典型光电成像器件电路设计

《典型光电成像器件电路设计》

课程编号：

课程名称：典型光电成像器件电路设计——高压、选通电源设计

学分：1 学时：1周

选修课程：模拟电子技术，电路原理

一、目的与任务

本课程目的是针对微光检测技术中常用的距离选通技术，设计适合像管供电的高压电源和带距离选通功能的电源，帮助测控技术与仪器、电子科学与技术（光电子方向）的学生掌握光电成像技术中供电电源的设计方法。

二、教学内容及学时分配

1．设计要求，高压电源和选通电源原理讲解（1天）

2．电源参数选择与仿真分析（1天）

3．硬件电路调试（2天）

4．实验结果验收（1天）

三、考核与成绩评定

考核：在1周的实验课中用1天时间进行2人一组的考核验收。

成绩根据3方面情况最终评定：

1.学生的实验操作情况

2.学生的实验报告完成情况

3.学生的实验出勤情况

成绩评定按百分制，验收考核占总成绩的40%，平时表现、实验报告占总成绩的40%，创新性占20%，60分为及格。

四、大纲说明

1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。

2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。

3. 本大纲适合光电类相关专业。

五、教材、参考书

选用教材：江月松.光电技术与实验[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

参考书：

[1] 胡士凌，孔得人.光电电子技术[M].北京:北京理工大学出版社，1996.

[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社出版社，2001.

[3] 白廷柱，金伟其.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

编写教师：

责任教授签字：

教学院长签字：

《Typical Photoelectric Imaging Device Application Circuit Design》Course Code: ******

Course Name: Typical Photo-electronic Imaging Device Application Circuit Design Class Hour: 16 (1 weak)

Credit: 1

Course Description

The object of this course is to aim at the distance gating technology in weak light detection applications, design a high-voltage power supply which is used in image intensifier and a power supply support distance gating function. The goals of the course is to train students major in Measurement & Control Technology & Instrument, or major in Science & Technology of Electronics (Photo-electronic Field) to grasp the power supply design techniques in photo-electronic imaging applications.

《典型光电成像器件电路设计》

《典型光电成像器件电路设计》 课程编号： 课程名称：典型光电成像器件电路设计——高压、选通电源设计 学分：1学时：1周 选修课程：模拟电子技术，电路原理 一、目的与任务 本课程目的是针对微光检测技术中常用的距离选通技术，设计适合像管供电的高压电源和带距离选通功能的电源，帮助测控技术与仪器、电子科学与技术（光电子方向）的学生掌握光电成像技术中供电电源的设计方法。 二、教学内容及学时分配 1．设计要求，高压电源和选通电源原理讲解（1天） 2．电源参数选择与仿真分析（1天） 3．硬件电路调试（2天） 4．实验结果验收（1天） 三、考核与成绩评定 考核：在1周的实验课中用1天时间进行2人一组的考核验收。 成绩根据3方面情况最终评定： 1.学生的实验操作情况 2.学生的实验报告完成情况 3.学生的实验出勤情况 成绩评定按百分制，验收考核占总成绩的40%，平时表现、实验报告占总成绩的40%，创新性占20%，60分为及格。 四、大纲说明 1.本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3.本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书 选用教材：江月松.光电技术与实验[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

参考书： [1]胡士凌，孔得人.光电电子技术[M].北京:北京理工大学出版社，1996. [2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社出版社，2001. [3]白廷柱，金伟其.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006. 编写教师：高昆 责任教授签字： 教学院长签字：

光电成像原理及技术课后题答案

光电成像原理及技术课后题 答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能有哪些方法和描述方式 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来 定量描述其成像特性。

第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。 维恩位移定律： 他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律： 一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章

光电成像原理复习指南(含答案)

