13光檢測技術-系統(tǒng)李尚遠

1、2015-2016(秋)三第二節(jié)三教3111光檢測技術光檢測技術李尚遠syl：羅姆樓3-303：62772635 (O)2015-2016(秋)三第二節(jié)三教3111光檢測技術光檢測技術第一部分第二部分第三部分光電探測器光檢測方法典型光電信息系統(tǒng)2015-2016(秋)三第二節(jié)三教3111光檢測技術第三部分典型光電信息系統(tǒng)第九章第十章光傳感系統(tǒng)光通信系統(tǒng)第十一章光度、色度及其測量2015-2016(秋)三第二節(jié)三教3111光檢測技術第十一章光度、色度及其測量11-1 光度、色度及其測量11-2 圖像檢測系統(tǒng)光度、色度及其測量光度量輻射度量基礎國際基本光度量黑體輻射制（SI）色彩度量5輻射度量基礎

2、球的表面積：4r2角：4 球面度(sr)對于任何的輻射輻射能：J輻射通量/功率：W，J/s輻射強度：W/sr輻亮度：W/(sr * m2)輻照度：W/m26國際基本制（SI）長度：米（m）質(zhì)量：千克（kg）時間：秒（s）電流：溫度：（A）（K）物質(zhì)的量：摩爾（mol）發(fā)光強度：（cd）”衡量“客觀”的基本唯一以“7，Candela定義：發(fā)出頻率為540THz（真空中555nm的波長）的單色輻射，在給定方向上輻射強度為(1/683) W/sr時，光源在該方向上的發(fā)光強度為1cd。ITS Yellowish GREEN555nm是人眼感覺最靈敏的波長1.2.Why 1/683: 1cd 約合一支蠟

3、燭的發(fā)光強度3.其他波長？人眼視覺特性函數(shù)8眼睛的視覺特性：CIE-1924/19519波 長(nm)V()V()波 長(nm)V()V()3800.000040.0005895900.75700.06553900.000120.0020296000.63100.033154000.00040.009296100.50300.015934100.00120.034846200.38100.00744200.00400.09666300.26500.003344300.01160.19986400.17500.00154400.0230.32816500.10700.000684500.0380

4、.45506600.06100.0003134600.0600.56706700.03200.0001484700.0910.67606800.01700.0000724800.1390.7936900.00820.0000354900.2080.9047000.00410.0000185000.3230.9827100.00210.0000095100.5030.9977200.001050.00000485200.7100.9357300.000520.00000265300.8620.8117400.000250.00000145400.9540.6507500.000120.00000

5、0765500.9950.4817600.000060.000000435600.9950.32887700.000030.000000245700.9520.20767800.0000150.000000145800.8700.1212光度量的常用光量：Qv：光通量：v：lm(流明)，總量發(fā)光強度：Iv：cd (,(1/683)W/sr)1 lm = 1 cd * 1 sr = (1/683)W光亮度：Lv：cd/m2光照度：Ev：lux(能源效率：cd/W光電(視)效率：lm/W, lm/m2)10輻射能：J輻射通量/功率：W，J/s輻射強度：W/sr輻亮度：W/(sr * m2)輻照度：

6、W/m2光電效率LED燈：90130lm/W白熾燈：10-20lm/W；節(jié)能燈：60lm/W11周圍的光度量光量：日照時間（農(nóng)業(yè)）光通量：投影儀：2700 lm照度：體育場館：足球、田徑：750lux，電視轉(zhuǎn)播：1500lux書房：100lux，閱讀：500lux 烈日：100K lux，陰天：8K lux能源效率：顯示器能效等級：1級，1.05cd/W照明發(fā)光效率：LED：Lab250lm/W，白熾燈：15lm/W以下100lm/W12光度測量基礎：測量光的強度 光電探測器/光電池13光度測量基礎：測量光的強度 光電探測器/光電池照度計14光度、色度及其測量光度量色彩度量人眼構(gòu)造黑體輻射色度

7、、色彩視覺與色溫15人眼構(gòu)造光譜檢測？No！錐體細胞桿體細胞3 cd/m2，33e-5，3e-5 cd/m2為何可以看到五彩斑斕的世界？將光譜的二維降到色彩的一維16黑體輻射黑體輻射的強度(Plancks)Wiens 位移定律峰值波長與黑體溫度呈反比b=2898 um K輻射/吸收均為波長的函數(shù)光度量光譜檢測17色度、色彩視覺、色溫色彩視覺：亮度、黃或藍、紅或綠色溫：在可見譜段內(nèi)，當發(fā)射體和某溫度的黑體有相同的顏色時，那么黑體溫度就稱為發(fā)射體的色溫。色：光譜的能量分布通過顏色匹配，色彩空間確定CIE1931-RGB CIE1964-XYZCIE1976-Lab、Luv2015-2016(秋)三

8、第二節(jié)三教3111光檢測技術第十一章光度、色度及其測量11-1 光度、色度及其測量11-2 圖像檢測系統(tǒng)9-2 圖像檢測系統(tǒng)圖像傳感器傳統(tǒng)光電成像技術CCDCMOSCIS圖像傳感的應用20傳統(tǒng)光電成像技術1934年研制出光電像管，應用于廣播電視。它的靈敏度相當?shù)停_到現(xiàn)在圖像信噪比的要求，需要不低于10000 lux的照度，這是它的應用范圍受到很大限制。1947年超正析 lux。管面世，使最低照度要求降至20001954年靈敏度較高的視像管投入市場。其成本低，體積小，靈敏度和分辨率都較高，但不適用于高速場合和彩色應用。21傳統(tǒng)光電成像技術1965年氧化鉛管成功代替正析管，廣泛應用于機的發(fā)展產(chǎn)

9、生彩色電視了一個飛躍。機。它使彩色電視廣播1976年前后相繼出現(xiàn)靈敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。22CCDCCD：Charge-coupled Device中文全稱：電荷耦合元件。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號1969年由貝爾S. Boyle）和2009年獲得（Bell Labs）的波義耳(Willard（Ge物理學獎e E. Smith）所發(fā)明的。23Gee Elwood SmithWillard Sterling Boyle24CCD單傳感器RGB Bayer Color and MicroLenses通過內(nèi)插產(chǎn)生所缺的顏色25GRGRBGBGGRGRBGBGC

10、CD的傳輸方式順序讀出、順序處理效率高、噪聲低26CMOS互補金屬氧化物半導體CMOS (80s)Complementary Metal Oxide Semiconductor價格低廉，單片式、功耗低、體積小速度快同樣是光電二極管+放大處理電路27CMOS類似DRAM的方式（右）28General CMOS Detector ConceptCCD ApproachCMOS ApproachPhotodiodePhotodiodelifier+PixelCharge generation,Charge generation &chargeegration &chargeegrationcharg

11、e-to-voltage converMultiplexing of pixel voltages:Array ReadoutSucsivelyconnectlifiersCharge transfer from pixel to pixelto common busVarious optionssible:- no further circuitry (og out)Sensor Output- add.lifOutputlifierforms- A/D convercharge-to-voltage converiers (og output)(digital output)CISCIS (Contact Image Sensor )接觸式圖像傳感器接觸式圖像傳感器在掃描影像時， 文件與傳感器模組直接接觸，傳感器模組的長度必須不小于被掃描文件或片的寬度，通常必須用數(shù)個感光元件及透鏡陣列拼湊而成。30圖圖像傳感的應用鼠標測量距離到達角度像31圖應用1：光電鼠標圖像運算32應用