第07章光电成像器件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,理学院 光电子与物理学系,光电探测器,光电成像器件,微光夜瞄镜,微光夜视眼镜,热像仪,光电探测器：,单元器件,“,点源,”探测，跟踪制导等,AIM-9M,红外制导导弹,点击图片播放,光电成像器件：,阵列器件,“,面源,”探测，目标识别等,成像制导攻击目标,点击图片播放,第,07,章 光电成像器件,夜视仪,输出图像信号：,直视型光电成像器件,第,07,章 光电成像器件,输出视频信号：,摄像型光电成像器件,摄像头,第,07,章 光电成像器件,光电成像器件是一类能够输出,图像信息,（图像或视频信号）的功能器件，也称,光电图像传感器,。,Photoelectronic,Imaging Devices,光电成像器件,摄像型：,直视型：,像 管,变像管,像增强管,电真空摄像管,固体摄像器件,摄像管,第,07,章 光电成像器件,7.1,像管（变像管和像增强器）,7.2,电真空摄像管,7.3,固体成像器件,7.1,像管（变像管和像增强器）,7.1.1,像管基本结构原理,7.1.2,变 像 管,7.1.3,像 增 强 器,三个基本部分：,光电变换部分,电子光学部分,电光变换部分,7.1,像管,7.1.1,像管基本结构原理,1,、光电阴极,7.1,像管,7.1.1,像管基本结构原理,2,、电子光学系统,静电系统、电磁复合系统,3,、荧光屏,1,、光谱响应特性和光谱匹配因数,7.1,像管,7.1.2,像管的主要特征参数,光谱匹配,积分灵敏度,2,、增益特性,7.1,像管,7.1.2,像管的主要特征参数,3,、等效背景照度,4,、像管的成像特性,1,）放大率与畸变,2,）分辨率,极限分辨率,MTF,7.1,像管,7.1.2,像管的主要特征参数,7.1.3,变像管,变像管,不可见光图像,可见光图像,红外夜视仪,7.1,像管,7.1.2,变像管,基本变像方法,直接变像,（依光波长改变光电阴极材料）,近红外光像,1.15m,紫外光像,2V,5V,1.CCD,的结构与工作原理,CCD,电荷存储,电荷转移,电荷注入,电荷输出,7.3.1,电荷耦合器件,1.CCD,的结构与工作原理,小 结：,7.3.1,电荷耦合器件,1.CCD,的结构与工作原理,为什么称为,电荷,耦合,器件？,电荷,器件中的信息是以,电荷,形式出现的，不同于其他探测器的“电流”或“电压”,耦合,器件内部信息的传递是通过势阱的,藕合,完成的，完全不同于电子枪的“扫描输出”形式,7.3.1,电荷耦合器件（,CCD,器件）,Charge Coupled,Devie,简称,CCD,1.CCD,的结构与工作原理,2.CCD,的特性参数,3.CCD,摄像器件,7.3.1,电荷耦合器件,2.CCD,的主要特性参数,1.,转移效率，损耗率,2.,暗电流,3.,灵敏度和量子效率,4.,光谱响应特性,5.CCD,噪声,6.,分辨率,7.,工作频率,8.,动态范围,7.3.1,电荷耦合器件,2.CCD,的特性参数,1),转移效率，损耗率,总,=,n,例：,=0.999,，二相,1024,器件，,总,电 荷,成像区,暂存区,场正程,电荷平移,输出信号,CCD,摄像器件,扫描输出,的特点,CCD,摄像管,微电子电路,按规律发出,脉冲,扫描输出电信号,微电子电路,脉冲信号,光敏区,暂存区,输出端,3.CCD,摄像器件,自 扫 描,电真空摄像器件,扫描输出,的特点,电真空摄像管,电子枪,按规律偏转,电子束,扫描输出电信号,电子枪,3.CCD,摄像器件,对比：二者,扫描方式,的差别,CCD,摄像管,微电子电路,按规律发出,脉冲,扫描输出电信号,电真空摄像管,电子枪,按规律偏转,电子束,扫描输出电信号,3.CCD,摄像器件,电真空摄像管由于其,重量,和,体积,的限制，其研究与发展已经告一段落，它正逐步被,固体摄像器件,所代替。