光電技術(shù)（第5版） 習(xí)題解答 王慶有 思考題與習(xí)題6-11

PAGEPAGE1光電技術(shù)（第4版）思考題與習(xí)題解答PAGEPAGE10思考題與習(xí)題66.1為什么說LED的發(fā)光區(qū)在PN結(jié)的P區(qū)？是否與電子、孔穴的遷移率有關(guān)？結(jié)LED的發(fā)光區(qū)在P大于空穴的遷移率，電子會快速到達(dá)P區(qū)與那里的空穴復(fù)合而發(fā)光。6.2為什么LED必須在正向電壓作用下才能發(fā)光？在反向偏置電壓作用下的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？為什么？解：LED只有在正向偏置下才能克服內(nèi)建電場的束縛而跨過結(jié)區(qū)與空穴復(fù)合而發(fā)光。不能，在反向偏置電壓作用下勢壘將提高，電子不能度越結(jié)區(qū)進(jìn)入P區(qū)，因此不會發(fā)光。6.3 LED的發(fā)光光譜應(yīng)該由哪些因素決定？禁帶寬度越寬的半導(dǎo)體發(fā)光材料發(fā)出的光波長越短嗎？管的發(fā)光光譜主要由禁帶寬度決定，也受PN結(jié)材料的雜質(zhì)影響。禁帶寬度越寬的半導(dǎo)體發(fā)光材料發(fā)出的峰值光譜波長越短。的發(fā)光光譜有一定的寬度其原因是什么？為什么它的半寬度比半導(dǎo)體激光器的半寬度要寬？PN結(jié)材料雜質(zhì)的影響而產(chǎn)生一定的寬寬了很多，因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器具有諧振腔產(chǎn)生諧振，因此它的半寬度非常窄。6.5 已知流過LED的最大功耗為0.5W，LED正向電壓是2.3V，問流過它的最大電流是多少mA？解：根據(jù)LED發(fā)光功率的定義可以計算出流過LED的最大正向電流ILM，ILM=PM/U=0.5/2.3=217mA。將與光電二極管封裝在一起構(gòu)成的光電耦合器件有什么特點(diǎn)？光電耦合器件的主要特性有哪些？解：詳見書P1196項。6.7舉例說明光電耦合器件可以應(yīng)用在哪些方面？為什么計算機(jī)系統(tǒng)常采用光電耦合器件？為什么步進(jìn)電機(jī)的控制輸入信號常通過光電耦合器接入？解：應(yīng)用光電耦合器的隔離特性與不共地傳輸信號的特性可以解決很多實(shí)際應(yīng)用問題，內(nèi)容非常豐富，讀者只要認(rèn)真觀察，不難找到典型應(yīng)用。也不難回答此題。6.8為什么由LED與光電二極管構(gòu)成的光電耦合器件的電流傳輸比總是小于1，而由LED與光電三極管構(gòu)成的光電耦合器件的電流傳輸比有可能大于等于1？在著損耗，因此電流傳輸比小于1。它的電流傳輸比可以大于1。6.9用光電耦合器構(gòu)成其他邏輯電路？以設(shè)計出來。6.10光電耦合器件在電路中的信號傳輸作用與電容的隔直傳交作用有什么差別？有電氣聯(lián)系的信息傳輸作用，其抗干擾能力強(qiáng)。而電容耦合的隔直傳交必須建立在“共地”基礎(chǔ)上的電氣聯(lián)系。分析圖6-38電路，分別計算出流過電阻R1與R2的電流各為多少mA？6-38可見流過電阻R1的電流是光電耦合器的輸入電流，當(dāng)與門電路的輸入均R1的電流當(dāng)電阻R1有37mA電流流過時，耦合器的光電三極管應(yīng)處于飽和狀態(tài)，因此流過電阻R2的電流IR2=（5-0.3）/10kΩ=0.47mA。6.12若圖6-38電路中的光電耦合器要求流過LED的電流必須大于調(diào)整電阻R1與R3？解：根據(jù)IR1=（13.5-0.9-0.3）/R1≥20mA，可以解得R1≤615Ω，可以取R1為560Ω。IR3=（5-0.9-0.3）/R3=20mA，可以解得R3≤190Ω，取R3為180Ω。6.13用如圖6-38所示的光電耦合單向可控硅做直流電動機(jī)的啟動控制器，手冊上查到單向可控硅光電耦合器的輸入光電流必須大于20mA，LED的正向壓降為0.9V，所提供的輸入電壓不大于5V，試設(shè)計控制電路，給出串聯(lián)電阻的阻值？5V電源通過電阻RR=（5-0.9）/20=0.2kΩ；取串聯(lián)電阻R為200Ω。6.14試用如圖6-40所示的光電耦合雙向可控硅做電機(jī)控制器，已知雙向可控硅光電耦合器的輸入光電流必須大于的正向壓降為12V，試設(shè)計控制電路，給出串聯(lián)電阻的阻值？