, выходной сигнал регистрируется матрицей с максимальным размером пиксела, а в-третьих, такая матрица максимально чувствительна именно к спектру излучения выхода УЯ, так как максимум спектральной характеристики матрицы совпадает с максимумом спектральной характеристики выхода УЯ.This matrix provides an increase in sensitivity due to the fact that, firstly, the signal is recorded by a larger area of the photosensitive region, because the sizes of the photosensitive region of the CCD matrix are consistent with the dimensions of the output window of the AO, secondly, the output signal is recorded by a matrix with a maximum pixel size, and thirdly, such a matrix is most sensitive to the emission spectrum of the output of the AO, since the maximum spectral characteristic of the matrix coincides with the maximum spectral characteristics of the output
Блок управления 17 генерирует различные схемы управления напряжением в устройстве, реализуемые блоком питания 16. Напряжение между фотокатодом и входом МКП используется для включения и выключения ЭОП. Если напряжение на фотокатоде смещено в положительную сторону по сравнению с входом МКП, электроны не вылетают из фотокатода и ЭОП находится в выключенном состоянии. Если же напряжение на фотокатоде смещено в отрицательную сторону относительно входа МКП, то поток электронов вылетает из фотокатода по направлению к МКП, и ЭОП включается.The control unit 17 generates various voltage control circuits in the device, implemented by the power supply 16. The voltage between the photocathode and the input of the MCP is used to turn on and off the image intensifier tube. If the voltage at the photocathode is shifted in the positive direction compared to the input of the MCP, the electrons do not fly out of the photocathode and the image intensifier is off. If the voltage at the photocathode is shifted in the negative direction relative to the input of the MCP, then the electron flux flies out of the photocathode towards the MCP, and the image intensifier turns on.
Так, ЭОП находится в выключенном состоянии при напряжении на фотокатоде +50 В относительно входа МКП. Для отпирания фотокатода 5 ЭОП 1 подается напряжение в диапазоне -150 В÷-200 В, при этом вход МКП 6 заземлен. Для усиления потока электронов на МКП 6 подается напряжение в диапазоне +400 В÷+1000 В, а на люминесцентный экран 7 подается напряжение в диапазоне: +5 кВ÷+6 кВ. Схема питания для ЭОП 2 аналогична ЭОП 1.So, the image intensifier is off when the voltage at the photocathode is +50 V relative to the input of the MCP. To unlock the photocathode 5 of the image intensifier tube 1 voltage is applied in the range of -150 V ÷ -200 V, while the input of the MCP 6 is grounded. To enhance the flow of electrons, a voltage in the range +400 V ÷ + 1000 V is applied to the MCP 6, and a voltage in the range: +5 kV ÷ + 6 kV is applied to the luminescent screen 7. The power circuit for the EOP 2 is similar to the EOP 1.
Для обеспечения импульсного режима работы УЯ (т.н. режима стробирования) на фотокатод 5 подают прямоугольные импульсы с напряжением в диапазоне от -150÷-200 В до +50 В. Это может быть одноразовый импульс (строб) длительностью ≥10 нс или последовательность импульсов с частотой в диапазоне 50-100 Гц и более. Для обеспечения отсечения темновых токов фотокатода в моменты отсутствия полезных сигналов напряжение на МКП 11 уменьшается до 0 В, в результате чего электроны не вылетают из МКП и МКП оказывается запертой.In order to provide a pulsed mode of operation of the UE (the so-called gating mode), rectangular pulses with a voltage in the range from -150 ÷ -200 V to +50 V are applied to photocathode 5. This can be a one-time pulse (strobe) of duration ≥10 ns or a sequence pulses with a frequency in the range of 50-100 Hz or more. To ensure clipping of the dark currents of the photocathode during the absence of useful signals, the voltage on the MCP 11 is reduced to 0 V, as a result of which the electrons do not fly out of the MCP and the MCP is locked.
Блок управления 17 обеспечивает синхронизацию времени работы УЯ с ПЗС матрицей 15.The control unit 17 provides synchronization of the operating time of the UA with the CCD matrix 15.
Для работы в "пассивном" режиме на все электроды обоих ЭОП 1 и 2 подаются постоянные напряжения. Для работы в "активном" режиме первый ЭОП 1 стробируется импульсами по промежутку "фотокатод - вход МКП", либо для улучшения отношения сигнал/шум дополнительно производится стробирование МКП 11 второго ЭОП 2 импульсами с регулируемой амплитудой.To work in the "passive" mode, all the electrodes of both EOPs 1 and 2 are supplied with constant voltage. To work in the "active" mode, the first image intensifier tube 1 is pulsed by the gap "photocathode - MCP input", or to improve the signal-to-noise ratio, the MCP 11 is additionally gated by the second image intensifier tube 2 with adjustable amplitude pulses.