复习指南 注：答案差不多能在书上找到的都标注页数了，实在找不到的或者PPT上的才打在题后面了，用红色和题干区分。特此感谢为完善本文档所做出贡献的各位大哥。(页码标的是白廷柱、金伟其编著的光电成像原理与技术一书) 1.光电成像系统有哪几部分组成?试述光电成像对视见光谱域的延伸以及所受到的限制(长波限制和短波限制)。(辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。P2-4) 答:辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。 [1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用?光电成像技术突破了人眼的哪些限制?(P5) 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节( 4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类?各有什么特点?(P8)固体成像器件主要有哪两类?(P9，CCD CMOS) 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 电荷耦合器件，简称CCD；自扫描光电二极管阵列，简称SSPD，又称MOS图像传感器 4.什么是像管?由哪几部分组成?(P8第一段后部) 器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，它的工作方式是：通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。这样的器件通常称为像管。 基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板(电子倍增器件)、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。 5.像管的成像包括哪些物理过程?其相应的物理依据是什么?(P8第一段工作方式) （1）像管的成像过程包括3个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图 像B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增C、将获得增强后的电子图像转

光电成像

光电测试考试资料整理 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X射线(Roentgen射线)与y射线(Gamma射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？ 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4.什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5.反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6.光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 1.人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？ 答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45min,充分暗适应则需要一个多小时。 2.何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？ 答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。 3.试述人眼的分辨力的定义及其特点。 答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。 [2]特点：眼睛的分辨力与很多因素有关,从内因分析,与眼睛的构造有关(此处不再讨论)。从外因分析,主要是决定于目标的亮度与对比度,但眼睛会随外界条件的不同,自动进行适应,因而可得到不同的极限分辨角。当背景亮度降低或对比度减小时,人眼的分辨力显著地降低。于中央凹处人眼的分辨力最高,故人眼在观察物体时,总是在不断地运动以促使各个被观察的物体依次地落在中央凹处,使被观察物体看得最清楚。 4.简述下列定义：(1)图像信噪比(2)图像对比度(3)图像探测方程 答:[1]图像信噪比:图像信号与噪声之比[2]图像对比度:指的是一幅图像中明暗区 域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小。 [3]当关系式成立时，表明图像可探测到，反之将不能探测。

光电成像技术玉林师范学院期末考试

1.简述： （1）CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同点和不同点； 答：CMOS图像传感器的光电转换原理与CCD基本相同，其光敏单元受到光照后产生光生电子。而信号的读出方法却与CCD不同，每个CMOS源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以被单独选址和读出，工作时仅需工作电压信号，而CCD读取信号需要多路外部驱动。 （2）在应用上各自有什么优缺点，以及各自的应用领域是什么 答：优缺点比较：CMOS与CCD图像传感器相比，具有功耗低、摄像系统尺寸小，可将图像处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD的相比相对较低。灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力，而CCD灵敏度较CMOS高30%～50%。电子-电压转换率表示每个信号电子转换为电压信号的大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构，其电压转换率略优于CCD。 运用的领域：CMOS传感器在低端成像系统中具有广泛运用，如数码相机，微型和超微型摄像机。CCD在工业生产中的应用广泛，如冶金部门中的各种管、线轧制过程中的尺寸测量。 （3）全球生产CMOS器件和CCD几件的企业有哪些分别位于哪些国家，并对先关企业进行简要描述。 2、简要概述《光电成像原理与技术》各章的主要内容，并用自己的语言陈述各章之间的联系（文字在1000字以上）。 答： 1.光电成像技术的产生及发展，光电成像对视见光谱域的延伸，光电成像技术的应用范畴，光电成像器件的分类，光电成像器件的特性。 2.] 3.人眼的视觉特性与图像探测：人眼的视觉特性与模型，图像探测理论与图像探测方程，目标的探测与识别。 4.辐射源与典型景物辐射：辐射度量及光度量，朗伯辐射体及其辐射特性，黑体辐射定律，辐射源及其特性。 5.辐射在大气中的传输：大气的构成，大气消光及大气窗口，大气吸收和散射的计算，大气消光对光电成像系统性能的影响。 6.直视型电真空成像器件成像物理：像管成像的物理过程，像管结构类型与性能参数，辐射图像的光电转换，电子图像的成像理论，电子图像的发光显示，光学图像的传像与电子图像的倍增。 7.直视型光电成像系统与特性分析：直视型光电成像系统的原理，夜视光电成像系统的主要部件及特性，直视型夜视成像系统的总体设计，夜视系统的作用距离。 8.电视型电真空成像器件成像物理：电视摄像的基本原理，摄像管的主要性能参数，摄像管的分类，热释电摄像管，电子枪简介。 9.固体成像器件成像原理及应用： CCD的物理基础与工作原理， CDD的结构与特性，CCD 成像原理，增强型（微光）电荷耦合成像器件，CCD的应用，CMOS成像器件及其应用。10.电视型光电成像系统与特性分析：电视系统的组成与工作原理，电视型微光成像系统（微光电视），成像光子计数探测系统。 11.红外热成像器件成像物理：红外探测器的分类，红外探测器的工作条件与性能参数，光电导型红外探测器，光伏型红外探测器，红外焦平面阵列探测器，非制冷红外焦平面陈列探测器，量子阱红外探测器。