解：根據(jù)圖6-40，當(dāng)SW1閉合時12V電源將通過電阻R1給LED提供正向電流，當(dāng)其大于50mA時，雙向硅將導(dǎo)通?？芍螂娏鱅=(12-0.9)/R1，R1=(12-0.9)/50=0.22kΩ，可以選擇串聯(lián)電阻200~220Ω的電阻。思考題與習(xí)題77.1 光電信息變換有哪些基本類型？將光電信變換劃分為6種基本類型的目的與意義是什么？解：光電信變換共分為6種基本類型，分別如7.1.1所述（見P127~129針對性的設(shè)計。根據(jù)不同類型找到變換方式和注意的問題。7.2全輻射測溫屬于哪種基本類型？這種類型應(yīng)采用怎樣處理技術(shù)才能更好更便利地將所需要的信息檢測出來？解：屬于第1種類型，信息載荷于光源的方式。流信號，然后再解調(diào)出被測信息。測量透明薄膜的厚度要用到哪種基本類型？為什么在測量透明薄膜厚度時需要采用對數(shù)放大器？解：屬于信息載荷于透明體的方式，根據(jù)式（7.1-6）所示的輸出信號電壓US=Φoξe-μCl可見，利用對數(shù)放大器就會得到如式（7.1-7）的關(guān)系式，獲得輸出信號與成線性關(guān)系的表達(dá)式。故需要利用對數(shù)放大器。測量物體表面粗糙度及表面瑕疵面積與性質(zhì)時應(yīng)該采用哪種光電信息變換的基本類型？怎樣將表面粗糙度及表面疵病信息檢測出來？解：采用信息載荷于反射光的方式。詳見書中P129所述內(nèi)容。式（7.1-8）可以將表面粗糙度與表面瑕疵病的信息檢測出來。7.5試設(shè)計出測量物體邊界位置的測量方案。再分析所設(shè)計的方案屬于哪種光電變換類型？能否采用模-數(shù)光電變換電路？為什么在能用模-數(shù)光電變換電路時不采用模擬光電變換電路？通常采用模-數(shù)光電變換電路，因?yàn)椴捎媚?數(shù)光電變換電路可以避免光源不穩(wěn)定對位置信息的影響。7.6在7-62圖所示的光電變換電路中，若已知3DU2的電流靈敏度SI=0.15mA/lx，電阻RL=5.1kΩ，三極管9014的電流放大倍率β=120，若要求該光電變換電路在照度變化為20lx的范圍情況下，輸出電壓Uo的變化不小于2V，問：(1) 電阻RB與RC應(yīng)為多少？(2) 試畫出電流I1、I2、IB和IC的方向.(3) 當(dāng)背景光的照度為10lx時，電流I1為多少？輸出端的電位為多少？(4) 入射光的照度為30lx時的輸出電壓又為多少？?IcRC=βI1(RB+rbe)RC/(RL+RB+rbe)根據(jù)電路，三極管的be結(jié)電阻rbe一般很小，在1kΩ左右?？蛇xRB=RL，則滿足輸出電壓要求的RC≥2?Uo/βI1，取RC=120Ω。（2）I1、I2和IC的方向均為由上至下，IB的方向是自左至右。RL上的壓降為?Uo=βSIERc(RB+rbe)/(RL+RB+rbe)當(dāng)RB=RL時，?Uo=10.8V。（4）入射光的照度為30lx時，可以由?Uo=βSIERc(RB+rbe)/(RL+RB+rbe)計算，但是考慮到給定的電源電壓，輸出三極管將進(jìn)入飽和工作狀態(tài)，輸出電壓將被限制在11.7V。7.7 模擬光電變換與模-數(shù)光電變換電路有什么區(qū)別？為什么說模擬光電變換電路受環(huán)境條件的影響要比模-數(shù)光電變換電路大？模-數(shù)光電變換電路中排除了周邊環(huán)境的光強(qiáng)，或者說數(shù)字信息不與光源強(qiáng)度有任何關(guān)系，因此，它對光源及周邊環(huán)境光的要求不高。在如圖所示的激光單路干涉測位移的裝置中，若用He-Ne激光器作為光源，問：(1) 反光鏡M3移動多少毫米光電器件輸出的脈沖才為100個數(shù)？(2) 該測位移裝置的位移靈敏度為多少？若考慮數(shù)字電路具有1字測量誤差，問此裝置位移測量的最高精度為多少？7-14和式（7-35）才能計算出M3移動量L。L=nλ/2=100×0.6328/2=31.64μm。（2）測位移裝置的位移靈敏度Sn=?L/?n=31.64/100=0.316μm/個。該裝置的最高精度為0.31μm。假設(shè)兩塊光柵的節(jié)距為0.2mm，兩光柵的柵線夾角為1°，求所形成的莫爾條紋的間隔。若光電器件測出莫爾條紋走過10個，求兩光柵相互移動的距離？