Благодаря данному техническому решению обеспечивается расширение регулируемого динамического диапазона интенсивностей регистрируемого изображения, а также увеличение пороговой чувствительности прибора и увеличение отношения сигнал/шум.Thanks to this technical solution, it is possible to expand the adjustable dynamic range of intensities of the recorded image, as well as increase the threshold sensitivity of the device and increase the signal-to-noise ratio.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013134684/07A RU2535299C1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Apparatus for recording images in wide illumination range |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013134684/07A RU2535299C1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Apparatus for recording images in wide illumination range |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2535299C1 true RU2535299C1 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=53285890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013134684/07A RU2535299C1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Apparatus for recording images in wide illumination range |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2535299C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597889C2 (en) * | 2014-12-19 | 2016-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Gated television system with a pulsed illumination source |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129464B2 (en) * | 2004-10-19 | 2006-10-31 | Buchin Michael P | Low-photon flux image-intensified electronic camera |
| US7345277B2 (en) * | 2000-08-09 | 2008-03-18 | Evan Zhang | Image intensifier and LWIR fusion/combination system |
| RU2446613C2 (en) * | 2010-05-26 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Device for recording images generated using radiation |
| RU2473146C2 (en) * | 2011-04-22 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Pulse electronic-optical converter |
| US8405322B1 (en) * | 2010-06-17 | 2013-03-26 | The Boeing Company | Image intensifier tube with zoom and pan capabilities |
-
2013
- 2013-07-23 RU RU2013134684/07A patent/RU2535299C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7345277B2 (en) * | 2000-08-09 | 2008-03-18 | Evan Zhang | Image intensifier and LWIR fusion/combination system |
| US7129464B2 (en) * | 2004-10-19 | 2006-10-31 | Buchin Michael P | Low-photon flux image-intensified electronic camera |
| RU2446613C2 (en) * | 2010-05-26 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Device for recording images generated using radiation |
| US8405322B1 (en) * | 2010-06-17 | 2013-03-26 | The Boeing Company | Image intensifier tube with zoom and pan capabilities |
| RU2473146C2 (en) * | 2011-04-22 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Pulse electronic-optical converter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597889C2 (en) * | 2014-12-19 | 2016-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Gated television system with a pulsed illumination source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8110788B2 (en) | Method and device for detecting weak optical signals | |
| EP1630850A2 (en) | Bleeder powered gating amplifier | |
| JPH0216983B2 (en) | ||
| US20140239157A1 (en) | Bright source protection for low light imaging sensors | |
| Denvir et al. | Electron multiplying ccds | |
| US6278104B1 (en) | Power supply for night viewers | |
| US8384810B2 (en) | Image sensor array, an intensified image sensor array, an electron bombarded image sensor array device as well as a pixel sensor element for use in such an image sensor array | |
| RU2535299C1 (en) | Apparatus for recording images in wide illumination range | |
| RU90933U1 (en) | ELECTRON-OPTICAL CONVERTER | |
| CN208806877U (en) | It is a kind of to utilize image intensifier reading number image device | |
| EP0430718B1 (en) | A streak camera | |
| RU137422U1 (en) | DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES IN A WIDE RANGE OF LIGHTING | |
| CN111584332A (en) | Electron bombardment imaging photoelectric device and high-speed camera | |
| US2345282A (en) | Television pickup tube | |
| US5043568A (en) | Optical signal detector incorporating means for eluminating background light | |
| Zhang et al. | Signal-to-noise ratio performance comparison of electron multiplying CCD and intensified CCD detectors | |
| Estrera et al. | High-Speed photocathode gating for generation III image intensifier applications | |
| US9230783B2 (en) | Clamped cathode power supply for image intensifier | |
| Uhring et al. | Ultrafast imaging in standard (Bi) CMOS technology | |
| Bryukhnevich et al. | Picosecond image converter tubes incorporated with EB CCDs readout | |
| Graf et al. | Characteristitis and Performance of a Microchannel Image Intensifier Designed for Recording Fast Luminous Events | |
| Bai et al. | The application of auto-gated power supply in ICCD camera | |
| RU2554275C1 (en) | Infrared vidicon-based device | |
| Averin et al. | Image converter streak cameras with super-light-speed scanning | |
| KR101155412B1 (en) | Photodetector included MicroChannelPlate, Method for Detecting Photo, Analysis system for analyzing sample and Method thereof |