光电成像原理及技术__部分答案(北理工)解析

第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？ 答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1， 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？ 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不

变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。

光电传感技术第七八章答案

1，设光敏二极管的光敏面积为1 mm×1 mm，若用它扫描500 mm×400 mm的图像，问所获得的图像水平分辨率最高能达到多少？ 答：水平分辨率最高可以达到500 mm/1 mm=500。 2，上题中光敏二极管在水平方向（沿图像500 mm方向）正程运动的速度为5 m/s，逆程运动的速度达50 m/s，垂直方向正程运动的速度应为多少？扫描一场图像的时间需要多少？ 答：水平扫描周期应为垂直方向行进到下一行的时间，因此垂直方向正程速度为：。扫描一场图像需时间为：。 3，上述扫描出来的图像怎样显示出来？能直接用什么制式的电视监视器显示？为什么？若想看到用线阵CCD扫描出来的图像，应采用怎样的措施？ 4，比较逐行扫描与隔行扫描的优缺点，说明为什么20世纪的电视制式要采用隔行扫描方式？我国的PAL电视制式是怎样规定的？答：逐行扫描闪烁感低，扫描方式和控制扫描的驱动设计也要简单，隔行扫描对行扫描频率的要求只是逐行扫描的一半，对信号传输带宽要求也小。20世纪的显示器行扫描频率达不到逐行扫描的行频要求，因此用隔行扫描技术。PAL制式规定场周期为20 ms，其中场正程时间为18.4 ms，场逆程时间为1.6 ms，行频为15625 Hz，行周期为64μs，行正程时间为52 μs，行逆程时间为12 μs。 5，现有一台线阵CCD图像传感器（如ILX521）为256像元，如果配用PAL电视制式的显示器显示他所扫描出来的图像需要采用怎样的技术与之配合？ 6，如何理解“环保的绿色电视”？100 Hz场频技术是基于怎样的基础？ 答：100 Hz扫描技术就是利用数字式场频转换技术，它把PAL制的50 Hz场频的信号，通过数字式存储器DARM，采用“慢存快取”的方法，即读出的时钟频率是存入时钟频率的2倍，实现信号场频率的倍频转换，使场扫描数倍增，从而成为场频为100 Hz的视频信号。 7，图像传感器的基本技术参数有哪些？他们对成像质量分别有怎样的影响？ 答：1，成像物镜的焦距f’，决定了被摄劲舞在光电成像器件上成像的大小；2，相对孔径D/f’，决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量；3，视场角2ω，决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。

