JPH0560311B2 - - Google Patents

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JPH0560311B2
JPH0560311B2 JP58209479A JP20947983A JPH0560311B2 JP H0560311 B2 JPH0560311 B2 JP H0560311B2 JP 58209479 A JP58209479 A JP 58209479A JP 20947983 A JP20947983 A JP 20947983A JP H0560311 B2 JPH0560311 B2 JP H0560311B2
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Japan
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image
imaging device
photocathode
output
image intensifier
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Sueo Myaki
Katsuyuki Kinoshita
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Hamamatsu Photonics KK
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野の説明) 本発明はホトンによつて励起され光電面から放
出される光電子の発生の間隔がテレビジヨン撮像
装置の画素に対応する時間単位程度で分解可能な
程度に微弱な映像を撮像する撮像装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Description of the Technical Field) The present invention provides a method in which the interval between the generation of photoelectrons excited by photons and emitted from the photocathode can be resolved into units of time corresponding to the pixels of a television imaging device. The present invention relates to an imaging device that captures relatively weak images.

(従来技術の説明) SIT(SILICON INTENSIFIED TARGET)
を使用した撮像装置で撮像できる像の照度の下限
は10-3Lux程度である。
(Description of conventional technology) SIT (SILICON INTENSIFIED TARGET)
The lower limit of the illuminance of an image that can be captured with an imaging device using 10 -3 Lux is about 10 -3 Lux.

このような高感度撮像装置では撮像できない前
述のような微弱映像の撮像装置として次のような
装置が提案されている。
The following devices have been proposed as imaging devices for the above-mentioned weak images that cannot be captured by such high-sensitivity imaging devices.

イメージインテンシフアイヤの光電面に前述の
ような微弱映像からのホトンを入射させる。
Photons from the aforementioned weak image are made incident on the photocathode of the image intensifier.

ホトンにより励起された各光電子は増倍され
て、その光電子の発生した位置に対応する螢光面
の対応する位置を発光させる。
Each photoelectron excited by a photon is multiplied, causing a corresponding position on the fluorescent surface corresponding to the position where the photoelectron was generated to emit light.

光電子の発生に対応して螢光面に輝点が発生消
滅する。
Bright spots appear and disappear on the fluorescent surface in response to the generation of photoelectrons.

この像を一つの光電子に対応する個々の像(輝
点)が重ならないようなフレーミング速度でテレ
ビジヨン撮像する。
This image is captured on television at a framing speed such that individual images (bright spots) corresponding to one photoelectron do not overlap.

螢光面の各位置に対応する番地をもつ二次元画
像メモリ(フレームメモリ)を用意しておいて、
各フレーム周期ごとに輝点に対応する番地に1を
加算する。
Prepare a two-dimensional image memory (frame memory) with addresses corresponding to each position on the fluorescent surface,
Add 1 to the address corresponding to the bright spot for each frame period.

多数枚のフレーム撮像により、フレームメモリ
各番地にその番地に対応する螢光面の輝点の発生
回数が記憶される。
By capturing a large number of frames, each address in the frame memory stores the number of occurrences of bright spots on the fluorescent surface corresponding to that address.

この二次元画像メモリの内容を読み出しモニタ
の画面に表示することにより、二次元微弱画像を
可視像として再構成することができる。
By reading out the contents of this two-dimensional image memory and displaying it on the screen of a monitor, the two-dimensional weak image can be reconstructed as a visible image.

しかしながら像が微弱であるときは、以下の問
題がある。
However, when the image is weak, the following problems arise.

光電面、マイクロチヤンネルプレート、螢光面
をもつイメージインテンシフアイヤの出力は、イ
メージインテンシフアイヤの発生する雑音とホト
ンにより励起された光電子をマイクロチヤンネル
プレートの信号出力の和であると考えられる。
The output of an image intensifier having a photocathode, a microchannel plate, and a fluorescent surface is considered to be the sum of the noise generated by the image intensifier, photoelectrons excited by photons, and the signal output of the microchannel plate.

光電面に入射するホトンに関係なく発生する熱
電子、マイクロチヤンネルプレートの発生する熱
電子等がマイクロチヤンネルプレートにより増倍
されて出力される。
Thermionic electrons generated regardless of the photons incident on the photocathode, thermionic electrons generated by the microchannel plate, etc. are multiplied by the microchannel plate and output.

そのため、長時間の撮像をすると、雑音も信号
と同様に累積され再生像の解像を損なう。
Therefore, when imaging is carried out for a long time, noise is accumulated in the same way as the signal, impairing the resolution of the reproduced image.

一つの光電子がマイクロチヤンネルプレートで
増倍されると広がつて螢光面に入射するので、理
想的には1画素に対応すべき輝点が多数画素分に
対応する可能性があり、これも解像力を低下させ
る原因となつている。
When a single photoelectron is multiplied by a microchannel plate, it spreads out and enters the fluorescent surface, so the bright spot that should ideally correspond to one pixel may correspond to many pixels. This causes a decrease in resolution.

次に前記撮像装置は、比較的長い時間を経過し
た後でないと、撮影状態(例えば光学系の焦点合
わせ状態)の評価ができないと言う問題がある。
Next, the imaging device has a problem in that the imaging state (for example, the focusing state of the optical system) cannot be evaluated until after a relatively long period of time has elapsed.

