第七章：光电成像技术.pptx

2024/4/19 周五11 光电成像器件的发展o近年来，利用光电成像器件构成图像传感器进行光学图像处理与图像测量已成为现代光学仪器、现代测控技术的重要发展方向。它广泛应用于遥感、遥测技术、图形图像测量技术和监控工程等，成为现代科学技术的重要组成部分。2024/4/19 周五2o1934年研制出光电像管，应用于时内外的广播电视摄像。它的灵敏度相当低，要达到现在图像信噪比的要求，需要不低于10000 lx的照度，这是它的应用范围受到很大限制。o1947年超正析摄像管面世，使最低照度降至2000 lx。o1954年灵敏度较高的视像管投入市场。其成本低，体积小，灵敏度和分辨率都较高，但不是适用于高速场合和彩色应用。2024/4/19 周五3o1965年，氧化铅管成功代替正析摄像管，广泛应用于彩色电视摄像机。它使彩色电视广播摄像机的发展产生了一个飞跃。o1976年前后，又相继出现灵敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。o1970年，美国贝尔实验室发表电荷耦合器件（CCD）原理，从此光电成像器件的发展进入了一个新的阶段CCD固体摄像器件的发展阶段。2024/4/19 周五42 光电成像器件的类型o 一、扫描型o 真空电子束扫描型o 光电型：光电导式和光电发射式o 热电型：热释电摄像管o 固体自扫描型：电荷耦合摄像器件o 2024/4/19 周五5o扫描型光电成像器件又称为摄像器件。这种器件通过电子束扫描或自扫描方式将被设景物将光学系统成像在器件光敏面上的二维图像转变为一维时序电信号输出出来。这种运载图像信息的一维时序信号称为视频信号。2024/4/19 周五6o二、非扫描型：直视型电真空像管o 红外变像管o 变相管 紫外变像管o X射线变像管o 串联式像增强管o 像增强管 级联式像增强管o微通道板式像增强管 负电子亲和势阴极摄像管2024/4/19 周五73、光电成像器件的基本特征o一、光谱响应o二、线性o三、空间分辨率2024/4/19 周五84 光电成像原理o系统由光学像系统、光电变换系统、图像分割、同步扫描和控制系统、视频信号处理系统、荧光屏显示系统等构成。2024/4/19 周五9$5、电视制式o1电视图像的宽高比：观测试验得，W:H=4:3o2帧频与场频：电影画面重复频率不得低于每秒48次。电影采用每秒投影24幅画面，两幅之间用遮光伐挡一次。电视场采用隔行扫描，奇数场/偶数场，两场合为一帧。即场频50Hz，帧频25Hz。PAL制式，每帧画面625行，行正程52us，行逆程12us。NTSC制式60Hz.2024/4/19 周五10光电导型真空摄像管2024/4/19 周五11二、光电发射型摄像管2024/4/19 周五12电荷耦合器件oCharge-Coupled Devices 1970年由贝尔实验室首先研制出来。o特点：体积小、重量轻、灵敏度高、寿命长、功耗低、动态范围大。o主要应用领域：摄像、信号处理、存储、测量o 方位测量、遥感遥测、图像制导、图像识别o 传真、扫描仪、自动精密测量o 高分辨率、高可靠性、高准确度。2024/4/19 周五13P沟道型CCD原理o金属-氧化物-半导体结构（MOS)在外加电场作用下，半导体中空穴被推离界面，形成表面势井；o光照产生的电子填充势井，使势井变浅。势井变化率与光生载流子成正比。o势井中的电子在交替变化的电位作用下耦合到下一个势井中，顺序移出。2024/4/19 周五142024/4/19 周五152024/4/19 周五162024/4/19 周五172024/4/19 周五18单沟道线阵CCD2024/4/19 周五19双沟到线阵CCD2024/4/19 周五202024/4/19 周五212024/4/19 周五22四、像管成像物理过程：（三个环节）o微弱的光或不可见的输入辐射图像转换成电子图像（光阴极完成）o电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像（电子光学系统）o将增强的电子图像转换成可见光的图像（荧光屏）2024/4/19 周五23o1辐射图像的光电转换：o 利用外光电效应。光敏面采用光电发射型材料。发射的电子流分布正比于人射的辐射通量分布。由此完成辐射图像转换为电子图像的过程。o2电子图像增强：o 电场加速 或微通道板中二次电子发射。2024/4/19 周五24o3电子图像的发光显示o高能电子轰击荧光屏，发出可见光。o荧光屏是利用掺杂的晶态磷光体受激发光。2024/4/19 周五25五、像管的主要结构类型o近贴式o静电聚焦倒像式（单级，多级）o电磁复合聚焦o带微通道板的像管（第二代，2，3之上）o负电子亲和势像管（第三代）oX射线变像管和r射线变像管2024/4/19 周五26三级串联像增强管2024/4/19 周五27磁聚焦像增强管2024/4/19 周五28有光纤板的三级像增强管2024/4/19 周五29微通道板结构