第八章 成像器件教材

第8章圖像信息的光電變換

完成圖像信息光電變換的功能器件稱為光電圖像傳感器。1、圖像傳感器的分類

2、光電成像原理與電視制式

3、固體成像器件CCD，CMOS4、真空成像器件5、直視型光電器件

2）非直視掃描型光電成像器件又稱為攝像器件。真空電子束掃描型光電發(fā)射式攝像管光電導(dǎo)式攝像管固體自掃描型電荷耦合攝像器件圖像光譜變換(變像管)圖像強度變換(像增強管)。1）凝視型（直視型）光電成像器件一光電成像器件的分類景物光學(xué)成像系統(tǒng)光電變換系統(tǒng)圖像分割同步掃描與編碼視頻信號信號傳送同步掃描與解碼視頻調(diào)整與彩色合成再現(xiàn)圖像攝像機系統(tǒng)監(jiān)視器或電視接收機系統(tǒng)二光電成像原理與電視制式1.攝像機的基本原理

景物經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像在物鏡的像面(光電圖像傳感器的像面)上，形成二維空間光強分布的光學(xué)圖像。

光電圖像傳感器：將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成二維“電氣”

圖像。

高質(zhì)量的圖像來源于高質(zhì)量的攝像系統(tǒng)，其中主要是高質(zhì)量的光電圖像傳感器。

景物光學(xué)成像系統(tǒng)光電變換系統(tǒng)圖像分割同步掃描與編碼視頻信號

組成一幅圖像的最小單元稱為像素或像元。像元的大小或一幅圖像所包含的像元數(shù)決定了圖像的分辨率，分辨率越高，圖像的細(xì)節(jié)信息越豐富，圖像越清晰，圖像質(zhì)量越高。

即將圖像分割得越細(xì)，圖像質(zhì)量越高。

景物光學(xué)成像系統(tǒng)光電變換系統(tǒng)圖像分割同步掃描與編碼視頻信號2.圖像的分割

將一幅圖像分割成若干像素的方法有很多：超正析像管：利用電子束掃描光電陰極的方法分割像素；視像管：由電阻海顆粒分割；面陣CCD、CMOS圖像傳感器：用光敏單元分割。被分割后的電氣圖像經(jīng)掃描才能輸出一維時序信號（視頻信號），掃描的方式也與圖像傳感器的性質(zhì)有關(guān)。面陣CCD采用轉(zhuǎn)移脈沖方式將電荷包（像素信號）輸出一維時序信號；CMOS圖像傳感器采用順序開通行、列開關(guān)的方式完成像素信號的一維輸出。3.圖像的顯示：監(jiān)視器或電視接收機的顯像管：利用電磁場使電子束偏轉(zhuǎn)而實現(xiàn)行與場掃描，因此，對于行、場掃描的速度、周期等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，以便顯像管顯示理想的圖像。

信號傳送同步掃描與解碼視頻調(diào)整與彩色合成再現(xiàn)圖像監(jiān)視器或電視接收機系統(tǒng)4.掃描方式

（1）逐行掃描顯像管的電子槍裝有水平與垂直兩個方向的偏轉(zhuǎn)線圈，線圈中分別流過鋸齒波電流，電子束在偏轉(zhuǎn)線圈形成的磁場作用下同時進(jìn)行水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)，完成對顯像管熒光屏的掃描。

（2）隔行掃描

根據(jù)人眼對圖像分辨能力，掃描的水平行數(shù)至少應(yīng)大于600行，這對于逐行掃描方式，行掃描頻率必須大于29000Hz才能保證人眼視覺對圖像的最低要求。這樣高的行掃描頻率，無論對攝像系統(tǒng)還是對顯示系統(tǒng)都提出了更高的要求。為了降低行掃描頻率，又能保證人眼視覺對圖像分辨率及閃耀感的要求，早在20世紀(jì)初，人們就提出了隔行掃描分解圖像和顯示圖像的方法。第二，要求相鄰兩場光柵必須均勻地鑲嵌，確保獲得最高的清晰度。目前，我國現(xiàn)行的隔行掃描電視制式就是每幀掃描行數(shù)為625行，一幀由二場構(gòu)成，每場掃描行數(shù)為312.5行。隔行掃描必須滿足：第一，下一幀圖像的掃描起始點應(yīng)與上一幀起始點相同；（3）掃描行頻電子束掃描一行所需要的時間，又稱為行周期。行周期的倒數(shù)稱為行頻。