(目的の説明) 本発明の主たる目的は前述した従来の微弱な映
像を撮像する撮像装置の問題を解決できる微弱な
映像を撮像する撮像装置を提供することにある。
(Description of Object) The main object of the present invention is to provide an imaging device for capturing weak images that can solve the problems of the conventional imaging device for capturing weak images described above.

(構成の説明) 前記目的を達成するために本発明による微弱な
映像を撮像する撮像装置は、光電面、マイクロチ
ヤンネルプレート、螢光面をもつイメージインテ
ンシフアイヤと、前記イメージインテンシフアイ
ヤの螢光面に形成された像を撮像するテレビヨン
撮像装置と、前記テレビジヨン撮像装置の映像信
号に含まれる映像信号を前記光電面の発生した単
一電子に原因す信号波形の中心部分を有意として
取り出す閾値をもつ2値化回路と、テレビジヨン
撮像の画素に対応する番地を持つフレームメモリ
と、被測定ホトン源からのホトンの前記イメージ
インテンシフアイヤの光電面へ入射させた状態で
第1の期間前記2値化回路出力の有意部分を前記
フレームモメモリの対応する番地に加算させ、被
測定ホトン源からのホトンの前記イメージインテ
ンシフアイヤの光電面への入射を遮断した状態で
第2の期間前記2値化回路出力の有意部分を対応
する番地から減算させる制御回路と、前記演算結
果を出力する画像再生装置とから構成されてい
る。
(Description of Configuration) In order to achieve the above object, an imaging device for capturing weak images according to the present invention includes an image intensifier having a photocathode, a microchannel plate, and a fluorescent surface, and a fluorescent light of the image intensifier. A television imaging device that captures an image formed on a light surface, and a video signal included in a video signal of the television imaging device, with a central portion of a signal waveform caused by a single electron generated by the photocathode as significant. a binarization circuit having a threshold value for extraction, a frame memory having an address corresponding to a pixel of a television image, and a first digitization circuit in which photons from a photon source to be measured are incident on the photocathode of the image intensifier; A significant part of the output of the binarization circuit is added to the corresponding address of the frame memory for a period of time, and a second It consists of a control circuit that subtracts the significant portion of the output of the binarization circuit from the corresponding address during the period, and an image reproducing device that outputs the calculation result.

(実施例の説明) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。
(Description of Examples) Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and the like.

第1図は本発明による二次元微弱画像撮像装置
の実施例を示すブロツク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a two-dimensional weak image capturing apparatus according to the present invention.

以下詳しく説明する実施例装置は、1ホトエレ
クトロンを単位とする微弱映像撮像(以下デイジ
タル撮像モードと言う)と、前記デイジタル撮像
モードに先立つ通常のテレビジヨン撮像モード
(以下アナログ撮像モードと言う)の両方のモー
ドを実施できるものである。
The embodiment device described in detail below has two modes: weak video imaging in units of one photoelectron (hereinafter referred to as digital imaging mode), and normal television imaging mode (hereinafter referred to as analog imaging mode) that precedes the digital imaging mode. Both modes can be implemented.

デイジタル撮像モードは次のステツプを含む。 The digital imaging mode includes the following steps.

(画像撮像ステツプ)画像撮像ステツプとはイ
メージインテンシフアイヤに撮像対象である微弱
な映像からのホトンを受け入れている状態でのイ
メージインテンシフアイヤの出力を一定時間撮像
記録するステツプを言う。
(Image Capturing Step) The image capturing step refers to a step in which the output of the image intensifier is imaged and recorded for a certain period of time while the image intensifier receives photons from a weak image to be imaged.

このとき記録されるデータには前記ホトンによ
らない雑音、例えば光電面の発生した熱電子に原
因する雑音も同時に記録される。
In the data recorded at this time, noise not caused by the photons, such as noise caused by thermoelectrons generated by the photocathode, is also recorded at the same time.

(背景撮像ステツプ)背景撮像ステツプとは、
微弱な映像からのホトンを遮断した状態における
イメージインテンシフアイヤの出力を一定時間撮
像記録するステツプを言う。
(Background imaging step) What is the background imaging step?
This refers to the step of capturing and recording the output of the image intensifier for a certain period of time while blocking photons from weak images.

(演算ステツプ)前記画像撮像ステツプと背景
撮像ステツプで得られた記録間の演算を行い背景
を除去するステツプを言う。
(Calculation step) Refers to the step of performing calculations between the records obtained in the image capturing step and the background image capturing step to remove the background.

イメージインテンシフアイヤ1の真空容器の内
面に光電面1aが設けられている。
A photocathode 1a is provided on the inner surface of the vacuum container of the image intensifier 1.

ホトン源O(被測定像)からのホトンは撮像光
学系21により前記光電面1aに導かれる。
Photons from the photon source O (image to be measured) are guided to the photocathode 1a by an imaging optical system 21.

撮像光学系21はホトン源Oの像を螢光面1a
に結像させるように調節可能に設けられている。
The imaging optical system 21 captures the image of the photon source O on the fluorescent surface 1a.
It is provided so that it can be adjusted so as to form an image.