光电成像原理

光电成像原理论文 院系：物理学系 专业：光信息科学与技术 姓名：王世明 学号：2007113143

嵌入式光电成像系统及高分辨率的实现 王世明 (西北大学2007级陕西西安 710069) 摘要：自上世纪初人类揭示光电效应的本质以来，光电成像技术一直是成像领域的热点技术，并得到了迅速的发展。目前，光电成像技术已广泛应用于国防、航天、生物科学、化工检测、工业监控乃至日常消费等领域。本论文分析了目前光电成像系统结构和性能上的优势和不足，从提高系统移动性和集成度、突破传输受限和增强系统实时处理和分析三个方面出发，设计了一套新型的光电成像系统，并详细分析了这套系统的整体构造、软硬件设计和实现形式、调试技术和实验结果。 嵌入式技术的引入，可以大大减小光电成像系统的体积，降低功耗，提高便携性，从而扩展光电成像技术的应用领域。本论文将该系统应用于图像采集，得到了理想的实验结果。论文最后，总结了设计过程中所做的工作和创新点，同时对于系统的进一步完善和开发进行了展望。本文主要介绍了光电成像原理的发展过程及其在实际生活中的运用，为我们介绍了具体的应用及未来的发展前景。 实现成像系统的超高分辨是光电探测领域中探索和追求的重要目标。 对提高天文观测、空间侦察和资源探铡的信息容量及精度具有重要意义。 归纳总结了近年来国内外从光学系统结构、光电探测器及软件重建等方面对提高系统分辨能力所进行的部分研究和进展．结合本实验室在这一领城开展的研究，时其中的一些理论及工程方法探索进行了阐述和分析，旨在为进一步实现超高分辨光电成像系统的研究提供建设性参考意见。 关键词：光电成像、嵌入式系统、ADS调试、图像采集 一．光电成像系统的发展 现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文明生存和发展的基本需要，据统计，在人类接受的信息中，视觉信息占到了60％。但是由于视觉性能的限制，通过直接观察所获得的图像信息是有限的。首先是灵敏度的限制，在照明不足的情况下人的视觉能力很差；其次是分辨力的限制；还有时间上的限制，已变化过的景象无法留在视觉上。总之，人的直观视觉只能有条件地提供图像信息。在很久以前，人们就已经开始为开拓自身的视觉能力而探索，望远镜、显微镜、胶片照相机等的应用，为人类观察和保留事物景象提供了方便。直到上世纪20年代，爱因斯坦完善了光与物质内部电子能态相互作用的量子理论，人类从此揭开了内光电效应的本质。同时，随着半导体理论发展和随之研制出来的各种光电器件，内光电效应得到了广泛的应用。而在外光电效应领域，1929年科勒制成了第一个实用的光电发射体一银氧铯光阴极，随后成功研制了红外变像管，实现了将不可见的红外图像转换为可见光图像。随之而来的是紫外变像管和X射线变像管，人类的视觉光谱范围获得了很大的扩展。上世纪30年代，人类又开始为扩展视界而致力于电视技术的研究。以弗兰兹沃思开发的光电析像器为起端，伴随而来的是众多摄像器件的诞生，超正析像管、分流摄像管、视像管、热释电摄像管等。1976年，美国贝尔实验室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，利用

光电成像原理与技术总复习

光电成像原理与技术总复习 一、重要术语 光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管（器）、明适（响） 应、暗适（响）应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光 谱灵敏度（光谱光视效率）、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝 视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮 度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮 度、光出射度，照度，发光强度，光亮度；坎（凯）德拉、流明、勒克 司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消 光、大气散射、大气吸收、大气能见度（能见距离）、大气透明度、电 子透镜、光电子图像、亮度增益、等效背景照度、畸变、像管分辨力 （率）、正（负）电子亲（素）和势、负电子亲和势、光电发射的极 限、电流密度、MCP的饱和电流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰 性（上升惰性、衰减惰性）、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里 温度、热释电靶的单畴化、CCD的开启电压、CCD的转移效率、界面 态“胖0”工作模式、光注入、电注入。 二、几个重要的效应 1.光电转换效应（内/外） 2.热释电能转换效率（应） 3.三环效应 4.MCP的电阻效应/充电效应 三、几个重要定律 1.朗伯余弦 2.基尔霍夫 3.黑体辐射（共4个） 4.波盖尔