我國現(xiàn)行電視制式（PAL制式）的主要參數(shù)為：寬高比α=4/3；場頻fv=50Hz；行頻fl=15625Hz；場周期T=20ms，其中場正程掃描時間為18.4ms，逆程掃描時間為1.6ms。行周期為64μs，其中行正程掃描時間為52μs，逆程掃描時間為12μs。

5.電視制式

電視的圖像發(fā)送與接收系統(tǒng)中，圖像的采集（攝像機）與圖像顯示器必需遵守同樣的分割規(guī)則才能獲得理想的圖像傳輸。這個規(guī)則被稱為電視制式。

目前，正在應(yīng)用中的電視制式一般有三種。

PAL彩色電視制式： 場頻為50Hz， 隔行掃描每幀掃描行數(shù)為625行， 伴音、圖像載頻帶寬為6.5MHz。電荷耦合器件CCD（ChargeCoupledDevices）CMOS圖像傳感器

ComplementaryMetalOxideSemiconductor

CIS——CMOSImageSensor三、固體成像器件電荷耦合器件CCD

線陣CCD

面陣CCDCMOS圖像傳感器的應(yīng)用

圖8-82CMOS器件的應(yīng)用情況保安監(jiān)視PC攝像頭機頂盒玩具醫(yī)療儀器數(shù)碼相機手機可視電話生物特征識別PDA條碼識別汽車CCD的發(fā)明者GeorgeSmith和WillardBoyle

電荷耦合器件CCD圖像傳感器發(fā)展完成圖像信息光電變換的功能器件稱為光電圖像傳感器。1934年光電攝像管（Iconoscope），用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。但是，它的靈敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能獲得較為清晰的圖像。1947年超正析像管（Imaige

Orthico），靈敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。1954年高靈敏視像管（Vidicon）

成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡單

1965年(Plumbicon)發(fā)展了彩色電視攝像機氧化鉛視像管抗強光的能氧化鉛視像管力低，余輝效應(yīng)影響了它的采樣速率。

1976年，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管和硅靶管。

1970年，美國貝爾實驗室發(fā)現(xiàn)的電荷耦合器件（ChargeCoupledDevice,簡稱CCD)的原理，使圖像傳感器的發(fā)展進(jìn)入了一個全新的階段，使圖像傳感器從真空電子束掃描方式發(fā)展成為固體自掃描輸出方式。

CCD本身就能完成光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換、信息存貯和按順序輸出（稱自掃描）視頻信號的全過程。

它的自掃描輸出方式消除了電子束掃描造成的圖像光電轉(zhuǎn)換的非線性失真。此外，與真空攝像器件相比,CCD還有以下優(yōu)點：

(1)體積小，重量輕，功耗低；耐沖擊，可靠性高，壽命長；

(2)無象元燒傷、扭曲，不受電磁場干擾；

(3)象元尺寸精度優(yōu)于1μm,分辨率高；

(4)基本上不保留殘象（真空攝像管有15%～20%的殘象）。

(5)視頻信號與微機接口容易。

電荷耦合器件CCD的工作原理光信息電脈沖脈沖只反映一個光敏元的受光情況脈沖幅度的高低反映該光敏元受光照的強弱輸出脈沖的順序可以反映一個光敏元的位置完成圖像傳感電荷耦合器件CCD的結(jié)構(gòu)CCD的特點是以電荷作為信號，不是以電流或電壓作為信號。