この光電面1aが発生した各電子(ホトンに原
因しない熱電子を含む)は、電子レンズ1bによ
りマイクロチヤンネルプレート1cの表面の対応
する位置にもたらされる。
Each electron (including thermoelectrons not caused by photons) generated by the photocathode 1a is brought to a corresponding position on the surface of the microchannel plate 1c by the electron lens 1b.

この実施例では増倍率を大きくするためにマイ
クロチヤンネルプレート1cは3枚のプレートを
重ねて用いてある。
In this embodiment, three microchannel plates 1c are stacked to increase the multiplication factor.

光電面1aの発生した一つの電子は前記マイク
ロチヤンネルプレート1cにより増倍され、多数
個の電子がイメージインテンシフアイヤの螢光面
1dに衝突させられる。一方、3枚のマイクロチ
ヤンネルプレート1c自身から生成された熱電子
も、それ自身によつて増倍される。但し、この場
合に螢光面1dに入射される電子の数は、光電面
から電子が放出された場合よりも少い。
One electron generated by the photocathode 1a is multiplied by the microchannel plate 1c, and a large number of electrons are made to collide with the fluorescent surface 1d of the image intensifier. On the other hand, the thermoelectrons generated from the three microchannel plates 1c themselves are also multiplied by themselves. However, in this case, the number of electrons incident on the fluorescent surface 1d is smaller than when electrons are emitted from the photocathode.

この像は光学系2を介して低残像特性のビジコ
ン3の光電面に結像される。
This image is formed via the optical system 2 on the photocathode of the vidicon 3, which has low afterimage characteristics.

前記イメージインテンシフアイヤ1とこのビジ
コン3はそれぞれ、駆動電源回路4および駆動電
源回路5により、動作電圧が供給されている。
The image intensifier 1 and the vidicon 3 are supplied with an operating voltage by a drive power supply circuit 4 and a drive power supply circuit 5, respectively.

ビジコン3の光電面に形成された前記イメージ
インテンシフアイヤ1の螢光面1dの輝点の像は
テレビジヨン走査により取り出される。
An image of a bright spot on the fluorescent surface 1d of the image intensifier 1 formed on the photocathode of the vidicon 3 is taken out by television scanning.

水平走査周波数15.75KHz、垂直走査周波数60
Hz、インターレース2:1、画面縦横比3:4で
ある。
Horizontal scanning frequency 15.75KHz, vertical scanning frequency 60
Hz, interlace 2:1, and screen aspect ratio 3:4.

ビジコン3の出力である映像信号は映像信号増
幅回路6により増幅されて、切換回路8に接続さ
れる。
The video signal output from the video controller 3 is amplified by a video signal amplification circuit 6 and connected to a switching circuit 8.

切換回路8はデジタル撮像モードのときは前記
増幅された映像信号を2値化回路7に接続し、モ
ニタモードのときはテレビジヨンモニタ12に切
換接続する。
The switching circuit 8 connects the amplified video signal to the binarization circuit 7 in the digital imaging mode, and connects the amplified video signal to the television monitor 12 in the monitor mode.

ここでデイジタル撮像モードにおける前記イメ
ージインテンシフアイヤ1の輝点おおび輝点に対
応する映像信号について説明する。
Here, the bright spots of the image intensifier 1 and the video signals corresponding to the bright spots in the digital imaging mode will be explained.

第2図に光電面1aの発生した一つの電子に原
因する螢光面1dの輝度分布のモデルを示す。
FIG. 2 shows a model of the brightness distribution on the fluorescent surface 1d caused by one electron generated on the photocathode 1a.

輝度の大きさを螢光面1dに垂直方向に示して
ある。
The magnitude of brightness is shown in the direction perpendicular to the fluorescent surface 1d.

この一つの輝度のもつエネルギーは一定ではな
く統計的な分布をもつ。
The energy of this single brightness is not constant but has a statistical distribution.

第3図にエネルギーの分布を示す。 Figure 3 shows the energy distribution.

第3図はエネルギーE2もつ輝度の発生確率が
最も大きいことを示している。
Figure 3 shows that the probability of occurrence of luminance with energy E 2 is the highest.

この曲線は熱電子等に原因する分布nおよびホ
トンにより励起された光電子に原因する分布sの
合成されたものであると考えられる。より詳しく
は、分布nのうち、低エネルギーのものはマイク
ロチヤンネルプレート1d自身で生成された熱電
子等に相当し、これは量が多い。これに対し、分
布nのうち、高エネルギーのものは光電面1aで
生成された熱電子等に相当し、ホトエレクトロン
(分布s)との分別は困難である。そこで、この
エネルギーの所定レベルに相当する閾値で2値化
することにより、熱電子に起因する大部分の雑音
成分を除去することが可能になる。
This curve is considered to be a combination of a distribution n caused by thermoelectrons and the like and a distribution s caused by photoelectrons excited by photons. More specifically, among the distribution n, those with low energy correspond to thermoelectrons etc. generated by the microchannel plate 1d itself, and these are large in quantity. On the other hand, among the distribution n, those with high energy correspond to thermoelectrons etc. generated at the photocathode 1a, and it is difficult to distinguish them from photoelectrons (distribution s). Therefore, by binarizing with a threshold value corresponding to a predetermined level of this energy, it becomes possible to remove most of the noise components caused by thermoelectrons.