解：需要打開“摩爾條紋測位移”一節(jié)的第2莫爾條紋的間隔m d =0.2/2sin(0.5°)=11.46mm；22)L為：L=nd=0.2×10=2mm。7.10 假設(shè)調(diào)制波是頻率為010kHz、振幅為50V，求調(diào)幅波的表達(dá)式、帶寬及調(diào)制度。解：調(diào)幅波的表達(dá)式可以根據(jù)式（7.5-3）描述如下：[1mVm的情況下可設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵙?xí)場所你見到過哪幾種光電調(diào)制器？它們分別有哪些特點(diǎn)？其作用如何？來回答。思考題與習(xí)題88.1 比較逐行掃描與隔行掃描的優(yōu)缺點(diǎn)，說明為什么20世紀(jì)的電視制式要采用隔行掃描方式的電視制式？我國的電視制式是怎樣規(guī)定的？解：先閱讀書中P163~164頁內(nèi)容，從行掃描速度，幀頻與顯示圖像的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行比較，20世紀(jì)受到掃描速度，顯示方式和技術(shù)難度的限制而使當(dāng)時的電視制式采用隔行電視制式規(guī)定每幀掃描行數(shù)為625312.5頻15625Hz，行周期為20ms，行正程為18.4ms，行逆程為1.6ms。8.2為什么說N型溝道CCD的工作速度要高于P型溝道CCD的工作速度？同樣材料的埋溝CCD的工作速度要高于表面溝道CCD的工作速度的原因是什么？解：因?yàn)镹型溝道CCD是電子導(dǎo)電的，而P型溝道CCD低于電子，因此，N型溝道CCD的工作速度要高于P型溝道CCD。埋溝CCD的溝道在體內(nèi)，體內(nèi)的“缺陷”要少于表面溝道，“缺陷”也被稱為“俘獲中心”或“態(tài)”對運(yùn)行的電子或空穴有俘獲作用，因此同樣材料的埋溝CCD的工作速度要高于表面溝道CCD。8.3試說明為什么在相同柵極電壓相同的作用下不同氧化層厚度MOS結(jié)構(gòu)所形成的勢阱存儲電荷的容量不同？氧化層厚度越薄電荷的存儲容量為什么越大？解：在相同柵極電壓作用下的不同氧化層厚度MOS結(jié)構(gòu)所形成的勢阱深度不同，存儲電荷的容量就不同。氧化層厚度越薄，勢阱深度越深，存儲電荷的容量越大。8.4為什么二相線陣CCD電極結(jié)構(gòu)中信號電荷能在二相驅(qū)動脈沖的驅(qū)動下進(jìn)行定向轉(zhuǎn)移而三相線陣CCD必須在三相交迭脈沖的作用下才能進(jìn)行定向轉(zhuǎn)移？CCD的電極結(jié)構(gòu)是氧化層厚度為階梯式的，能夠形成不對稱的勢阱，不對稱的勢阱能夠決定電子的移動方向，所以在二相驅(qū)動脈沖作用下電子能夠定向移動。而三相線陣CCD的電極結(jié)構(gòu)不能形成階梯勢阱，不能使電子定向轉(zhuǎn)移。必須靠3相交迭脈沖形成的“階梯”勢阱效應(yīng)才能驅(qū)使電子定向轉(zhuǎn)移。8.5線陣CCD驅(qū)動脈沖中設(shè)置復(fù)位脈沖RS有什么意義？如果線陣CCD驅(qū)動器的RS脈沖出現(xiàn)故障而沒有加上，線陣CCD的輸出信號將會怎樣？RS脈沖能夠在行轉(zhuǎn)移脈沖到來之前將所有一行移位寄存器內(nèi)的剩余信號電荷清空，使轉(zhuǎn)移脈沖到來后輸入到各個存儲器的信號都是上一行積累的信號電荷。如果線陣CCD驅(qū)動器的RSCCD的輸出信號將會因逐行積累而破壞一行積分的光信號。多行輸出后很可能出現(xiàn)飽和輸出現(xiàn)象。8.6為什么要引入胖零電荷？胖零電荷屬于暗電流嗎？能通過對線陣CCD器件制冷消除胖零電荷嗎？PAGEPAGE20能通過制冷消除。因?yàn)槟鞘怯幸馓砑拥摹?.7試說明為什么線陣CCD的驅(qū)動頻率有上限和下限的限制？為什么對線陣CCD器件進(jìn)行制冷能夠降低它的下限驅(qū)動頻率？解：線陣CCD的驅(qū)動頻率受結(jié)構(gòu)、材料和工作溫度的等影響，頻率太高，小于電子轉(zhuǎn)間太長，熱激發(fā)載流子可能進(jìn)入勢阱，破壞信號，所以有下限驅(qū)動頻率。制冷使工作溫度降低，熱激發(fā)載流子也隨之減少，因此制冷能夠降低下限驅(qū)動頻率。8.8為什么線陣CCD的光敏陣列與移位寄存器之間要分別設(shè)置并采用轉(zhuǎn)移柵隔離開？存儲于光敏陣列中的信號電荷是通過哪個電極的控制轉(zhuǎn)移到雙溝道器件的移位寄存器中的？