CCD線陣列CCD單元這種結(jié)構(gòu)再加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了N位CCD。CCD（ChargeCoupledDevices，電荷耦合器件）圖像傳感器主要有兩種基本類型，表面溝道CCD（簡稱為SCCD）器件；體溝道或埋溝道器件（簡稱為BCCD）。CCD是由金屬－氧化物－半導(dǎo)體構(gòu)成的密排器件，簡稱MOS結(jié)構(gòu)，它實際就是一個MOS電容。EvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFm柵極電壓Vg=0,p型半導(dǎo)體中均勻的空穴（多數(shù)載流子）分布，半導(dǎo)體中能量線延伸到表面并與表面垂直。

柵極電壓Vg<0,電場排斥電子吸引空穴，使表面電子能量增大，表面處能帶向上彎曲，越接近表面空穴濃度越大，形成空穴積累層。EvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmVG<0Vg<0SiO2柵電極積累層P-SiVg=0SiO2柵電極P-Si

柵極電壓Vg>0,電場排斥空穴吸引電子，越接近表面空穴濃度越小，形成空穴耗盡層。EvVG》0EFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmW

柵極電壓Vg》0,電場排斥空穴吸引電子，越接近表面空穴濃度越小，電子濃度甚至超過空穴濃度，形成反型層。EvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmVG>0WEvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmVG>0WVg》0SiO2柵電極反型層P-SiVg>0SiO2柵電極耗盡層P-Si

半導(dǎo)體表面與襯底的電壓，常稱為表面勢，（用VG表示）外加電壓越大，對應(yīng)有越大的表面電勢，能帶彎曲的越厲害，相應(yīng)的能量越低，儲存電子的能力越大，通常稱其為勢阱。注入電子形成電荷包①電荷存儲（表面勢與勢阱）VG

051015伏VG空勢阱P-SiVG=12伏全滿勢阱P-SiVG=12伏填滿1/3勢阱P-Si1）CCD基本功能Vg=0SiO2柵電極P-SiVg>0SiO2柵電極耗盡層P-SiVg》0SiO2柵電極反型層P-SinnP-Si襯底源漏輸出柵轉(zhuǎn)移柵電極SiO2n-溝道②電荷轉(zhuǎn)移（三相時鐘）2伏2伏10伏VGP-SiΦ

①

③③

②2伏2伏10伏VGP-SiΦ

①

③③

②VG2伏2伏10伏P-Si2伏Φ

①

③③

②VGΦ1Φ2Φ3t2t4t1t3t5Φ1Φ2Φ3t1t3t510伏2伏2伏2伏VGP-SiΦ

①

③③

②VG2伏2伏10伏P-SiΦ

①

③③

②p襯底鋁柵多晶硅柵Φ1Φ22）CCD電極結(jié)構(gòu)按照加在電極上的脈沖電壓相數(shù)來分，電極的結(jié)構(gòu)可分為二相、三相、四相等結(jié)構(gòu)形式。

3）電荷耦合器件的性能參數(shù)電荷轉(zhuǎn)移效率電荷損失率工作頻率

電荷本身從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極所需要的時間tr不能大于驅(qū)動脈沖使其轉(zhuǎn)移的時間T/3，因此，上限頻率下限頻率決定于少數(shù)載流子壽命τ電荷負(fù)載量電極下能容納的電荷數(shù)量探測噪聲n電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)；fc時鐘頻率①產(chǎn)生于界面態(tài)或體態(tài)與電荷包相互作用的電荷轉(zhuǎn)移起伏；②背景光輻射引起的電荷變化與暗電流噪聲；③輸出級的復(fù)位過程與輸出放大器噪聲。有轉(zhuǎn)移損失就會有附加的噪盧。通過n次電荷轉(zhuǎn)移后，電流的轉(zhuǎn)移噪聲將為圖像分割：用光敏單元分割二維信號4）CCD景物光學(xué)成像系統(tǒng)光電變換系統(tǒng)圖像分割同步掃描與編碼視頻信號景物經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像在物鏡的像面(即，CCD的光敏面)上成二維光學(xué)圖像信號（電荷包）→電荷存儲同步掃描與編碼：自掃描方式，在驅(qū)動脈沖的作用下順序地移出器件（電荷轉(zhuǎn)移），成為一維視頻信號輸出。CCD的現(xiàn)狀