本発明では2値化回路7にエネルギーE2とエ
ネルギーE1の中間に相当する閾値を設定して映
像信号を2値化する。この閾値のレベルは映像信
号を観察しながら任意に設定できる。
In the present invention, a threshold value corresponding to an intermediate value between energy E 2 and energy E 1 is set in the binarization circuit 7 to binarize the video signal. This threshold level can be arbitrarily set while observing the video signal.

2値化回路7の出力は、演算および記憶回路9
に接続されている。
The output of the binarization circuit 7 is sent to an arithmetic and storage circuit 9.
It is connected to the.

演算および記憶回路9には第1のフレームメモ
リ9a、第2のフレームメモリ9b、第3のフレ
ームメモリ9cおよび、演算器9dが含まれてい
る。各フレームメモリは、512×512×16BITSの
容量を持ち、512×512で規定される各番地はテレ
ビジヨン撮像の画素にそれぞれ対応させられてい
る。
The calculation and storage circuit 9 includes a first frame memory 9a, a second frame memory 9b, a third frame memory 9c, and a calculation unit 9d. Each frame memory has a capacity of 512 x 512 x 16 BITS, and each address defined by 512 x 512 corresponds to a pixel of television image pickup.

前記デイジタル撮像モードの背景撮像のステツ
プにおいては、前記2値化回路7の出力は一定期
間前記第1のフレームメモリ9aに接続される。
In the background imaging step of the digital imaging mode, the output of the binarization circuit 7 is connected to the first frame memory 9a for a certain period of time.

前記画像撮像ステツプでは前記2値化回路7の
出力は一定期間前記第2のフレームメモリ9bに
接続される。
In the image capturing step, the output of the binarization circuit 7 is connected to the second frame memory 9b for a certain period of time.

前記演算器9dは前記第1および第2のフレー
ムメモリ9a,9bの内容を番地対応で演算する
回路である。その演算結果は第3のフレームメモ
リ9cに記憶される。第3のフレームメモリ9c
の内容は、DA変換回路を介してテレビジヨンモ
ニタ12に接続される。
The arithmetic unit 9d is a circuit that calculates the contents of the first and second frame memories 9a and 9b in accordance with addresses. The calculation result is stored in the third frame memory 9c. Third frame memory 9c
The contents of are connected to the television monitor 12 via a DA conversion circuit.

制御回路10は、前述した各部の動作の順序を
制御する回路である。
The control circuit 10 is a circuit that controls the order of operation of the various parts described above.

次に前記装置の使用例を説明する。 Next, an example of use of the device will be explained.

デイジタル撮像モードの前にアナログ撮像モー
ドを実施する。
Analog imaging mode is implemented before digital imaging mode.

デイジタル撮像の対象である物体等は、通常肉
眼では観察できない。
Objects that are digitally imaged objects cannot normally be observed with the naked eye.

切換回路8により映像増幅回路6の出力をテレ
ビジヨンモニタ12側に接続した状態で、デイジ
タル撮像の対象である物体等を他の光源で説明す
る。操作者はテレビジヨンモニタ12の画面を観
察しながら、撮像レンズ21の焦点調整をするこ
とができる。
With the output of the video amplification circuit 6 connected to the television monitor 12 by the switching circuit 8, objects to be digitally imaged will be explained using other light sources. The operator can adjust the focus of the imaging lens 21 while observing the screen of the television monitor 12.

デイジタル撮像モードでは前記切換回路8によ
り映像増幅回路6の出力を2値化回路7に接続す
る。雑音と信号が重ね合わされた状態を撮像する
ステツプと背景の撮像のステツプはどちらをさき
に実行しても良いが、理解を容易にするために先
に雑音と信号が重ね合わされた状態を撮像するス
テツプから説明する。このステツプでは制御回路
10により、2値化回路7の出力は第2のフレー
ムメモリ9bに接続される。
In the digital imaging mode, the switching circuit 8 connects the output of the video amplification circuit 6 to the binarization circuit 7. Either the step of imaging the state in which the noise and signal are superimposed or the step of imaging the background may be performed first, but in order to make it easier to understand, the state in which the noise and signal are superimposed will be imaged first. Let's explain step by step. In this step, the control circuit 10 connects the output of the binarization circuit 7 to the second frame memory 9b.

第2図に示すようにイメージインテンシフアイ
ヤ1の螢光面に現れた輝点は最も輝度の高い所に
水平走査線が一致したとすると6〜8の画素に対
応する。第2図にその走査線に対応する512の番
地をもつフレームメモリの行の一部を対応させて
ある。
As shown in FIG. 2, the bright spots appearing on the fluorescent surface of the image intensifier 1 correspond to 6 to 8 pixels, assuming that the horizontal scanning line coincides with the highest brightness point. FIG. 2 shows a portion of the frame memory row having 512 addresses corresponding to the scanning line.

今仮に2値化回路7の閾値が図中Thの示すレ
ベルであると、走査線に対応するフレームメモリ
9bの行の対応する3つの番地に3個の1が書き
込まれることになる。
Now, if the threshold value of the binarization circuit 7 is at the level indicated by Th in the figure, three 1's will be written to three addresses corresponding to the row of the frame memory 9b corresponding to the scanning line.