又是通過哪些電極控制從CCD轉(zhuǎn)移出來形成時序信號的？時）才能使二者溝通完成信息的轉(zhuǎn)移。存儲于光敏陣列中的信號電荷是通過轉(zhuǎn)移柵脈沖的控制轉(zhuǎn)移到雙溝道器件的移位寄存器中。通過移位寄存器上所加的時鐘脈沖（2相或4相）將光積分所得的信號從CCD轉(zhuǎn)移出來形成時序信號的。8.9若二相線陣CCD器件TCD1206UD像元數(shù)為2160個，器件的總轉(zhuǎn)移效率為0.92，試計算它每個轉(zhuǎn)移單元的最低轉(zhuǎn)移效率應(yīng)該是多少？8.10幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD的圖像信號電荷是存儲在哪個區(qū)域？是怎樣從像敏區(qū)轉(zhuǎn)移到暫存區(qū)的？又是如何從暫存區(qū)轉(zhuǎn)移出來成為視頻信號的？解：幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD形成的圖像信號電荷是存儲在像敏區(qū)。存區(qū)的。場正程期間，在行驅(qū)動脈沖與存儲柵脈沖的共同作用下，在每個行逆程期間在轉(zhuǎn)移脈沖器在行正程期間在驅(qū)動脈沖作用下輸出一行信號電荷，形成視頻信號。8.11幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD輸出的信號是如何遵守電視制式的？解：簡單地說，幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD輸出的信號是按照電視制式的行、場正逆程時序輸出信號的。具體的說，在場逆程（1.6ms）期間，幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD完成將圖像信號從像敏區(qū)轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)的工作；在場正程（18.4ms）期間，按照制式的圖像輸出方式一行行地遵守CCD完成將一行圖像信號從存儲區(qū)平移向輸出移位寄存器轉(zhuǎn)移一行；行正程（52μs）在水平驅(qū)動脈沖的作用下將一行圖像信號輸出，形成一行圖像信號。一行行的按制式的行周期輸出，直到場正程時間結(jié)束。8.12隔列轉(zhuǎn)移型面陣CCD的信號電荷是通過怎樣的控制從像敏區(qū)轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器轉(zhuǎn)移出來成為視頻信號的？解：隔列轉(zhuǎn)移型面陣CCD的信號電荷在場逆程期間通過發(fā)出轉(zhuǎn)移脈沖將每一列圖像信號并行地轉(zhuǎn)移到鄰近的列存儲器中。然后，在行逆程期間（12μs）隔列存儲器并行地向水平移位寄存器轉(zhuǎn)移一行的信號；行正程期間（52μs）在水平驅(qū)動脈沖的作用下將一行圖像信號輸出，形成一行圖像信號。8.13在CMOS圖像傳感器中的像元信號是通過什么方式從像敏區(qū)傳輸出來的？為什么CMOS圖像傳感器要設(shè)置地址譯碼器？地址譯碼器的作用是什么？解：CMOS圖像傳感器的像元信號是通過相應(yīng)的行與列模擬開關(guān)經(jīng)列放大器輸出的。CMOS圖像傳感器必須設(shè)置行與列的地址譯碼器，因?yàn)樗拿恳粋€像元都具有行與列進(jìn)行尋找與變址。圖像傳感器能夠像線陣CCD那樣只輸出一行的信號嗎？試設(shè)計出用CMOS圖像傳感器完成線陣CCD信號輸出的方案。CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以單行輸出，它就能夠像線陣CCD那樣只輸出一行的信號。信號將像線陣CCD那樣順序輸出。8.15何謂被動像元結(jié)構(gòu)與主動像元結(jié)構(gòu)？二者有什么異同？主動像元結(jié)構(gòu)是如何克服被動像元結(jié)構(gòu)的缺陷的？解：書中P187“2.CMOS成像器件的像元結(jié)構(gòu)”介紹得很詳細(xì)。簡單的說被動像元結(jié)構(gòu)指只有像敏二極管與場效應(yīng)開關(guān)管的像元結(jié)構(gòu)。的滯留圖像的影響。CMOS的工作速度和圖像質(zhì)量。CMOS圖像傳感器的填充因子？提高填充因子的方法有幾種？3CMOS圖像傳感器的填充因子是指具有像敏作用的區(qū)域與整個像元面積之比。