第一、通用型或消費型CCD傳感器在許多方面都有較大地進(jìn)展，如CMOS型攝像頭?？偟姆较蚴翘岣逤CD攝像機的綜合性能。

第二、特殊CCD傳感器，如紅外CCD芯片（紅外焦平面陣列器件）、高靈敏度背照式BCCD和電子轟擊式EBCCD等，另外還有大靶面如2048×2048、4096×4096可見光CCD傳感器、寬光譜范圍（紫外光→可見光→近紅外光→3-5μm中紅外光→8-14um遠(yuǎn)紅外光)焦平面陣列傳感器等。

CCD器件ComplementaryMetalOxideSemiconductor互補金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路基本單元電路反相器由N溝道和P溝道MOS場效應(yīng)晶體管（P溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路和N溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路）構(gòu)成,能實現(xiàn)一定邏輯功能的集成電路,簡稱CMOS。CMOS圖像傳感器

上世紀(jì)60年代末期，1969年，美國貝爾實驗室提出固態(tài)成像器件概念：互補金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器

CMOS—ComplementaryMetalOxideSemiconductor

電荷耦合器件圖像傳感器（CCD）

CMOS與CCD圖像傳感器的研究幾乎是同時起步，固體圖像傳感器得到了迅速發(fā)展。1970CMOS圖像傳感器：由于受當(dāng)時工藝水平的限制，圖像質(zhì)量差、分辨率低、像敏單元尺寸小，填充率低，響應(yīng)速度慢，沒有得到重視和發(fā)展。由于集成電路設(shè)計技術(shù)和工藝水平的提高，CMOS圖像傳感器過去存在的缺點，現(xiàn)在都可以找到辦法克服，因而它再次成為研究的熱點。被動像元無源結(jié)構(gòu)（光敏單元，像元尋址開關(guān)）→主動像元有源結(jié)構(gòu)（光敏單元，像元尋址開關(guān)，信號放大與處理電路）CMOS圖像傳感器的組成主要組成部分：像敏單元陣列和MOS場效應(yīng)管集成電路像敏單元陣列：光電二極管陣列。兩部分是集成在同一硅片上。CMOS圖像傳感器的像敏單元結(jié)構(gòu)

有兩種類型：被動像敏單元結(jié)構(gòu)和主動像敏單元結(jié)構(gòu)。被動像敏單元結(jié)構(gòu):只包含光電二極管和地址選通開關(guān)兩部分公共的放大器主動式像敏單元結(jié)構(gòu)：

當(dāng)復(fù)位脈沖消失后，V1截止，光電二極管開始積分光信號。場效應(yīng)管V2：源極跟隨放大器，進(jìn)行電流放大，場效應(yīng)管V3構(gòu)成模擬開關(guān)，積分結(jié)束后，V3管導(dǎo)通，信號輸出。

場效應(yīng)管V1構(gòu)成光電二極管的負(fù)載，它的柵極接在復(fù)位信號線上，當(dāng)復(fù)位脈沖（高）出現(xiàn)時，V1導(dǎo)通，光電二極管被瞬時復(fù)位；集成度高、功耗小、生產(chǎn)成本低、容易與其他芯片整合。光譜響應(yīng)寬，圖像響應(yīng)均勻性較差，具有較高的暗電流，信號讀出速率高，1000M像素數(shù)/s.

CMOS圖像傳感器及其工作原理

CCD圖像傳感器及其工作原理

傳感器靈敏度較CMOS圖像傳感器高30~50%

，動態(tài)范圍約較CMOS的高2倍，圖像響應(yīng)均勻性好，具有優(yōu)良的電子快門功能，信號讀出速率較低：70M像素數(shù)/s.