第4図は書込みの原理を示す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the principle of writing.

図においてaは特定の走査線に対応する映像信
号増幅回路6の出力、bはその出力に対応する2
値化回路7の出力、cは前記走査線に対応する第
2のフレームメモリ9bの行に書き込まれた内容
を示している。
In the figure, a is the output of the video signal amplification circuit 6 corresponding to a specific scanning line, and b is the output 2 corresponding to the output.
The output c of the value conversion circuit 7 indicates the content written in the row of the second frame memory 9b corresponding to the scanning line.

第1回の1画面のテレビジヨン走査F1で画面
中の特定の走査線にaに示す映像信号が現れると
2値化回路7により、F1のbに示すように2値
化される。
When a video signal shown as a appears on a specific scanning line in the screen during the first one-screen television scan F1 , it is binarized by the binarization circuit 7 as shown in b of F1 .

2値化回路7の最初の出力に対応するフレーム
メモリ9bの行の1つの番地に1が書き込まれ、
次の出力に対応する2つの番地にそれぞれ1が書
き込まれる。
1 is written to one address in the row of the frame memory 9b corresponding to the first output of the binarization circuit 7,
1 is written to each of the two addresses corresponding to the next output.

第2回のテレビジヨン走査F2で画面中の前記
特定の走査線と画面上同一の位置にある走査線に
F2(a)に示す映像信号が現れると2値化回路7に
より、F2(b)に示すように2値化される。
In the second television scan F2 , the scanning line at the same position on the screen as the specific scanning line on the screen is
When the video signal shown in F 2 (a) appears, it is binarized by the binarization circuit 7 as shown in F 2 (b).

この結果前記フレームメモリ9bの前記行に、
最初の信号に対応する1、1と次の信号に対応す
る1が書き込まれてF2(c)に示すようになる。
As a result, in the row of the frame memory 9b,
1, 1 corresponding to the first signal and 1 corresponding to the next signal are written, as shown in F 2 (c).

第3回のテレビジヨン走査F3で画面中の前記
特定の走査線と画面上同一の位置にある走査線に
F3(a)に示す映像信号が現れると2値化回路7に
より、F3(b)に示すように2値化される。
In the third television scan F 3 , the scanning line at the same position on the screen as the specific scanning line on the screen is
When the video signal shown in F 3 (a) appears, it is binarized by the binarization circuit 7 as shown in F 3 (b).

この結果前記フレームメモリ9bの前記行に、
最初の信号に対応する1、1と次の信号に対応す
る1が書き込まれてF3(c)に示すようになる。
As a result, in the row of the frame memory 9b,
1, 1 corresponding to the first signal and 1 corresponding to the next signal are written, as shown in F 3 (c).

前記3フレームの走査による前記図示されてい
る行の内容の変化を以下にまとめて示す。
Changes in the contents of the illustrated rows due to the scanning of the three frames are summarized below.

F10100000000110 F20210001000110 F31310001010110 このようにして多数回の撮像を繰り換しフレー
ムメモリ9bに雑音と信号が重ね合わされたデー
タを蓄積する。例えば5秒で150フレームの撮像
を行つた場合各フレームごとに1個あて電子を放
出する光電面の領域があつたとすれば、フレーム
メモリ9bの前記光電面に対応する番地の内容は
150となる。
F 1 0100000000110 F 2 0210001000110 F 3 1310001010110 In this way, imaging is repeated a large number of times, and data in which noise and signals are superimposed is stored in the frame memory 9b. For example, if 150 frames are captured in 5 seconds, and there is a region of the photocathode that emits one electron for each frame, the contents of the address corresponding to the photocathode in the frame memory 9b are
It will be 150.

以上特定の行について説明したが他の行もにも
同様な記録が行われ、総ての行の配列により、画
像に関するデータの記録が行われる。
Although the specific row has been described above, similar recording is performed on other rows as well, and data related to the image is recorded based on the arrangement of all rows.

背景の撮像のステツプではイメージインテンシ
フアイヤ1への前記被撮像対象からのホトンの入
射を図示しないシヤツタ等で遮断する。このとき
2値化回路7の出力は制御回路10により第1の
フレームメモリ9bに接続される。
In the background imaging step, the incidence of photons from the object to be imaged on the image intensifier 1 is blocked by a shutter or the like (not shown). At this time, the output of the binarization circuit 7 is connected to the first frame memory 9b by the control circuit 10.

そして前記画像撮像のステツプと撮像時間と同
じ時間の撮像を行う。
Then, imaging is performed for the same time as the step and imaging time of the image imaging.

先に第3図を参照して説明したように、イメー
ジインテンシフアイヤ1の光電面のホトンが入射
しなくても熱電子が放出されることがある。
As previously explained with reference to FIG. 3, thermoelectrons may be emitted even if no photons are incident on the photocathode of the image intensifier 1.

この熱電子に原因する出力が前記2値化回路の
閾値を越えるものは前述と同様にして、第1のフ
レームメモリ9aの対応する番地に有意なものと
して記憶される。
If the output caused by these thermoelectrons exceeds the threshold of the binarization circuit, it is stored as significant at the corresponding address of the first frame memory 9a in the same way as described above.