提高填充因CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的主要區(qū)別是什么？開關(guān)輸出，而后者是將圖像信號通過驅(qū)動脈沖順序地將信號移出器件。8.18為什么CMOS圖像傳感器要采用線性-對數(shù)輸出方式？在采用了線性-對數(shù)輸出方式后會得到什么好處？同時會帶來什么問題？CMOS圖像傳感器必須適應(yīng)圖像灰度的很大變化范圍，采用線性-對數(shù)輸出方式能夠滿足這項需求。所謂線性-對數(shù)輸出方式是在圖像亮度較低情況下采用線性模式輸出，這樣在低亮度情況下圖像亮度與輸出信號的強(qiáng)度呈線性關(guān)系，當(dāng)亮度增加到一定程度后，輸出信號的強(qiáng)度不再與亮度線性增長，而以對數(shù)方式增加，二者為非線性的。因此引入非線性。8.19敏度徹底為零，將沒有圖像輸出。8.20根據(jù)IR220紅外熱像儀的技術(shù)參數(shù)說明能否用IR220紅外熱像儀探測人體的體溫？能否將IR220紅外熱像儀安裝在機(jī)場候機(jī)室入口處，用于檢測登機(jī)旅客的健康狀況？故可以用IR220IR220紅外熱像儀安裝在機(jī)場候機(jī)室入口處，用于檢測登機(jī)旅客身體的溫度是否正常。8.21試?yán)脽後岆娖骷O(shè)計出點(diǎn)掃描方式的熱像儀，要求畫出點(diǎn)掃描熱像儀的原理方框圖。題屬于設(shè)計題，是多解的。思考題與習(xí)題99.1為什么要對單元光電信號進(jìn)行二值化處理？單元光電信號進(jìn)行二值化處理的方法有幾種？各有什么特點(diǎn)？對序列光電信號進(jìn)行二值化處理的意義有哪些？解：復(fù)習(xí)“9.1光電信息二值化處理”內(nèi)容，從中找到解答各問題的解。9.2 舉例說明序列光電信號的特點(diǎn)。陣CCD輸信典的列電號陣CCD出號為列光信具的點(diǎn)為有始轉(zhuǎn)脈沖H②列每信都有同有效時間段（如TΦ1；③具有嚴(yán)格的“長度（包括周期與序列的脈沖數(shù)；④序列中的每個元幅獨(dú)。9.3采用浮動閾值對單元光電信號進(jìn)行二值化處理的是什么？能否用單元光電信號自身輸出的電壓作浮動閾值？若能，該怎樣處理？變化信息。9-4所示的電路。9.4 能否采用單元光電信號的浮動閾值電路處理序列光電信號的問題？為什么？解：不能，因?yàn)槎咻敵鲂盘柕奶攸c(diǎn)不同，尤其是線陣CCD，它的輸出信號是上一行9.5 為什么掌握了序列光電信號的數(shù)據(jù)采集方法就能夠進(jìn)行單元光電信號的二值化數(shù)據(jù)采集？試以圖9-1所示的裝置為例，將圖中所示的三個單元光電信號進(jìn)行二值化數(shù)據(jù)采集并將二值數(shù)據(jù)采入到計算機(jī)。解：嚴(yán)格地說單元光電信號屬于序列光電信號中序列數(shù)為1的特例。從圖9-1所示裝置可以看到，在S、A與B位置上安裝的探測器分別輸出電壓為US、UA和和UB置一個時鐘計數(shù)器，計滿足分辨率需求的時鐘脈沖。再設(shè)置三個“SDSDS、SDA與與SDB的三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線分別通過數(shù)據(jù)總線提供給計算機(jī)。當(dāng)機(jī)件開始運(yùn)動命令下達(dá)時啟動時鐘計數(shù)器，計數(shù)器開始計數(shù)，機(jī)件開始運(yùn)動，當(dāng)機(jī)件運(yùn)動到S位置，DS由“0”變?yōu)椤?”，用其上升沿將時鐘瞬間所計數(shù)據(jù)存入SDS。同樣SDA與SDB也在機(jī)件運(yùn)動到相應(yīng)位置時獲得數(shù)據(jù)。DBSDS、SDA與SDB的輸出設(shè)置為有效，計算機(jī)迅速讀取與SDB數(shù)據(jù)，并將其復(fù)位；另一方面延時設(shè)定時間后讓機(jī)件返回，再將時鐘計數(shù)器數(shù)據(jù)復(fù)位。顯然，返回時SDB數(shù)據(jù)為零，而SDS數(shù)據(jù)大于SDA。計算機(jī)獲得這樣的信息便由軟件可以判斷出這是返回數(shù)據(jù)。9.6試說明線陣CCD輸出信號的浮動閾值二值化數(shù)據(jù)采集方法中閾值的產(chǎn)生原理，為什么要采集轉(zhuǎn)移脈沖SH下降沿一定時間后的輸出信號幅值的一部分為閾值？