第七章：光電成像技術(shù)

2024/11/811光電成像器件的發(fā)展近年來，利用光電成像器件構(gòu)成圖像傳感器進(jìn)行光學(xué)圖像處理與圖像測量已成為現(xiàn)代光學(xué)儀器、現(xiàn)代測控技術(shù)的重要發(fā)展方向。它廣泛應(yīng)用于遙感、遙測技術(shù)、圖形圖像測量技術(shù)和監(jiān)控工程等，成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。2024/11/821934年研制出光電像管，應(yīng)用于時(shí)內(nèi)外的廣播電視攝像。它的靈敏度相當(dāng)?shù)?，要達(dá)到現(xiàn)在圖像信噪比的要求，需要不低于10000lx的照度，這是它的應(yīng)用范圍受到很大限制。1947年超正析攝像管面世，使最低照度降至2000lx。1954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，但不是適用于高速場合和彩色應(yīng)用。2024/11/831965年，氧化鉛管成功代替正析攝像管，廣泛應(yīng)用于彩色電視攝像機(jī)。它使彩色電視廣播攝像機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)飛躍。1976年前后，又相繼出現(xiàn)靈敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。1970年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)表電荷耦合器件（CCD）原理，從此光電成像器件的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段——CCD固體攝像器件的發(fā)展階段。2024/11/842光電成像器件的類型

一、掃描型真空電子束掃描型光電型：光電導(dǎo)式和光電發(fā)射式熱電型：熱釋電攝像管固體自掃描型：電荷耦合攝像器件

2024/11/85掃描型光電成像器件又稱為攝像器件。這種器件通過電子束掃描或自掃描方式將被設(shè)景物將光學(xué)系統(tǒng)成像在器件光敏面上的二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S時(shí)序電信號輸出出來。這種運(yùn)載圖像信息的一維時(shí)序信號稱為視頻信號。2024/11/86二、非掃描型：直視型電真空像管 紅外變像管變相管 紫外變像管

X射線變像管 串聯(lián)式像增強(qiáng)管像增強(qiáng)管 級聯(lián)式像增強(qiáng)管 微通道板式像增強(qiáng)管負(fù)電子親和勢陰極攝像管2024/11/873、光電成像器件的基本特征一、光譜響應(yīng)二、線性三、空間分辨率2024/11/884光電成像原理系統(tǒng)由光學(xué)像系統(tǒng)、光電變換系統(tǒng)、圖像分割、同步掃描和控制系統(tǒng)、視頻信號處理系統(tǒng)、熒光屏顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。2024/11/89$5、電視制式1．電視圖像的寬高比：觀測試驗(yàn)得，W:H=4:32．幀頻與場頻：電影畫面重復(fù)頻率不得低于每秒48次。電影采用每秒投影24幅畫面，兩幅之間用遮光伐擋一次。電視場采用隔行掃描，奇數(shù)場/偶數(shù)場，兩場合為一幀。即場頻50Hz，幀頻25Hz。PAL制式，每幀畫面625行，行正程52us，行逆程12us。NTSC制式60Hz.2024/11/810光電導(dǎo)型真空攝像管2024/11/811二、光電發(fā)射型攝像管2024/11/812電荷耦合器件Charge-CoupledDevices1970年由貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制出來。特點(diǎn)：體積小、重量輕、靈敏度高、壽命長、功耗低、動態(tài)范圍大。主要應(yīng)用領(lǐng)域：攝像、信號處理、存儲、測量方位測量、遙感遙測、圖像制導(dǎo)、圖像識別傳真、掃描儀、自動精密測量高分辨率、高可靠性、高準(zhǔn)確度。2024/11/813P溝道型CCD原理金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（MOS)在外加電場作用下，半導(dǎo)體中空穴被推離界面，形成表面勢井；光照產(chǎn)生的電子填充勢井，使勢井變淺。勢井變化率與光生載流子成正比。勢井中的電子在交替變化的電位作用下耦合到下一個(gè)勢井中，順序移出。2024/11/8142024/11/8152024/11/8162024/11/8172024/11/818單溝道線陣CCD2024/11/819雙溝到線陣CCD2024/11/8202024/11/8212024/11/822四、像管成像物理過程：（三個(gè)環(huán)節(jié)）微弱的光或不可見的輸入輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像（光陰極完成）電子圖像獲得能量或數(shù)量增強(qiáng)，并聚焦成像（電子光學(xué)系統(tǒng)）將增強(qiáng)的電子圖像轉(zhuǎn)換成可見光的圖像（熒光屏）2024/11/8231．輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換：利用外光電效應(yīng)。光敏面采用光電發(fā)射型材料。發(fā)射的電子流分布正比于人射的輻射通量分布。由此完成輻射圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像的過程。2．電子圖像增強(qiáng)：電場加速或微通道板中二次電子發(fā)射。2024/11/8243電子圖像的發(fā)光顯示高能電子轟擊熒光屏，發(fā)出可見光。熒光屏是利用摻雜的晶態(tài)磷光體受激發(fā)光。2024/11/825五、像管的主要結(jié)構(gòu)類型近貼式靜電聚焦倒像式（單級，多級）電磁復(fù)合聚焦帶微通道板的像管（第二代，2，3之上）負(fù)電子親和勢像管（