演算のステツプは前記第2のフレームメモリ9
aに記憶されている内容と前記第1のフレームメ
モリ9aに記憶されている内容を演算器9dで画
素対応で減算し、その結果を第3のフレームメモ
リ9cに格納するステツプである。
The calculation step is performed in the second frame memory 9.
In this step, the content stored in the frame memory 9a and the content stored in the first frame memory 9a are subtracted pixel-by-pixel by the arithmetic unit 9d, and the result is stored in the third frame memory 9c.

第1のフレームメモリ9a、第2のフレームメ
モリ9b、第3のフレームメモリ9cの対応する
番地の内容の簡単な例を示す。
A simple example of the contents of corresponding addresses in the first frame memory 9a, second frame memory 9b, and third frame memory 9c will be shown.

9bのn行(4436522552110) n+1行(4436522555110) 9aのn行(4433222222110) n+1行(4433222222110) 9cのn行(0003300330000) n+1行(0003200333000) この第3のフレームメモリ9の内容は背景の影
響を除去したホトンに原因するものである。
9b row n (4436522552110) n+1 row (4436522555110) 9a n row (4433222222110) n+1 row (4433222222110) 9c row n (0003300330000) n+1 row (0003200333000) This The contents of the third frame memory 9 are influenced by the background. This is caused by the removed photons.

第3のフレームメモリ9cの内容はDA変換器
11を介してテレビジヨンモニタ12に接続され
表示される。
The contents of the third frame memory 9c are connected to the television monitor 12 via the DA converter 11 and displayed.

以上詳しく説明した実施例について本発明の範
囲内で種々の変形を施すことができる。
Various modifications can be made to the embodiments described in detail above within the scope of the present invention.

前記ビジコンの変わりに固体撮像素子を利用す
ることもできる。本発明は、前述したように、二
次元のシングルホトン像を撮像する装置に関する
もので、シングルホトンによつて光電面1aから
放出されるシングルエレクトロンを、イメージイ
ンテンシフアイヤ1のマイクロチヤンネルプレー
ト1cで増倍させ、螢光面1dに光学像を生成さ
せている。ここで、マイクロチヤンネルプレート
1cの電子増倍倍率は極めて大きい反面で、これ
自身が熱電子等を放出することがあり、これも増
倍されて螢光面1dに達する。ところが、このマ
イクロチヤンネルプレート1c自身からの熱電子
による螢光面1dにおける輝度レベルは、光電面
1aからマイクロチヤンネルプレート1cに入射
された電子による輝度レベルより一般に低く(第
3図参照)、従つて2値化回路7による分別が可
能である。このため、シングルホトンによつてシ
ングルエレクトロンが生成されることに起因し
て、上記2値化により正確なデータを得ることが
可能になる。
A solid-state image sensor can also be used instead of the vidicon. As described above, the present invention relates to a device for capturing a two-dimensional single photon image, and a single electron emitted from a photocathode 1a by a single photon is captured by a microchannel plate 1c of an image intensifier 1. The light is multiplied and an optical image is generated on the fluorescent surface 1d. Although the electron multiplication factor of the microchannel plate 1c is extremely high, it may itself emit thermal electrons, which are also multiplied and reach the fluorescent surface 1d. However, the brightness level on the fluorescent surface 1d due to thermoelectrons from the microchannel plate 1c itself is generally lower than the brightness level due to electrons incident on the microchannel plate 1c from the photocathode 1a (see FIG. 3); Separation can be performed by the binarization circuit 7. Therefore, since a single electron is generated by a single photon, accurate data can be obtained by the binarization described above.

さらに、本発明のシングルホトン像は二次元で
あるため、マイクロチヤンネルプレート1dから
の熱電子による雑音イメージも二次元となる。こ
のため、フレームメモリを用いることで、二次元
のノイズ処理を行なつているのである。特に、こ
の二次元のノイズは、二次元平面において一様な
レベルとはならず、位置により異なるため、正確
な像を得るためには特に重要である。この点にお
いて、一様に現れるバツクグラウンドノイズと
は、全く異なつていることは注目すべきである。
Furthermore, since the single photon image of the present invention is two-dimensional, the noise image due to thermionic electrons from the microchannel plate 1d is also two-dimensional. For this reason, two-dimensional noise processing is performed by using a frame memory. In particular, this two-dimensional noise is not at a uniform level on a two-dimensional plane and varies depending on the position, so it is particularly important for obtaining accurate images. It should be noted that in this respect, it is completely different from background noise that appears uniformly.

(効果の説明) 以上説明したように、本発明によれば、微弱光
領域では、2値化回路と画像メモリを使うことに
より解像度の低下をきたさないで良好な撮像を行
うことができる。
(Description of Effects) As described above, according to the present invention, good imaging can be performed in a weak light region by using a binarization circuit and an image memory without causing a decrease in resolution.