P201~202SH下降沿后很短時間T內(nèi)的CCD輸出信號為浮動閾值是考慮到本行輸出信號的背景光的強(qiáng)度。因?yàn)樗磻?yīng)了同一個積分時間段的光強(qiáng)信號，因此最準(zhǔn)確的反應(yīng)了輸出信號的變化。9.7 試說明邊沿送數(shù)法二值化接口電路的基本原理，如果線陣CCD的輸出信號中含有10個邊沿（有5個被測尺寸），還能能夠用邊沿送數(shù)二值化接口電路采集10個邊沿的信號嗎？如果認(rèn)為太復(fù)雜，應(yīng)采用什么二值化接口方式？解：書中P190頁利用圖9-10和9-11詳細(xì)地說明了邊沿送數(shù)法二值化接口電路的基本需要進(jìn)行重新設(shè)計，參考資料55“梳狀體二值化數(shù)據(jù)采集方法的研究”很好地回答了該問題，請查找。9.8舉例說明單元光電信號A/D數(shù)據(jù)采集的意義，怎樣對單元光電信號進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集？解：若需要檢測某點(diǎn)的光強(qiáng)度I，需要對該點(diǎn)位置放置的光電二極管的輸出電壓進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集，這就屬于單元光電信號的A/D數(shù)據(jù)采集。對單元光電信號進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集的問題需要根據(jù)所要采集的時間段設(shè)置采樣脈沖串2個脈沖，分別完成A/D的啟動和讀出（兼送數(shù)到計算機(jī)A/D數(shù)據(jù)采集工作。9.9在線陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集中為什么要用ΦC和SP作同步信號？其中ΦC的作用是什么？SP的作用又如何？CCD的A/D數(shù)據(jù)采集中常采用ΦC為行同步信號，因?yàn)樵诰€陣CCD的一個輸出信號周期內(nèi)只有一個ΦC脈沖，而且它的后沿正好對應(yīng)著第一個有效信號的到來時刻。用SP脈沖做像元采樣同步信號，因?yàn)榫€陣CCD每輸出一個像元信號都對應(yīng)于一個SP，而且SP與像元的有效輸出信號相對于。9.10已知AD12-5K線陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集卡采用12位轉(zhuǎn)換器ADC1674，它的輸入電壓范圍為0～10V，今測得三個像元的值分別為4093，2121，512，并已知線陣CCD的光照靈敏度為47(v/lx.s)試計算出這三個點(diǎn)的曝光量分別為多少？解：首先找到12位A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的電壓值，12位二進(jìn)制數(shù)的幅值為4095，它對應(yīng)與10V，即212=10V，因此二進(jìn)制數(shù)的每位數(shù)字代表2.44mV。分別計算出：V4093=2.44×4093=9.995V；V2121=2.44×2121=5.175V；V512=2.44×512=1.249V。再考慮光照靈敏度與輸出電壓的關(guān)系，則得：H4093=V4093/SH=0.21(lx.s)；H2121=V2121/SH=0.11(lx.s)；H512=V512/SH=0.027(lx.s)。9.11已知RL2048DKQ(26×13μm2)在250～350nm波段的光照靈敏度為4.5V/μJ?cm-2，今用RL2048DK為光電探測器，采用16位的A/D數(shù)據(jù)采集卡（基準(zhǔn)電壓為2.5V，滿量程輸入電壓為5V）對被測光譜進(jìn)行探測，探測到一條譜線的幅度為12500，譜線的中心位置為1042像元上，設(shè)測譜儀已被2條已知譜線標(biāo)定，一條譜線為260nm譜線中心位置在450像元；另一條譜線為340nm譜線中心位置在1550像元。試計算該光譜的輻出度光譜輻能量。解：與上題解的方法類似，一方面先找出16位二進(jìn)制數(shù)的當(dāng)量N16，再討論輸出幅值；另一方面在假設(shè)光譜在CCD像面上波長的分布是線性的（用線陣CCD探測光譜的光譜儀通常在光譜面上CCDN16=5000/216=0.076mV；輻出度為M12500=12500×N16/SM=0.21（μJ?cm-2）；輻能量為：M12500A=0.21×26×10-5×13×10-5=7.1×10-9（μJ）根據(jù)已知條件，1024像元在450像元與1550像元之間光譜的分布是線性的，在整個線陣CCD像敏陣列上光譜的分布也是線性的。