5.斯托列托夫 6.爱因斯坦 四、重要结构及其工作原理、特点 1.直视型光电成像器件的基本结构、工作原理 2.非直视型（电视型）光电成像器件的基本结构、工作原理 3.人眼的结构及其图像形成过程 4.大气层的基本构成、结构特点 5.像管的结构及其成像的物理过程 6.光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程） 7.电子光学系统的基本结构及其成像过程 8.荧光屏的结构及其发光过程 9.光谱纤维面板的结构及其成像原理 10.微通道板（MCP的结构及其电子图像的倍增原理） 11.主动红外成像系统结构及其成像过程 12.夜视成像系统结构及其成像过程 13.摄像管的结构及其工作原理 14.光电导摄像管的结构及其工作原理 15.热释电摄像管的结构及其工作原理 16.电子枪的结构及其工作原理 17.MOS电容器的结构及其电荷存储原理、 https://www.sodocs.net/doc/b518134558.html,D的结构及其电荷传输原理 19.埋沟CCD（BCCD）的结构及其工作原理

光电成像器件

目录 光电成像器件的原理及组成 (1) 像管 (1) 摄像管 (2) 固体成像器件 (3) 光电成像器件的应用 (4) 光电成像器件的最新发展方向 (4)

光电成像器件的原理及组成 光电成像器件从成像原理上，可分为扫描型与非扫描性两类；从人的观察应用上，又可分为直视型和非直视型两类；按工作原理分，又可分为像管，摄像管和固体成像器件。 像管各种类型的变像管、像增强器的电子照相管的总称。它将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可直接观察或记录的图像。其工作原理是将投射在光电阴极上的辐射图像转换为电子图像，电子光学系统将此图像尽可能真实地转移到荧光屏上产生一个增强的光学图像（如变像管和像增强器）或记录在对高速电子敏感的胶片上（如电子照相管）。 变像管一种把非可见（红外或紫外）辐射图像转换成可见光图像的器件。图1a[变像管] 变像管，它通常用于主动红外夜视中。图1b[变像管] 为一种用于高速摄影的变像管。 像增强器一种将微弱的光学图像增强为高亮度的可见光图像的器件。它广泛用于微光夜视中。其光敏面通常采用钠钾铯锑多碱光电阴极。获得高亮度增益的方式有级联和使用电子倍增器两种。

实现级联的方式也有两种：一种是在同一管壳内用薄的云母片作为支撑体，其两侧分别制作光电阴极和荧光屏,形成夹心倍增屏结构,以实现各级像管之间的耦合。磁聚焦像增强器大都采用这种方式。另一种是采用纤维光学面板将单个静电聚焦型像增强管耦合在一起，如纤维光学耦合三级级联像增强器，它通常称为第一代像增强器，如图2[ 纤维光学耦合三级级联像增强器] 所示。25/25毫米第一代像增强器的典型性能是：放大率=0.85，分辨率28 线对/毫米，亮度增益5×10，等效背景照度2×10勒克斯。 在管内获得电子倍增的一条途径是在单级像增强管中插入电子倍增器，曾用过氯化钾薄膜，目前均使用微通道板电子倍增器,微通道板(MCP)是由数以百万计的微型通道电子倍增器的通道紧密排列而成的二维阵列器件。光电子进入通道后，由于多次倍增过程，使电子急剧增多,在输出端可获得10～10的电子增益。目前，微通道板的典型性能是：通道直径10～12微米,通道中心距15微米，长径 比50,厚0.6毫米，加1 000伏电压，电子增益为10。 带有微通道板的像增强器通常称为第二代像增强器。其突出优点是体积小、重量轻、增益可调、本身具有防强光作用,但噪声较大。它有二种形式：一是薄 片管,它把微通道板平行安置在靠得很近的光电阴极与荧光屏之间，从而形成双 近贴像增强器；另一是倒像管，它类似通常单级像增强管，但在荧光屏前置一微通道板。第二代倒像管的性能与第一代相接近。 如果在第二代薄片管中，光电阴极采用负电子亲和势发射材料，便构成所谓第三代像增强器。这种光电阴极通常是III,V族化合物P型半导体单晶，由液相外延或汽相外延生成，然后在超高真空中清洁表面并用铯氧进行处理，使其真空能级位于半导体导带底之下，从而形成负电子亲和势。它的突出优点是灵敏度高、光谱响应向长波阈延伸、光电子的能量分布集中和暗发射小。目前第三代像增强器的典型水平为：灵敏度（透射式GaAs光电阴极）950微安／流明，分辨率30线对／毫米。 电子照相管一种用胶片直接记录电子图像的器件。它一般采用匀强磁场聚焦，电子束加速电压为15～40千伏，用对高速电子敏感的底片记录。其突出优点是图像无畸变、分辨率高（可达200线对／毫米）、动态范围大、灰雾和暗背景小，很适合于观测记录微弱天体，目前已在许多天文台中使用。 摄像管利用电子束对靶面扫描，把其上与光学图像相应的电荷潜像转换成一定形式的视频信号的器件的总称。它通常在两种场合下工作:照度在200勒克 斯以上（如广播与工业电视）和照度在10勒克斯以下（如微光电视）。 摄像管通常由移像段（或不用移像段）、靶与扫描段所组成。其工作原理可归纳如下。①图像的记录，移像段（其原理与像管相同）将光电阴极上的光电子