CCD與CMOS圖像傳感器的特性比較①靈敏度CCD圖像傳感器靈敏度較CMOS圖像傳感器高30~50%。②電子電壓轉(zhuǎn)換率CMOS圖像傳感器在像元中采用高增益低功耗互補放大器結(jié)構(gòu)，其電壓轉(zhuǎn)換率略優(yōu)于CCD圖像傳感器。③動態(tài)范圍表示器件的飽和信號電壓與最低信號閾值電壓的比值。CCD動態(tài)范圍約較CMOS的高2倍。

④響應(yīng)均勻性CMOS圖像傳感器由于每個像元中均有開環(huán)放大器，器件加工工藝的微小變化導(dǎo)致放大器的偏置及增益產(chǎn)生可觀的差異，

CMOS圖像傳感器的響應(yīng)均勻性較CCD有較大差距⑤暗電流CMOS圖像傳感器具有較高的暗電流，

暗電流密度為1nA/cm2量級⑥電子快門CCD像感器特別是內(nèi)線轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)像感器具有優(yōu)良的電子快門功能

⑦速度信號讀出速率CCD:70Mpixels/s.CMOS:1000Mpixels/s.⑧偏置、功耗與可靠性

CMOS圖像傳感器通常在單一的較低外接信號偏置電壓與時鐘電平下工作,CCD像感器需要幾組較高的偏置電壓才能工作，輸出放大器偏壓仍較高⑨抗暈?zāi)芰MOS的像元結(jié)構(gòu)具有自然的抗暈?zāi)芰?/p>

⑩窗口

CMOS由于采用XY尋址方式，具有讀出任意局部畫面的能力，CCD的順序讀出信號結(jié)構(gòu)決定它的畫面開窗口的能力受到限制。

總結(jié)CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢。

作業(yè)CCD原理CMOS原理CCD,CMOS區(qū)別（從原理說明為什么有這些區(qū)別）CCD的電荷注入方式CCD的電荷檢測方式其他均可要求：脫稿PPT，WORD，PDF都可以10個隨即點名，10個自愿

把各種不可見圖像(包括紅外圖像，紫外圖像及射線圖像)轉(zhuǎn)換成可見圖像的器件稱為變像管。把強度低于視覺閾值的圖像增強到可以觀察程度的器件稱為像增強管。變像管與像增強管統(tǒng)稱為像管。四像管（直視型光電器件）1）變像管光電陰極(光敏面)、電子光學(xué)系統(tǒng)、熒光屏高真空管殼組成。工作過程：①輻射圖像形成在光電陰極上，光電陰極上各點產(chǎn)生正比與入射輻射的電子發(fā)射，形成電子圖像②電子光學(xué)系統(tǒng)將電子像傳遞到熒光屏上，在傳遞過程中將電子像放大③熒光屏受電子轟擊發(fā)光，形成可見光圖像，完成光電轉(zhuǎn)換對光電陰極要求是：具有很高的光譜響應(yīng)靈敏度，熱發(fā)射電流小，均勻性好。①像管的光電陰極S-25(Sb-Na-K-Cs)S-20(Sb-K-Na-Cs)GaAs②變像管的電子光學(xué)系統(tǒng)③變像管的熒光屏像管對熒光屏的主要要求是：適合人眼觀察的發(fā)光光譜；足夠高的發(fā)光亮度；高分辨力和好的傳輸函數(shù)；合適的余輝時間；良好的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

(Zn．Cd)S·Ag熒光粉，其發(fā)光顏色為黃綠色，峰值波長0.560μm，10％余輝時間0.05—2ms。

像管的熒光屏是由熒光物質(zhì)(粉粒)刷涂在基底上制成。它是像管中完成電光轉(zhuǎn)換的部件。2）像增強器

通常將增強器管(增像管)與高壓電源經(jīng)灌封工藝組裝成整體的組件，稱為微光像增強器，裸管為增像管或單管。微光像增強器的組成及工作原理輸入圖像輸出圖像光電陰極熒光屏輸入光纖板輸出光纖板加速電極聚焦電極電子軌跡像增強器基本結(jié)構(gòu)類似于變像管：光電陰極，電子光學(xué)系統(tǒng)，電子倍增器，熒光屏對光電陰極要求是：具有很高的光譜響應(yīng)靈敏度，熱發(fā)射電流小，切均勻性好。一種典型的銻鉀鈉銫多堿陰極，編號為s－20。像管的光電陰極s－25（銻鈉鉀銫）光電陰極的光譜響應(yīng)向紅外有所延伸，用于第一代和第二代增像管。第三代像增強器是在二代近貼管的基礎(chǔ)上，將s－25陰極置換為砷化鎵負(fù)電子親和勢光電陰極(GaAsNEA)。其靈敏度幾乎是二代光電陰極的3—4倍。第一代三級級聯(lián)象增強管微通道式像增強管（二代管）靜電聚焦微通道像增強管。微通道板