光学系の調整はアナログ像を映しながら焦点を
合わせ次にデイジタル撮像をすることにより操作
性が非常に良くなつた。
Adjustment of the optical system improves operability by focusing while displaying an analog image and then capturing the image digitally.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る微弱な映像を撮像する撮
像装置の実施例を示すブロツク図である。第2図
はイメージインテンシフアイヤの螢光面に発生し
た一つの輝点の輝度分布のモデルを示す斜視図で
ある。第3図は輝点のエネルギーの分布を示すグ
ラフである。第4図は、水平走査により取り出さ
れた信号と、記憶の関係を示すグラフである。 1……イメージインテンシフアイヤ、3……ビ
ジコン、4……イメージインテンシフアイヤの電
源回路、5……ビジコン駆動回路、6……映像信
号増幅回路、7……2値化回路、8……切換回
路、9……記憶および演算回路、9a……第1の
フレームメモリ、9b……第2のフレームメモ
リ、9c……第3のフレームメモリ、9d……減
算回路、10……制御回路、11……DA変換回
路、12……テレビジヨンモニタ、21……撮像
レンズ、22……中継レンズ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an imaging apparatus for capturing weak images according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a model of the brightness distribution of one bright spot generated on the fluorescent surface of the image intensifier. FIG. 3 is a graph showing the energy distribution of bright spots. FIG. 4 is a graph showing the relationship between signals extracted by horizontal scanning and storage. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Image intensifier, 3... Busicon, 4... Image intensifier power supply circuit, 5... Busicon drive circuit, 6... Video signal amplification circuit, 7... Binarization circuit, 8... Switching circuit, 9...Storage and calculation circuit, 9a...First frame memory, 9b...Second frame memory, 9c...Third frame memory, 9d...Subtraction circuit, 10...Control circuit, 11...DA conversion circuit, 12...TV monitor, 21...imaging lens, 22...relay lens.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 二次元のシングルホトン像を撮像する装置に
おいて、光電面、マイクロチヤンネルプレート、
螢光面をもつイメージインテンシフアイヤと、前
記イメージインテンシフアイヤの蛍光面に形成さ
れた像を撮像するテレビジヨン撮像装置と、前記
テレビジヨン撮像装置の映像信号に含まれる映像
信号を前記光電面の発生した単一電子に原因する
信号波形の中心部分を有意として取り出す閾値を
もつ2値化回路と、テレビジヨン撮像の画素に対
応する番地を持つフレームメモリと、被測定ホト
ン源からのホトンの前記イメージインテンシフア
イヤの光電面へ入射させた状態で第1の期間前記
2値化回路出力の有意部分を前記フレームメモリ
の対応する番地に加算させ、被測定ホトン源から
のホトンの前記イメージインテンシフアイヤの光
電面への入射を遮断した状態で第2の期間前記2
値化回路出力の有意部分を対応する番地から減算
させる制御回路と、前記演算結果を出力する画像
再生装置とから構成した微弱な映像を撮像する撮
像装置。 2 前記第1および第2の期間は略等しい時間で
ある特許請求の範囲第1項記載の微弱な映像を撮
像する撮像装置。 3 前記イメージインテンシフアイヤは複数枚の
マイクロチヤンネルプレートを持つ特許請求の範
囲第1項記載の微弱な映像を撮像する撮像装置。 4 前記撮像装置は標準テレビジヨン走査により
前記イメージインテンシフアイヤの光電面を走査
する特許請求の範囲第1項記載の微弱な映像を撮
像する撮像装置。 5 前記撮像装置の光電変換部は低残像形ビジコ
ンや固体撮像素子である特許請求の範囲第1項記
載の微弱な映像を撮像する撮像装置。 6 二次元のシングルホトン像を撮像する装置に
おいて、 光電面、マイクロチヤンネルプレート、蛍光面
をもつイメージインテンシフアイヤと、前記イメ
ージインテンシフアイヤの蛍光面に形成された像
を撮像するテレビジヨン撮像装置と、前記テレビ
ジヨン撮像装置の映像信号に含まれる映像信号を
前記光電面の発生した単一電子に原因する信号波
形の中心部分を有意として取り出す閾値を持つ2
値化回路と、テレビジヨン撮像の画素に対応する
番地を持つ第1および第2のフレームメモリと、 前記各フレームメモリ間の演算を行う演算器
と、被測定ホトン源からのホトンの前記イメージ
インテンシフアイヤの光電面への入射を遮断した
状態で前記2値化回路出力を前記第1のフレーム
メモリに切換接続して第1の期間だけ前記2値化
回路出力の有意部分を対応する番地に加算させ、
被測定ホトン源からのホトンの前記イメージイン
テンシフアイヤの光電面へ入射させた状態で前記
2値化回路出力を前記第2のフレームメモリに切
換接続し、第2の期間だけ前記2値化回路出力の
有意部分を対応する番地に加算させ、前記演算器
に前記第1および第2のフレームメモリの画素対
応番地ごとに差を演算させる制御回路と、前記演
算結果を出力する画像再生装置とから構成した微
弱な映像を撮像する撮像装置。 7 二次元のシングルホトン像を撮像する装置に
おいて、 光電面、マイクロチヤンネルプレート、蛍光面
をもつイメージインテンシフアイヤと、前記イメ
ージインテンシフアイヤの光電面に被測定像を形
成する焦点調節可能な光学系と、前記イメージイ
ンテンシフアイヤの蛍光面に形成された像を撮像
するテレビジヨン撮像装置と、前記テレビジヨン
撮像装置で撮像された映像を再生するテレビジヨ
ンモニタと、前記テレビジヨン撮像装置の映像信
号に含まれる映像信号を前記光電面の発生した単
一電子に原因する信号波形の中心部分を有意とし
て取り出す閾値をもつ2値化回路と、テレビジヨ
ン撮像の画素に対応する番地を持つ第1および第
2のフレームメモリと、前記各フレームメモリ間
の演算を行う演算器と、被測定ホトン源からのホ
トンの前記イメージインテンシフアイヤの光電面
への入射を遮断した状態で前記2値化回路出力を
前記第1のフレームメモリに切換接続して第1の
期間だけ前記2値化回路出力の有意部分を対応す
る番地に加算させ、被測定ホトン源からのホトン
の前記イメージインテンシフアイヤの光電面へ入
射させた状態で前記2値化回路出力を前記第2の
フレームメモリに切換接続し、第2の期間だけ前
記2値化回路出力の有意部分を対応する番地に加
算させ、前記演算器に前記第1および第2のフレ
ームメモリの画素対応番地ごとに差を演算させる
制御回路と、前記演算結果を出力する画像再生装
置とからなり、被測定微弱ホトン源の位置に通常
撮像可能な物または像を形成し前記テレビジヨン
モニタでその像を観察しながら前記撮像光学系の
焦点を調節するように構成した微弱な映像を撮像
する撮像装置。
[Claims] 1. An apparatus for capturing a two-dimensional single photon image, which includes a photocathode, a microchannel plate,
an image intensifier having a fluorescent surface; a television imaging device for capturing an image formed on the fluorescent screen of the image intensifier; and a television imaging device for capturing an image formed on the fluorescent screen of the image intensifier; A binarization circuit has a threshold value that extracts as significant the central part of the signal waveform caused by a single electron generated by the photon, a frame memory having an address corresponding to the pixel of the television image, and a A significant portion of the output of the binarization circuit is added to the corresponding address of the frame memory for a first period while the photons are incident on the photocathode of the image intensifier, and the image intensifier of the photons from the photon source to be measured is During the second period 2 above, the shifter is blocked from entering the photocathode.
