《光電成像與》PPT課件

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1、第五章光電成像與成像系統(tǒng)楊曉占光電信息學(xué)院1.光電成像系統(tǒng)概述;2.圖像探測(cè)器簡(jiǎn)介;3.點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)及基于點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的性能指標(biāo)；4.光學(xué)傳遞函數(shù)；5.調(diào)制與調(diào)制傳遞函數(shù)；6.光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)；7.光電成像系統(tǒng)簡(jiǎn)介；8.非掃描光電成像系統(tǒng)性能的進(jìn)一步描述；9.掃描光電成像系統(tǒng)性能的進(jìn)一步描述5.1光電成像系統(tǒng)概述一、光電成像器件的發(fā)展1934年，光電像管（Iconoscope），應(yīng)用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。靈敏度非常低，需要10000lx的照度，達(dá)到圖像信噪比的要求；1947年，超正析像管（ImageOrthicon）

2、，照度降低到2000lx；1954年，視像管，靈敏度＆分辨率高，成本低，體積小，慣性大，不適用于高速運(yùn)動(dòng)圖像測(cè)量，不能取代超正析像管用于彩色廣播電視攝像機(jī)；1965年，氧化鉛管（Plumbicon），成功取代超正析像管，慣性小，廣泛應(yīng)用于彩色電視攝像機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，靈敏度＆分辨率都很高。1976年，硒靶管＆硅靶管，靈敏度進(jìn)一步提高且成本更低；1970年后，CCD的出現(xiàn)使光電成像器件進(jìn)入新的階段。體積更小，靈敏度更高，應(yīng)用更靈活、更方便。二、光電成像器件的類型光電成像器件（成像原理）掃描型非掃描型真空電子束掃描固體自

3、掃描：CCD光電型熱電型：熱釋電攝像管光電發(fā)射式攝像管變像管（完成圖像光譜變換）紅外變像管紫外變像管X射線變像管像增強(qiáng)管（圖像強(qiáng)度的變換）串聯(lián)式級(jí)聯(lián)式微通道板式負(fù)電子親和勢(shì)陰極常由像敏面，電子透鏡＆顯像面構(gòu)成光電導(dǎo)式攝像管三、光電成像系統(tǒng)要研究的問題光電成像涉及到一系列復(fù)雜信號(hào)的傳遞過程，有四個(gè)方面問題需要研究能量方面——物體、光學(xué)系統(tǒng)和接收器的光度學(xué)和輻射度學(xué)性質(zhì)，解決能否探測(cè)到目標(biāo)的問題。成像方面——能分辨的光信號(hào)在空間和時(shí)間方面的細(xì)致程度，對(duì)多光譜成像還包括它的光譜分辨率。噪聲方面——決定接收到的信號(hào)不穩(wěn)定的程度或

4、可靠性。信息傳遞速率方面——成像特性、噪聲信息傳遞問題，決定能被傳遞的信息量大小。光電成像系統(tǒng)基本組成景物同步掃描視頻信號(hào)光學(xué)成像光電變換圖像分割傳送同步掃描視頻解調(diào)圖像再現(xiàn)攝像部分顯像部分光電成像系統(tǒng)原理方框圖5.2圖像探測(cè)器簡(jiǎn)介特點(diǎn)：能夠輸出可視圖像信息真空成像器件固體成像器件光電成像器件像增強(qiáng)管光電導(dǎo)型攝像管光電發(fā)射型攝像管變像管像管直視型光電成像器件攝像型光電成像器件熱釋電型攝像管CMOS圖像傳感器電耦合器件（CCD）紅外焦面陣列器件（IRFPA）攝像管1.真空成像器件像管結(jié)構(gòu)原理示意圖常見像管-變像管紅外變像管

5、紅外變像管的應(yīng)用紫外變像管選通式變像管常見像增強(qiáng)管級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)管微通道板像增強(qiáng)管第三代像增強(qiáng)器第二代微通道結(jié)構(gòu)配以負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極，就構(gòu)成了第三代像增強(qiáng)器。X射線像增強(qiáng)器實(shí)質(zhì)：變像管作用：將不可見的X射線轉(zhuǎn)換成可見光圖像，并使圖像亮度增強(qiáng)攝像管作用：把按空間光強(qiáng)分布的光學(xué)圖像記錄并轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)的成像裝置。分類（按光電轉(zhuǎn)換形式）光電發(fā)射型攝像管：利用外光電效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的攝像管，又稱攝像管。光電導(dǎo)型攝像管：利用內(nèi)光電效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的攝像管，又稱視像管。攝像管結(jié)構(gòu)原理圖視像管結(jié)構(gòu)原理圖攝像管的結(jié)構(gòu)和工作原理基本功能

6、：光電轉(zhuǎn)換，光電信息的積累、儲(chǔ)存和掃描輸出。2.固體成像器件電荷耦合器件(CCD，chargecoupleddevice)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS、電荷注入器件（CID，chargeinjectiondevice）和IRFPA都利用了自掃描技術(shù)，能完成光學(xué)圖像的轉(zhuǎn)換、信息的存儲(chǔ)和掃描輸出。CCD圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于生活、天文、醫(yī)療、電視、傳真、通信以及工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。電荷耦合器件（CCD）特點(diǎn)）——以電荷作為信號(hào)CCD的基本功能——電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移優(yōu)點(diǎn)：集成度高、功耗小、分辨力高、動(dòng)態(tài)范圍大等

7、。CCD工作過程——信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)的過程?；窘Y(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移溝槽結(jié)構(gòu)、信號(hào)輸入結(jié)構(gòu)、信號(hào)輸出結(jié)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)結(jié)構(gòu)。構(gòu)成CCD的基本單元：CMOS電容CCD類型：表面溝道CCD（SCCD）：電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏敚惑w溝道CCD（BCCD）：電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向傳輸。MOS電容器組成的光敏元及數(shù)據(jù)面的顯微照片CCD光敏元顯微照片CCD讀出移位寄存器的數(shù)據(jù)面顯微照片彩色CCD顯微照片（放大7000倍）CCD的基本工作原理組成：光敏

8、元、轉(zhuǎn)移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路。CCD工作時(shí)，在設(shè)定的積分時(shí)間內(nèi)，光敏元對(duì)光信號(hào)進(jìn)行取樣，將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為各光敏元的電荷量。取樣結(jié)束后，各光敏元的電荷在轉(zhuǎn)移柵信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)移到CCD內(nèi)部的移位寄存器相應(yīng)單元中。移位寄存器在驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的作用下，將信號(hào)電荷順次轉(zhuǎn)移到輸出端。輸出信號(hào)可接到示波器、圖象顯示器或