微通道是一根根很細(xì)的玻璃管。它的內(nèi)壁鍍有高阻的二次發(fā)射材料，施加高電壓后內(nèi)壁將出現(xiàn)電位梯度，連續(xù)多次發(fā)射二次電子，可獲得約104的增益。微通道板是由成千上萬根直徑為15～40μm、長度為0.6～1.6mm的微通道排成的二維列陣，如圖所示，簡稱MCP。光陰極微通道板熒光屏近貼式第二代像管結(jié)構(gòu)WJII型頭盔式微光夜視儀五掃描型攝像管

能夠輸出視頻信號的一類真空光電管稱為攝象管。將二維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為一維時序電信號.直視光電成像系統(tǒng)的不足：光學(xué)圖像直接轉(zhuǎn)換成直視圖像作用距離短放大率有限對比度不能調(diào)節(jié)不能超越障礙

→電視系統(tǒng)（攝像，傳輸，接受）光電發(fā)射式攝象管光電導(dǎo)式攝象管R靶電子束電子槍R光電陰極靶電子束電子槍移像區(qū)光電攝像器件的工作過程：1、光電轉(zhuǎn)換：光學(xué)圖像投射到器件光敏面上，以象素為單元分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，形成電量的潛像。2、光電信號的存儲：每個象素在掃描周期內(nèi)對轉(zhuǎn)換的電量進(jìn)行存儲。掃描：掃描線按一定軌跡逐點采集轉(zhuǎn)換后的電量，形成輸出信號。RLC防反射膜信號板光導(dǎo)靶1）光導(dǎo)靶

由光窗、信號板和靶組成。靶面的軸向電阻小，橫向電阻大，有利于保持光電轉(zhuǎn)換形成電量的潛象，并在掃描周期內(nèi)實現(xiàn)積分存儲。視象管的基本結(jié)構(gòu)：光導(dǎo)靶和電子槍。一）光電導(dǎo)式攝象管（視象管）RLC防反射膜信號板光導(dǎo)靶聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈校正線圈聚焦電極加速電極K聚焦線圈校正線圈偏轉(zhuǎn)線圈G2）電子槍

電子槍的作用是產(chǎn)生熱電子，并使它聚焦成很細(xì)的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。逐點地采集這些轉(zhuǎn)換后的電量形成串行輸出信號。3）視頻信號的形成

—幀圖像可分成四十多萬個像元。每個像元可用一個電阻和電容c來等效。

電容c起存儲信息的作用，電阻R隨著光照度的增大而變小，無光照時R為暗電阻R0、光照后變?yōu)镽c(E)，是與照度有關(guān)的變量。視頻信號RLCLEK每個象元（象素）有序的轉(zhuǎn)化為視頻電信號（1）硅靶攝象管硅靶是貼在信號板上的一塊硅片，朝著電子槍一面生成幾十萬個相互隔離的PN結(jié)(光電二極管)。硅靶窗口玻璃內(nèi)表面涂有一層很薄的金屬膜，有引線同負(fù)載相連，稱為信號板。玻璃面板信號板電阻海RL工作過程：光照在P型島上形成電勢—電子線掃描連線形成電流—在輸出電阻上產(chǎn)生與視頻對應(yīng)的電壓信號（P型島拉回低電位）硅靶的特性1)抗燒傷性耐強光、耐高溫2)光譜特性及靈敏度

硅靶的光譜響應(yīng)范圍為0.4～1.1μm．峰值波長為0.65～0.85μm。3)暗電流

硅靶的暗電流較大，約為10nA，且隨溫度每升高9℃，暗電流約增加一倍。光導(dǎo)攝像管的光譜響應(yīng)特性曲線a-Sb2S3光導(dǎo)攝像管b-pbO光導(dǎo)攝像管標(biāo)準(zhǔn)型c-pbO光導(dǎo)攝像管全色型d-CdSe光導(dǎo)攝像管e-硅靶攝像管g-ZnCdTe光導(dǎo)攝像管（2）氧化鉛靶攝像管