因此，1024像元對應(yīng)的波長可以根據(jù)線性關(guān)系來找。線陣CCD?n=(340-260)/(1550-450)=0.072nm；在線陣CCD像面上，1024像元距離450像元的差為574=260+0.072×574=301.3nm。9.12一般面陣CCD的A/D數(shù)據(jù)采集卡采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)某幅圖像中所采集到的數(shù)據(jù)都為127時，說明出現(xiàn)了什么問題（正常數(shù)據(jù)應(yīng)為0~255）？解：很可能是鏡頭蓋沒有打開，或者面陣CCD相機(jī)壞了，沒有圖像輸入。9.13為什么基于PCI總線的圖像采集卡不必在卡內(nèi)設(shè)置存儲器，而采用PC總線接口、并行接口（打印接口）等的圖像采集卡內(nèi)必須設(shè)置存儲器？解：因?yàn)镻CI總線的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群芸?，足以在A/D轉(zhuǎn)換一個像元數(shù)據(jù)所用時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸工作，將數(shù)據(jù)存于計算機(jī)內(nèi)存。9.14簡述用軟件實(shí)現(xiàn)圖像白電平與對比度的調(diào)整原理與方法。偏大，則將影響對比度的參數(shù)降低。偏小，則將影響對比度的參數(shù)提高。9.15試用ADC12081轉(zhuǎn)換器設(shè)計TCD1500C的A/D數(shù)據(jù)采集計算機(jī)接口卡，要求畫出接口卡原理方框圖，寫出設(shè)計說明。解：此題為設(shè)計類型的題目，可以有若干個解。解此題需要了解TCD1500C及其驅(qū)動器的特點(diǎn)，它的驅(qū)動脈沖和掌握能夠用來進(jìn)行行同步與像元同步的脈沖。例如，用SH脈沖或FC脈沖作為行同步脈沖；用SP脈沖做像元同步脈沖。然后，還要了解ADC12081轉(zhuǎn)換器的特性，了解其啟動轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成的時刻和數(shù)據(jù)輸出的方式與控制。然TCD1500C的A/D數(shù)據(jù)采集計算機(jī)接口卡是個系統(tǒng)工程?；赑CI總線的線陣CCD數(shù)據(jù)采集計算機(jī)接口卡的原理方框圖如下：在TCD1500C驅(qū)動器的驅(qū)動下輸出信號直接送給12位轉(zhuǎn)換器ADC12081進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。驅(qū)動器輸出的行同步信號FC與像元同步信號SP以及時鐘脈沖CLK送至同步控制動A/DPCI總線交A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送在PCI控制的A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完集的數(shù)據(jù)提供計算機(jī)顯示屏思考題與習(xí)題1010.1如何應(yīng)用光電測量方法獲得小位移量與小角度量信息？解：可以根據(jù)7.4節(jié)“物理光學(xué)方法的光電信息變換”介紹的內(nèi)容，利用干涉與衍射的方法將小位移量與小角度量進(jìn)行放大或進(jìn)行演變，即利用光的干涉或衍射將微位移或微角度變換成干涉條紋或衍射圖像，然后再利用圖像傳感器采集干涉與衍射圖樣進(jìn)行圖像的測量，利用相應(yīng)的軟件進(jìn)行分析與計算。獲取小位移量或小角度量。題1.2振動題1.2振動測量原理方框圖文獻(xiàn)CCD測量火炮炮管邊界在發(fā)射炮彈過程中的振動。圖-3原理方框圖可以參考圖-3圖10.2中，計數(shù)器在行驅(qū)動脈沖周期內(nèi)計像元SP脈沖。