光电成像器件的类型及特点

光电成像器件 利用光电效应将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可观察、记录、传输、存储以及可进行处理的图像的器件系列的总称。其目的在于弥补人眼在灵敏度、响应波段、细节的视见能力以及空间和时间上的局限等方面的不足。最早的一种光电成像器件──光电析像管出现于1931年。目前，各种类型的光电成像器件已广泛应用于天文学、空间科学、X 射线放射学、夜间观察、高速摄影以及科学实验中。 按工作原理，光电成像器件可分为像管、摄像管和固体成像器件。 1、像管 各种类型的变像管、像增强器的电子照相管的总称。它将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可直接观察或记录的图像。其工作原理是将投射在光电阴极上的辐射图像转换为电子图像，电子光学系统将此图像尽可能真实地转移到荧光屏上产生一个增强的光学图像（如变像管和像增强器）或记录在对高速电子敏感的胶片上（如电子照相管）。 a、变像管 一种把非可见（红外或紫外）辐射图像转换成可见光图像的器件。图1a[变像管]示出了利用银氧铯光电阴极的红外变像管，它通常用于主动红外夜视中。图1b[变像管]为一种用于高速摄影的变像管。 图1 变像管

b、像增强器 一种将微弱的光学图像增强为高亮度的可见光图像的器件。它广泛用于微光夜视中。其光敏面通常采用钠钾铯锑多碱光电阴极。获得高亮度增益的方式有级联和使用电子倍增器两种。 实现级联的方式也有两种：一种是在同一管壳内用薄的云母片作为支撑体，其两侧分别制作光电阴极和荧光屏,形成夹心倍增屏结构,以实现各级像管之间的耦合。磁聚焦像增强器大都采用这种方式。另一种是采用纤维光学面板将单个静电聚焦型像增强管耦合在一起，如纤维光学耦合三级级联像增强器，它通常称为第一代像增强器，如图2[ 纤维光 学耦合三级级联像增强器]所示。25/25毫米第一代像增强器的典型性能是：放大率 =0.85，分辨率 28线对/毫米，亮度增益5×10，等效背景照度2×10勒克斯。 图2 纤维光学耦合三级级联像增强器 在管内获得电子倍增的一条途径是在单级像增强管中插入电子倍增器，曾用过氯化钾薄膜，目前均使用微通道板电子倍增器,微通道板(MCP)是由数以百万计的微型通道电子倍增器的通道紧密排列而成的二维阵列器件。光电子进入通道后，由于多次倍增过程，使电子急剧增多,在输出端可获得10～10的电子增益,如图3a[微通道板电子倍增器]所示。图3b[微通道板电子倍增器]是微通道板二维阵列示意图。目前，微通道板的典型性能是：通道直径10～12微米,通道中心