PbO靶攝像管的特點是：

PIN結(jié)構(gòu)，工作原理與硅靶類似靈敏度較高，可達(dá)400μA／lm；暗電流小，低于1nA,光電特性好；惰性小，三場后殘余信號不大于4％。NIPSnO2透明導(dǎo)電膜玻璃RLVT（40～60V）信號板（3）碲化鋅鎘靶攝像管碲化鋅錫靶攝像管的靈敏度很高，可在星光下獲得可用的圖象，多用于微光電視。Sb2S2ZnxCd1-xTeZnSe信號板SnO2

ZnSe（N）無光電效應(yīng)，增強短波光吸收，提供可見光靈敏度，與第二層ZnxCd1-xTe（P）形成異質(zhì)結(jié)。第三層Sb2S2減小電子束注入效應(yīng)，減小暗電流和惰性二）光電發(fā)射式攝像管光電變換部分和光信息存儲部分彼此分離，組成為移象區(qū)。Al2O3加速電壓8kVAL2O3信號板（Al膜）疏松的KCl（1）二次電子導(dǎo)電攝像管(SEC)工作過程：光學(xué)圖像在光電陰極上產(chǎn)生相應(yīng)光電子發(fā)射—加速打到SEC靶上產(chǎn)生二次電子發(fā)生—形成電勢分布—后面與光電導(dǎo)輸出一樣

SEC管的主要特性：

1)靈敏度

SEC管整管的靈敏度與光電陰極的靈敏度、加速電壓和靶有關(guān)，一般可達(dá)20000μA／lm。

2)分辨率25mm管中心分辨事約為600TvL／H

3)惰性三場后殘余信號小于5％

4)存儲性能

SEC靶的電阻率大于1010Ωcm-1，漏電極小，暗電流小于0.1μA，因此信息電荷可在靶上長時間存儲而不泄漏。

（2）硅增強靶攝像管(SIT)用硅靶代替SEC管KCl靶即構(gòu)成硅增強靶攝像管(SIT)

靶增益為SEC管的10倍以上，通過改變移像區(qū)的施加電壓可改變靶的電子增益。移像區(qū)電子槍光電陰極靶

用光學(xué)纖維面板將像增強器與硅增強靶管耦合在一起．就組成了超高靈敏度的硅增強靶管，通常稱為ISIT管或IEBS管。（3）超高靈敏度的硅增強靶管（ISIT）硅靶光陰極光陰極2光陰極1陽極1陽極2補充：典型光電成像系統(tǒng)設(shè)計1CMOS成像系統(tǒng)2非致冷紅外熱像儀4三維激光掃描成像3科學(xué)級CCD數(shù)字相機1CMOS成像系統(tǒng)

——二維條形碼識別系統(tǒng)一維條形碼二維條形碼硬件設(shè)計圖像傳感器模塊圖像存儲模塊程序存儲模塊圖像傳輸模塊電源電路設(shè)計硬件設(shè)計整體框圖

2非致冷紅外熱像儀

紅外熱像儀是一種利用紅外探測器將看不見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見圖像的被動成像儀器。紅外熱像儀直接測量物體表面溫度及溫度分布.將物體的熱分布轉(zhuǎn)換為可視圖像，并在監(jiān)視器上以灰度級或偽彩色顯示出來，從而得到被測目標(biāo)的溫度分布場。紅外焦平面陣列IR-FPA非致冷紅外焦平面陣列UFPA——第三代紅外焦平面陣列傳感器基本傳感原理：電阻溫度效應(yīng)，微測輻射熱計（Micro-Bolometer）典型像素：640×480320×240160×120120×120響應(yīng)波長:8—14μm溫度分辨率：0.02K硬件部分硬件電路框圖ARM9處理器：SamsungS3C2440A，主頻400MHz