驅(qū)動電路控制能夠通過光學(xué)成像系統(tǒng)將被測的炮管圖像的線陣CCD同步工作，輸出含有炮管邊界的圖像信號，將圖像信1，經(jīng)反相后（即用二值化的下降沿）觸發(fā)鎖存器2。于是，鎖存器1存炮管的一側(cè)邊界位置可計為2存炮管另一側(cè)的N1與N2分別送入計算機(jī)內(nèi)存，然后在軟件協(xié)助下測出炮管中心的位置Nt。顯然，測出Nt為某時刻炮管中心的位置，設(shè)炮彈尚未發(fā)射的時刻炮管中心位置為N0。炮彈發(fā)射的過程中炮管中心位置為Nt，采集炮彈發(fā)射全過程的所有Nt，利用所有的Nt，并考慮到時間間隔為?t=TFC，可以畫出炮管中心的振動波形圖。10.3試設(shè)計出測量長82mm鋼管直線度的測量方案，畫出測量系統(tǒng)原理方框圖，并用文字說明。解：題目要求測量鋼管的直線度的測量方案，沒有給出測量精度的要求情況下可以采用線型激光器發(fā)出的近似線平行光與單只線陣CCD測量精度。10.4今有一塊面積為10×10mm2的硅光電池，如何利用它為定長控制的傳感器？試畫出測量系統(tǒng)的原理方框圖及檢測電路。解：可以采用題目所提供的硅光電池為定長度控制的傳感器，測量系統(tǒng)原理方框圖可從如圖10-1應(yīng)通過成像物鏡將被測物的邊界成像在光電池的光敏面上。設(shè)計出的光電變換電路如右圖所示。其中光電變換電路由RL與光電池構(gòu)成反向偏置電路，提高光電變換的線性度。后面是具有可設(shè)定固定閾值的二值化處理電路，物體沒有到位之前光電池被光照射，負(fù)輸入端電位U較低，比較放大器輸出高電平。當(dāng)物體進(jìn)入視場，負(fù)輸入端電位UU高于設(shè)定的正輸入電位時，比較放大器輸出UO由高變低?？捎肬O發(fā)出控制信號。10.5用什么樣的光電變換技術(shù)能夠測量望遠(yuǎn)鏡的透過率？（要求畫出原理方框圖，并加文字解釋）或者查找“參考資料測量系統(tǒng)原理方框圖如圖所示，光源可采用LED經(jīng)過平行光管發(fā)出平行光，可變光闌可以調(diào)整入射到被測望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光能量，光能檢測裝置測量出沒有放置望遠(yuǎn)系統(tǒng)情況下空測光能，讀數(shù)為為m1。再根據(jù)透過率的定義得到白光的透過率為100%10.6試舉例說明搜索與跟蹤系統(tǒng)的差異有哪些？怎樣用四象限光電池構(gòu)成目標(biāo)探測的探測器？解：復(fù)習(xí)10.6.1內(nèi)容，自己找出。利用四象限光電池構(gòu)成的目標(biāo)探測器方案可以參考3.2.6陣列組合件”中介紹的“和差電路”與“直差電路”等方法進(jìn)行探測。10.7試舉例說明激光尋旳制導(dǎo)系統(tǒng)，尋旳制導(dǎo)由那幾部分構(gòu)成？解：從“10.6.2激光制導(dǎo)”中能夠找到相關(guān)答案。航空炸彈的激光尋的制導(dǎo)由彈外或彈上導(dǎo)彈的控制，使導(dǎo)彈飛向目標(biāo)的一種制導(dǎo)方法。由上述可知尋旳制導(dǎo)主要由尋旳激光器與激光尋旳器構(gòu)成。10.8紅外制導(dǎo)系統(tǒng)的有哪幾類？各有什么特點(diǎn)？解：紅外制導(dǎo)系統(tǒng)包括“點(diǎn)源制導(dǎo)系統(tǒng)”與“成像制導(dǎo)系統(tǒng)”兩種。探測，進(jìn)行制導(dǎo)與跟蹤。特點(diǎn)是系統(tǒng)較為簡單，但是誤差較大。紅外成像制導(dǎo)技術(shù)的特點(diǎn)：1 靈敏度高。噪聲等效溫差為NETD≤0.1℃，很適合探測遠(yuǎn)程小目標(biāo)的需求。32 抗干擾能力強(qiáng)。具有目標(biāo)識別能力，可在復(fù)雜干擾背景下探測、識別目標(biāo)。3識別和跟蹤目標(biāo)的能力，并且能按威脅程度自動選擇目標(biāo)和目標(biāo)薄弱部位進(jìn)行命中點(diǎn)選擇，48μm～14μm并可晝夜工作，是一種能在惡劣氣候條件下工作的準(zhǔn)全天候的探測系統(tǒng)。45跟蹤的軟件不同。510.9分析圖10-48，在激光照排機(jī)結(jié)構(gòu)中為什么要添加2個緩沖機(jī)構(gòu)？如果不引入緩沖機(jī)構(gòu)會發(fā)生怎樣的故障？解：激光照排機(jī)的傳輸過程中既要克服輸入輪盤直徑的變化也要克服輸出輪盤直徑變化，為確保激光照排圖像的傳輸速度穩(wěn)定，必須要添加2個