| 单词 | 光电子成像 |
| 释义 | 【光电子成像】 拼译：photoelectronic imaging 人眼是非常灵敏而且紧凑的图象探测器，但它具有一系列固有的物理限制。通常，人眼的限制可以分为两大类型：一类是眼睛作为成像探测器的限制，即受地点(此地)，时间(此刻)和细节察觉能力的限制；另一类是眼睛作为辐射探测器受限于可见光的限制，即受灵敏度和波长的限制。光电子成像的目的是采用光电子的方法来克服或缓和上述的限制。对于前者，可利用电视、图像存储和图像处理的方法以补救人眼在空间、时间和细节察觉能力上的局限；对于后者，可利用图像增强和图像转换技术来弥补人眼在灵敏度和响应波长上的不足。这样，人眼所见到的利用光电子方法所构成的图像包含了肉眼所不能察觉的图像信息。因之，光电子成像技术开拓了人眼的视觉，特别是克服了人眼在极低照度下以及有限光谱响应下的限制。作为光电子成像的重要部分－夜视和热成像技术，它一方面利用像增强技术、微光电视摄像技术、成像光子计数探测技术使微弱照度下的目标成为可见；另一方面利用红外探测器通过大气窗红外波段使热目标可见。 光电子成像技术始于20世纪30年代。1934年在德国，第1只红外变像管问世。它利用光子－电子转换原理，使银氧铯光阴极接受红外辐射，由光子转换为电子，再通过荧光屏，使电子转换为光子，得到人眼能察觉的图像。它在二次世界大战和朝鲜战争的夜战中得到应用。但是，主动红外夜视有暴露自身目标的缺点。人们自然想到从2个方向发展，一是利用夜天自然微光，即被动微光技术，另一是利用红外波段3～5μm和8～14μm2个大气窗口，即被动红外热成像技术。当然，在40～50年代，具体的技术途径是并不清楚的。在被动微光直视领域，50年代末期，对可见光敏感的高灵敏度的三碱光阴极以及传输图像的纤维光学面板的出现，再加上同心球电子光学系统，使60年代初诞生了第1代光纤面耦合的3级级联微光增强器(称为1代管)。可是，第1代像增强器具有太重、太笨的缺点，人们经过多年的探索，研制成功了使电子倍增的微通道板(MCP)，使级3光纤耦合的第1代像增强器降为一个带有MCP的单级管，这就是第2代微光像增强器(称为2代管)。与此同时，又出现了一种新型的负电子亲和势GaAs光阴极，它的光谱响应和灵敏度较三碱光阴极有大辐度改进和提高。当用它取代第2代微光像增强器的三碱光阴极，80年代初研制成功了第3代微光像增强器(称为3代管)，使夜视下应用的视距提高约1倍。但是，近年来，第2代像增强器并不示弱，终于在传统的三碱光阴极的灵敏度上有大突破，再加上改进管子结构与MCP性能，从而出现了超二代管与2代半管，其使用效果与第3代像增强器接近，费效比较第三代像增强器为好。90年代以来，第3代微光像增强器还出现了向短波长(蓝光)延伸的蓝加强3代管与向近红外波长延伸的红加强3代管。前者的性能与探测距离较标准型3代管要高1倍；后者既可用于低照度下的目标观察，又可与1．06μm激光照射器联合使用，用于主被动成像。为了进一步解决在极低照度下的应用，出现了杂交管的方案，即以2代薄片管或3代管作为前级，以单级1代管为次级，充分动用各自的优点，使增益和信噪比能寻求最佳折衷。同样，若在像管中采用选通的方案，将使器件的动态范围进一步扩大。在被动微光电视领域，真空摄像器件如硅增强靶摄像管(SIT)和分流直像管(Isocon)与固体摄像器件如电荷藕合器件(CCD)之争更为激烈。即使就CCD而言，还有像增强CCD与电子轰击CCD之争。此外，还有电子轰击非晶硅／增强MOS成像器的方案。尽管从目前看来，微光真空摄像器件处于较为困难的境地，但一旦新型靶面的出现，将会有新的突破，胜负尚未可预期。但无论如何，器件的固体化或真空与固体结合是大势所趋的方向。用于天文和空间探测的成像光子计数探测系统的出现是天文电子相机的必然的逻辑发展，也是像增强技术与固体摄像技术结合的进一步发展。自30年代拉耳芒相机(Lallemand camera)利用电子照相像管和核乳胶底片结合获取星空图像以来，虽经多次改进，但均没有实时显示与接着的图像分析的能力。近10年来，CCD以及各种电子探测读出系统的出现彻底地改变了原先天文电子的工作方式，使天文星空探测大大地迈进了一步。在被动红外领域，红外热成像，这原先是作为夜视系统的一个扩展领域而进行研究的，期望它能为图像转换提供一条新的途径。但它的发展大大地出乎人们的意外。当前，致冷与非致冷热成像的研究各有千秋。即使用致冷方式，也有多元光子探测器与扫积型探测器(Sprite detector)以及各自发展的通用组件之争，而红外焦平面列阵乃是致冷型探测器向更高、更先进发展的体现，前景十分辉煌。尽管如此，非致冷探测器包括硫酸三甘肽的摄像管以及多元的热电探测器在红外热成像中仍占有一席之地。特别是多元阵列热电探测器的热像仪的性能已接近或达到致冷型第一代前视红外仪的水平，进展的态势也是十分喜人的。顺便指出，随着光电子成像技术的发展，应用范围也在扩大，现已发展与夜视几乎无关(如应力分析、临床诊断)的众多领域，前景是很宽广的。光电子成像技术作为一门分支学科，随着科技水平的提高与国防、经济建设的需要，在不断发展之中。新的概念、新的思想、新的工艺和新的技术的出现，推动着光电子成像技术日新月异的发展。90年代的光电子成像技术发展总的方向为：向着高增益、高分辨率、低噪声、宽光谱响应、大动态范围、小型化、固体化方向前进。各种元器件在性能上将有很大的改进，如将会出现4K×4K高密度的CCD面阵；灵敏高达3000μAlm－1以上的NEA光阴极，且向1μm以上波长扩展；方形通道，弯曲通道与长寿命的微通道板以及新型电子倍增器与靶面，高密度(4K×4K)和高位置灵敏度(＜1μm)的MCP电子读出系统，这一切将使图像增强、低照度摄像和光子探测等技术跃上一个新台阶。而红外焦平面列阵探测器将导致新一代热像仪灵巧化与智能化。随着微电子技术与光电子技术的进展，光电子成像器件的固体化、集成化以及固体与真空相结合已成为不可避免的趋势。中国的科技工作者面临的任务是很艰巨的，要齐心合力，迅速跟上，不断前进和创新，尽快地接近和赶上国际先进水平。【参考文献】：1 Biberman L M. Neudleman S. Photoelectronic Imaging De-vices , New York : Plenum Press, 1971,1 ～ 22 Mclean T P, Schagen P. Electronic Imaging, New York: A-cademic Press, 19793 Morgan B L. Institute of Physics Conference Series, 1991(北京理工大学周立伟教授撰；高稚允审) |
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