An imaging device that captures a weak image, and includes a control circuit that subtracts a significant portion of a value output from a corresponding address, and an image reproducing device that outputs the calculation result. 2. The imaging device for capturing weak images according to claim 1, wherein the first and second periods are approximately equal in time. 3. An imaging device for capturing weak images according to claim 1, wherein the image intensifier includes a plurality of microchannel plates. 4. An imaging device for capturing a weak image according to claim 1, wherein the imaging device scans the photocathode of the image intensifier by standard television scanning. 5. The imaging device for capturing weak images according to claim 1, wherein the photoelectric conversion section of the imaging device is a low-afterimage type vidicon or a solid-state imaging device. 6 A device that captures a two-dimensional single photon image, comprising an image intensifier having a photocathode, a microchannel plate, and a fluorescent screen, and a television imaging device that captures an image formed on the fluorescent screen of the image intensifier. and 2 having a threshold value for extracting the central part of the signal waveform caused by a single electron generated by the photocathode as significant in the video signal included in the video signal of the television imaging device.
a value conversion circuit; first and second frame memories having addresses corresponding to pixels of television imaging; a computing unit for performing calculations between the respective frame memories; With the input to the photocathode of the shifter blocked, the output of the binarization circuit is switched and connected to the first frame memory, and the significant part of the output of the binarization circuit is sent to the corresponding address for a first period. add it,
The output of the binarization circuit is switched and connected to the second frame memory while photons from the photon source to be measured are incident on the photocathode of the image intensifier, and the output of the binarization circuit is switched for a second period. a control circuit that causes the significant part of the output to be added to a corresponding address and causes the arithmetic unit to calculate a difference for each pixel corresponding address of the first and second frame memories; and an image reproducing device that outputs the arithmetic result. An imaging device that captures weak images. 7 A device for capturing a two-dimensional single photon image, comprising: an image intensifier having a photocathode, a microchannel plate, and a fluorescent screen; and a focus-adjustable optical device that forms a measured image on the photocathode of the image intensifier. a television imaging device for capturing an image formed on the phosphor screen of the image intensifier; a television monitor for reproducing the video imaged by the television imaging device; and an image of the television imaging device. a binarization circuit having a threshold value for extracting the central part of the signal waveform caused by a single electron generated by the photocathode as significant in the video signal contained in the signal; and a second frame memory, a computing unit that performs calculations between the frame memories, and the binarization circuit in a state where photons from the photon source to be measured are blocked from entering the photocathode of the image intensifier. The output is switched and connected to the first frame memory to add a significant part of the output of the binarization circuit to the corresponding address for a first period, and the photoelectric conversion of the photons from the photon source to be measured to the image intensifier is performed. The output of the binarization circuit is switched and connected to the second frame memory while the light is incident on the surface, and the significant part of the output of the binarization circuit is added to the corresponding address for a second period. an object that can normally be imaged at the position of the weak photon source to be measured; Alternatively, an imaging device that captures a weak image is configured to form an image and adjust the focus of the imaging optical system while observing the image on the television monitor.
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