光电成像卷子

2004级光电工程系光电成像原理与技术期末试题A卷 班级：学号：姓名：分数： 一、填空（每空1分，共27分） 1．人眼按不同照度下的响应可分为（）视觉、（）视觉及（）视觉。 2．Johnson准则把目标的探测等级分为4等，其中：（）意味着在视场中发现一个目标，（）意味着可将目标大致分类，（）意味着可区分目标的型号和其他细节特征；这三者探测等级实现概率为50％时，对应地在目标临界尺寸上，可分辨的等效条带的周期数目应分别是（）、（）、（）。 3．（）是利用二次电子发射性质来完成电子图像的倍增的。 4．若像管的光阴极半径是r c，物镜系统的焦距是f o’,夜视仪的物镜视场角应该是（）。 5．双反射镜系统中，往往存在一个主反射镜，一个次反射镜，次反射镜在系统中的作用是（）。 6．对于线阵CCD成像器件,在行扫描正程，（）区负责积累光信号，（）下没有势阱，（）区在交变电压的作用下，将上一行信号依次传输到输出电路。为使电荷包实现定向转移，需要控制好相邻栅极上的（），从而调节其下对应势阱的深浅，电压的绝对值越大，势阱就越（），电荷包总是从（）势阱流向（）势阱。 7．大气传输对于目标探测有两方面的影响：首先是大气传输会消弱目标的辐射功率，经过l距离大气后辐射功率与初始辐射功率的比用（）参数来描述，当已知能见距离是R v的前提下，在可见光波段，该参数可用公式（）来计算；其次，大气传输会削弱目标与背景的对比度，设目标与背景故有对比度是C0，地平天空亮度与背景照度之比为K,经过上述距离的大气后,到达成像系统近前的目标与背景的表观对比度C l应为（）。 8.当目标到达光阴极面的照度为E c，表观对比度为C l时，对应于获得同样的分辨力，需要阴极面对于对比度为100％的黑白条纹的照度E100％为（）。9．某些材料受光子照射后，其中的电子吸收入射光子能量而发生运动状态的改变，导致该材料的某些电学性质发生改变，这种现象称之为（），其分为产生光电子发射的（）和产生光电导及光伏效应的（）。

光电成像原理与技术考试要点

光电成像原理与技术考试要点 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？ 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以 捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来 3. 光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f 噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 1. 人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？ 答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3 min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45 min,充分暗适应则需要一个多小时。 2. 何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？ 答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。 3. 试述人眼的分辨力的定义及其特点。 答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。

光电成像系统

光电成像系统 [教学目的] 1、掌握CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统； 2、了解微光像增强器件和纤维光学成像原理。 [教学重点与难点] 重点：CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统的组成。 难点：CCD的结构和工作原理、调制传递函数的分析。 成像转换过程有四个方面的问题需要研究： 能量方面——物体、光学系统和接收器的光度学、辐射度学性质， 解决能否探测到目标的问题 成像特性——能分辨的光信号在空间和时间方面的细致程度，对多 光谱成像还包括它的光谱分辨率 噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性 信息传递速率方面 （成像特性、噪声——信息传递问题，决定能被传递的信息量大小）

景噪声景 噪 声 声声 光电成像器件是光电成像系统的核心。 §1 固体摄像器件 固体摄像器件的功能：把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息（可见光、红外辐射等），转换为按时序串行输出的电信号——视频信号，而视频信号能再现入射的光辐射图像。 固体摄像器件主要有三大类： 电荷耦合器件（Charge Coupled Device，即CCD） 互补金属氧化物半导体图像传感器（即CMOS） 电荷注入器件（Charge Injenction Device，即CID） 一、电荷耦合摄像器件 电荷耦合器件（CCD）特点）——以电荷作为信号 CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移 CCD工作过程——信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程1.电荷耦合器件的基本原理 （1）电荷存储

构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器 电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态 （2）电荷转移 以三相表面沟道CCD为例 表面沟道器件，即SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件 体内沟道（或埋沟道CCD） 即 BCCD（Bulk or Buried Channel CCD）——用离子注入方法改变转移沟道的结构，从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部，形成体内的转移沟道，避免了表面态的影响，使得该种器件的转移效率高达％以上，工作频率可高达100MHz，且能做成大规模器件（3）电荷检测