,4),微光,CCD,摄像器件,分类：,1,、像增强器与,CCD,耦合,2,、电子轰击型,CCD,（,EBCCD,）,3,、电子倍增,CCD,（,EMCCD,）,3.CCD,摄像器件,用于成像,CCD,微光电视摄像,3.CCD,摄像器件,像增强器与,CCD,芯片的耦合（光学耦合）,CCD,芯片,例,1,：,CCD,微光电视摄像,3.CCD,摄像器件,例,2,：用于测量,CCD,玻璃管测控仪（生产线）,测量尺寸及精度要求：,外径,200.3mm,、,280.4mm,壁厚（,1.20.05,）,mm,、（,20.07,）,mm,3.CCD,摄像器件,光强均匀的平行光束,照射玻璃管,线阵,CCD,输出信号波形,电视型成像器件,小结：,1.,电视制式：,扫描、行、帧、场,3.CCD,成像器件：,单元结构、转移、自扫描,2.,电真空摄像管：,电子枪、扫描,4.CMOS,图像传感器,5.IRFPA,阵列器件,7.3,固体成像器件,7.3.1,电荷耦合器件（,CCD,器件）,7.3.2 CMOS,图像传感器,7.3.3,红外焦平面阵列器件（,IRFPA,）,7.3.2 CMOS,图像传感器,Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称,CMOS,特点：成品率高、价格低廉，像质量？,CMOS,数码相机,1.CMOS,成像器件结构,:,信号读出,采用,X,Y,寻址方式,，,具有,读出任意局部画面,的能力,7.3.2 CMOS,图像传感器,2.CMOS,成像器件原理,:,信号读出,采用,X,Y,寻址方式,，,具有,读出任意局部画面,的能力,7.3.2 CMOS,图像传感器,3.CMOS,成像器件单元结构,:,被动像敏单元结构,主动像敏单元结构,像敏单元,选址模拟开关,压降,暗电流,附加噪声,7.3.2 CMOS,图像传感器,4.CMOS,成像器件与,CCD,成像器件,:,最大差异：,单元结构（带放大器）,信号寻址读出与信号顺序读出,应用差异：,CCD,低噪声、高分辨率、高灵敏度等高画质性能占据图像传感器,高端市场,；,CMOS,高集成度、高速、小体积、低价格等特点占据,低端市场,大的份额。,7.3.2 CMOS,图像传感器,7.3,固体成像器件,7.3.1,电荷耦合器件（,CCD,器件）,7.3.2 CMOS,图像传感器,7.3.3,红外焦平面阵列器件（,IRFPA,）,7.3.3,红外焦平面器件,IRFPA,技术的来由,常用光波波段,主要用途,Infrared-Ray Focus Plane Array,-,简称,IRFPA,1.IRFPA,技术的来由,成像系统,物空间和像空间的对应关系,1,：物平面；,2,：单元探测器在物空间的投影；,3,：聚焦系统；,4,：像平面；,5,：单元探测器；,6,：线阵探测器在物空间的投影；,7,：线阵探测器,1,2,3,5,4,6,7,7.3.3,红外焦平面器件,早期红外成象系统：,二维图象,光学机械,扫描,电路处理,图象再现,单元红外,探测器,二维图象,电路处理,图象再现,红外探测器面阵,+CCD,IRFPA,成像系统：,没有机械和光电扫描装置,-“,凝视型”,7.3.3,红外焦平面器件,1.IRFPA,技术的来由,“凝视型”热成像摄像机,摄像机核心部件：,红外探测器阵列,Si,CCD,面阵,7.3.3,红外焦平面器件,7.3.3,红外焦平面器件,2.IRFPA,的结构,红外探测器阵列,Si,CCD,面阵,目前常用和比较成熟的技术,3.IRFPA,常用光波波段,1-3,微米,InGaAs,3-5,微米,PtSi,InSb,8-14,微米,HgCdTe,在常用大气窗口波段,分别由下列材料构成光电探测器面阵：,7.3.3,红外焦平面器件,4.IRFPA,的发展现状,光子类探测器,IRFPA,：,灵敏度较高，制冷，,价格低,近红外与中红外的,19681968,硅肖特基势垒,IRFPA,，像元,1717m,2,（,640480,，,8,12m,）的,HgCdTe,探测器,IRFPA,光热类探测器,IRFPA,：,灵敏度较低，非制冷，,价格低,328245,的铌酸锶钡（,SBN,）热释电探测器,RFPA,，像元,2828m,2,。,7.3.3,红外焦平面器件,5.IRFPA,的应用,7.3.3,红外焦平面器件,主要用途：,地球资源探测、红外成象、跟踪、制导等,变压器的热图,隐藏在草丛中的人的热图,本章小结,1,、光电成像器件输出图像信息的器件：,直视型、摄像型,2,、像管 变像管和像增强器,微通道板像增强器,3,、电真空摄像管 光学图像转换为视频信号,4,、固体摄像器件,CCD,、,CMOS,和,IRFPA.,自扫描技术,随着半导体及集成电路工艺的发展，,CCD,、,CMOS,等固体摄像器件凭借其多种优越性而逐步成为摄像器件应用领域中的,主流器件,。,