[科普中国]-返束视像管摄像机

作为成像器件的高分辨力电视摄像机，为卫星载遥感器之一。返束视像管是一种从电子枪射出的电子经光导靶面反射回来的电子束成像器件，它由电子枪、电子倍增器、光导靶面、场网、阴极、阳极及聚焦、偏转和校正线圈七部分组成。

成像原理景像经光学镜头聚焦在硫化锑和氧硫化锑（ASOS）光导靶面上，产生相应的电荷像。电子枪发射的弱流电子束经电子光学透镜聚焦，偏转后穿过场网并扫描ASOS靶面。从靶面折返的电子束已被电荷像调制，最后击中增益系数很大的电子倍增器。

返束视像管的主要优点空间极限分辨力高,达100～120线对/毫米，接近于多光谱航空摄影用的胶卷。它的缺点是ASOS光导靶面的电容较大，为达到电荷均匀分布所需要的擦除时间长达5～15秒,因而只适用于慢扫描电视体制;另外它耗电较大,总功耗（包括聚焦线圈消耗的功率）达50瓦之多。

美国“陆地卫星“1号和2号的返束视像管摄像机子系统由三台分立的返束视像管摄像机组成。每台摄像机通过各自的平行光轴透镜把地面上标称185公里见方的同一景物成像于光导靶面上，光谱响应分别为蓝-绿、绿-黄和红－红外波段。摄像机的其他结构有光学镜头、快门、返束视像管成像器、热电冷却器、偏转和聚焦线圈及有关电子设备等。“陆地卫星” 3号上装载的全色双返束视像管摄像机子系统由两台未经滤色的返束视像管摄像机组成，并采用了焦距加倍的镜头。因此，在同样视场覆盖下地面分辨力比单返束视像管摄像机提高一倍。

与红外多光谱扫描仪相比，返束视像管摄像机子系统的优点是能在极短时间内同时对全视场摄影。因此，对图像作地理校正比较容易，对卫星等装载工具的姿态控制要求不太严格。1

组成部分作为成像器件的高分辨力电视摄像机，为卫星载遥感器之一。返束视像管是一种从电子枪射出的电子经光导靶面反射回来的电子束成像器件，它由电子枪、电子倍增器、光导靶面、场网、阴极、阳极及聚焦、偏转和校正线圈七部分组成。

性能分析1、清晰度：就是当摄像机在拍摄过程中出现黑白相间的细纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。清晰度是由摄像器件像素多少决定的，显然摄像器件的像素越多，得到的图像越清晰，反之也然。清晰度越高，说明摄像机档次越高，反之越低。

2、信噪比：是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示。当摄像机摄取较亮场景时，监视器显示的画面通常比较明快，观察者不易看出画面中的干扰噪点；而当摄像机摄取较暗的场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱（也即干扰噪点对画面的影响程度）与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系，即摄像机的信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。CCD摄像机信噪比的典型值一般为45dB~55dB。测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。

3、电子快门（ES）：是对比照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。

4、自动增益控制（AGC）：利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。

5、同步方式：摄像机的同步方式一般有内同步、电源同步和外同步。外同步（EXT）利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。同步信号可以是彩色复合视频或黑色突法信号（VBS）、黑白复合视频或复合同步信号（VS），也可以是如矩阵等外部设备的复用垂直驱动信号（VD2）和复合视频输出信号。内同步（INT）是利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。电源同步（LL，LineLocked），也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。

优点1、稳定性和高可靠性

数字信号处理受温度影响小、干扰小，数字处理容易做成大规模集成电路，各种参数存储在存储器里，调节时采用数字设定、微机控制，取消了大量的调节电位器，减少了调节点，也减少了调节量，并可长时间保持不变，所以其稳定性和可靠性大大提高。

2、图像质量提高

许多在模拟处理中无法进行的工作可以在数字处理中进行，例如二维数字滤波、肤色轮廓校正、细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵、精确的γ校正等，这些处理都提高了图像质量。

3、调节精确灵活

各种调节是通过数字设定，比用电位器调节准确而容易。各台摄像机的参数差别是难免的，对于模拟摄像机很难使各台摄像机调节得一致，而用数字处理可通过均衡各参数值的方法把各摄像机之间的差别缩减到最小，可以用一个调节卡调节各台摄像机，并且摄像机的许多参数都可以调节和设定，设定的参数可很大范围内变化，调节量可迅速改变、存储和读取。

4、动态范围达600%

对比度较高的被照物体也可得到对比度合适的图像；根据视频信号电平分布直方图来自动地控制每一象素的对比度，以利用视频信号标准的有限动态范围。通过数字化系列处理，动态对比度控制技术将动态范围很宽的自然光压缩记录在有限的视频电平内，以达到可清晰再现高亮度区图像细节的目的。黑扩展，只增强暗处细节和灰度层次，不影响亮处的图像，将低照度的图像电平提高，从而改善其被照体的沉黯部分，扩展电平3%~7%；黑压缩只提高暗处的对比度，不影响亮处的图像。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所