光電成像器件-精品ppt課件

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1、第四章光電成像器件4.1攝像管4.2攝像器件的性能參數(shù)4.3電荷耦合器件4.4CMOS圖像傳感器4.5圖像增強(qiáng)器光電成像器件是能夠輸出圖像信息的一類器件攝像器件使光學(xué)圖像變成視頻信號(hào)·攝像管·電荷耦合器件·CMOS圖像傳感器像管使光學(xué)圖像增強(qiáng)或改變光譜·像增強(qiáng)器·變像管4.1攝像管可分為兩大類：*光電發(fā)射型攝像管利用外光電效應(yīng)*視像管利用內(nèi)光電效應(yīng)攝像管是能夠輸出視頻信號(hào)的真空光電管光電發(fā)射型攝像管視像管視像管基本結(jié)構(gòu)：光電靶完成光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)存儲(chǔ)電子槍完成信號(hào)掃描輸出氧化鉛視像管結(jié)構(gòu)與工作原理管子結(jié)構(gòu)氧化鉛PIN靶PIN光電靶：反向偏置，掃描面形成正電位圖像電子槍：發(fā)

2、射電子束，按電視制式掃描正電位圖像，輸出視頻信號(hào)像素：組成圖像的最小單元。攝像管像素大小由電子束截面積決定。在電子束掃描某一像素的瞬間，該像素與電源正極和陰極結(jié)成通路。這個(gè)像素的光電流由P→N，流過負(fù)載RL,產(chǎn)生負(fù)極性圖像信號(hào)輸出。同時(shí)，掃描電子束使P層電位降至陰極電位（圖像擦除）。4.2攝像器件的性能參數(shù)一.靈敏度S在2856K色溫標(biāo)準(zhǔn)光源單位光功率照射下,由器件輸出信號(hào)電流大小來衡量。單位:μA/lm；mA/W。實(shí)際常用能產(chǎn)生正常電視圖像所需最低光照度Lmin來表征。二.光電轉(zhuǎn)換特性－γ特性γ＝1IP與L成線性關(guān)系，是最理想情況。γ＜1低照度下靈敏度相對(duì)增加。γ＞1

3、圖像對(duì)比度提高。*關(guān)于伽瑪γ校正電路三.分辨率能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力有兩種表示方法:⑴極限分辨率：用在圖像（光柵）范圍內(nèi)能分辨的等寬黑白線條數(shù)表示（如：水平800線、垂直500線）；也用～線對(duì)/mm表示。⑵調(diào)制傳遞函數(shù)MTF：能客觀地測(cè)試器件對(duì)不同空間頻率信號(hào)的傳遞能力調(diào)制度M：調(diào)制傳遞函數(shù)MTF：MTF隨著測(cè)試卡線條空間頻率的增加而降低。四.惰性指輸出信號(hào)的變化相對(duì)于光照度的變化有一定的滯后影響攝像管惰性的原因是靶面光電導(dǎo)張馳過程和電容電荷釋放惰性。五.視頻信噪比（S/N）六.動(dòng)態(tài)范圍Lmax:Lmin=10n:14.3電荷耦合器件CCD圖像傳感器主要特點(diǎn)：固體

4、化攝像器件很高的空間分辨率很高的光電靈敏度和大的動(dòng)態(tài)范圍光敏元間距位置精確,可獲得很高的定位和測(cè)量精度信號(hào)與微機(jī)接口容易CCD(ChargeCoupledDevices)電荷耦合器件（CCD）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。工作過程：電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸＆檢測(cè)。CCD全稱電荷耦合器件，它具備光電轉(zhuǎn)換、信息存貯和傳輸?shù)裙δ?，具有集成度高、功耗小、分辨力高、?dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。CCD圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于生活、天文、醫(yī)療

5、、電視、傳真、通信以及工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。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）一個(gè)完整的CCD器件由光敏元、轉(zhuǎn)移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路組成。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、圖象顯示器或其他信號(hào)存儲(chǔ)、處理設(shè)備中，可對(duì)信號(hào)再現(xiàn)或進(jìn)行存儲(chǔ)

6、處理。CCD的基本工作原理一、電荷存儲(chǔ)柵電極G氧化層P型半導(dǎo)體耗盡區(qū)反型層uG>uthuGUth時(shí)，半導(dǎo)體與絕緣體界面上的電勢(shì)（表面勢(shì)ФS）變得如此之高，以至于將半導(dǎo)體體內(nèi)的電子（少數(shù)載流子）吸引到表面，形成電荷濃度極高的極薄反型層，反型層電荷的存在說明了MOS結(jié)構(gòu)具有存儲(chǔ)電荷的功能。ФSUGP型硅

7、雜質(zhì)濃度Nd=1021m-3反型層電荷QINV=01.0V1.4VUth=2.2V3.0Vdox=0.1um0.30.40.6表面勢(shì)與柵極電壓的關(guān)系ФSQINVdox=0.1umdox=0.2umUG=15VUG=10V表面勢(shì)與反型層電荷密度的關(guān)系曲線的直線特性好，說明兩者有著良好的反比例線性關(guān)系?？梢浴皠?shì)阱”的概念來解釋。u010V10VUG=5VUG=10VUG=15V空勢(shì)阱填充1/3勢(shì)阱全滿勢(shì)阱電子被加有柵極電壓的MOS結(jié)構(gòu)吸引到勢(shì)能最低的氧化層與半導(dǎo)體地交界面處。MOS電容存儲(chǔ)信號(hào)電荷的容量為：Q=Cox?UG?A二、電荷耦合假定