光电成像
光电成像技术的研究与应用
光电成像技术的研究与应用一、引言光电成像技术是现代科学技术中极具前景和广泛应用的一种技术。
它可以将光信号转化为电信号，使得我们可以在电子设备上直接对照片、视频等进行数字处理和分析。
从极小的图像到广泛的遥感应用，都需要光电成像技术的支持。
本文将介绍光电成像技术的研究和应用。
二、光电成像技术的分类光电成像技术包括红外成像技术、夜视成像技术、超声成像技术、激光成像技术等多种类型。
1. 红外成像技术红外成像技术是将远红外、中红外、近红外等光谱区域的热辐射能转化成彩色电子图像、视频或其他视觉信息的过程。
这种技术广泛应用于医疗、运输、安全、战术和工业等领域。
红外成像技术可分为主动与被动两种。
主动红外成像利用传感器内嵌的激光器，主动探测和照射目标，通过反射、散射等反应来获取图像。
被动红外成像则利用目标本身所发出的红外辐射来获取图像。
2. 夜视成像技术夜视成像技术也可以称为低光成像技术，是对光弱状况下的光线进行捕捉和放大，使其达到肉眼可见。
常见的夜视成像设备包括红外线（IR）成像、微光成像和热成像三种技术。
光弱成像技术回避了传统照明方法在夜间暴露我们的位置，保障了夜间暗处的监控安全。
3. 超声成像技术超声成像技术是利用人体组织对声波的反射和吸收的转换，获取有用的信息的技术。
医学领域是超声成像技术的主要应用领域。
除了医学，超声成像还被广泛应用于工程、军事、地质勘探等领域中。
4. 激光成像技术激光成像技术是指通过氢氦激光束向外辐射物体，使物体自然发出大量散射光进行成像技术，这种技术又称为散弹成像技术。
激光成像技术应用更为现代化，构建高效、智能的自动驾驶汽车、无人机、无人机等。
三、光电成像技术的应用它不仅逐渐成为了军事领域的主流技术，也逐渐广泛应用于医学、科学研究、文化遗产保护、工业制造、智能交通、航空航天、环境监测和农业等行业。
1. 光电成像技术在医学上的应用随着医学技术的不断发展，现代医学在各种手术和治疗过程中广泛应用光电成像技术。
光电成像原理与技术
第一章 绪论
1.1 关于光电成像技术
什么是光电成像技术
AN/AVS-9
AN/PVS-7D
什么是光电成像技术
AN/AVS-9
AN/PVS-7D
什么是光电成像技术
• 以光电子理论、半导体物理和光电转换技术为基础，通 过各类光电成像器件将景物三维的自然反射、辐射转 换 成完成二维景物图像的技术。
长波限：亚毫米波成像（THz波段），分辨率低 短波限：X射线（Roentgen射线） 射线（Gamma射线）
具有强穿透力 (宇宙射线难以在普通条件下成像) 光电成像电磁波谱范围：无线电超短波到射线 有效波谱：亚毫米波、红外辐射、可见光、紫外辐射、X射线、 射线
1.1 关于光电成像技术
1.1.2 光电成像技术的分类与应用 领域
作
用
距
离
热痕成像
远
可透过伪装和复杂背景
红外热成像应用领域
❖ 军事应用 ❖警用安防 ❖电力 ❖冶金 ❖石化 ❖制造业
在线过程监控
❖ 建筑检测 ❖食品检测 ❖ 消防救援、海上搜救 ❖ 科研研究、遥感监测 ❖ 动物研究与诊疗 ❖ 医疗诊断、运动康复
红外热成像应用领域
❖ 军事应用
红外热成像应用领域
❖ 警用安防
光电成像技术的本质－扩展人眼的视觉性能
❖ 视见光谱域的延伸(图像变换技术) ❖ 视见灵敏阈的扩展(图像增强技术) ❖ 视见响应时间的拓展 (图像记录、存储技术) ❖ 视见距离的延伸 (图像传输技术) ❖ 视见分辨力的提升(同时使用图像增强与视角放大，提升对比度)
视见光谱域的延伸——受到一定限制
d 0.61 nsin( )
小结
❖ 光电成像技术通过图像增强、变换、记录、存储、传输等技术 手 段，从视觉灵敏度上光谱响应范围上、时间上、空间上纷纷 拓展 了人眼视觉的局限，广泛应用于人类生活的各个领域。
光电成像原理
光电成像原理
光电成像原理是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的技术。
这种技术已
经广泛应用于摄影、医学影像、安全监控等领域，成为现代科技发展中不可或缺的一部分。
光电成像原理的基本原理是利用光电二极管或者光电传感器等器件，将光信号
转换为电信号。
当光线照射到光电二极管或者光电传感器上时，光子的能量会激发器件内部的电子，从而产生电流。
通过测量这些电流的大小和变化，就可以得到光信号的信息，从而实现光电成像。
在摄影领域，光电成像原理被应用于数码相机和摄像机中。
传感器接收到光信
号后，会将其转换为数字信号，再经过处理和存储，最终呈现为清晰的图像或视频。
这种技术不仅提高了图像的质量和分辨率，还使得摄影和摄像更加方便和便捷。
在医学影像领域，光电成像原理被应用于X光机、CT扫描仪和MRI等设备中。
这些设备能够通过光电成像原理获取人体内部的影像信息，帮助医生进行诊断和治疗。
光电成像技术的发展，使得医学影像诊断更加准确和可靠。
在安全监控领域，光电成像原理被应用于监控摄像头和红外夜视设备中。
这些
设备能够通过光电成像原理获取周围环境的图像信息，帮助监控人员进行安全监控和防范。
光电成像技术的应用，提高了安全监控的效率和精度。
总的来说，光电成像原理是一种非常重要的技术，它在各个领域都发挥着重要
的作用。
随着科技的不断发展，相信光电成像技术将会有更广阔的应用前景，为人类的生活和工作带来更多的便利和帮助。
光电成像原理
• 固体自扫描方式
• 固体自扫描方式的光电成像系统采用的是各种面阵固体摄像器件。 • 面阵摄像器件中的每个单元对应于景物空间的一个相应小区域， 整个面阵摄像器件对应于所观察的景物空间。 • 固体自扫描方式的特点是：面阵摄像器件对整个视场内的景物辐 射同时接收，而通过对阵列中各单元器件的信号顺像采样来实现对 景物图像的分解。
典型的红外光学系统
• 透射式红外光学系统
透射式红外光学系统也称折射式红外光学系统，它一般由及格 透镜组成。主要优点：无挡光，加工球面透镜较容易，通过光 学设计易消除各种像差。但光学系统光能损失较大，装配调整 比较困难。
• 反射式红外光学系统
由于红外辐射的波长较长，能透过它的材料很少，因 而大都采用反射式红外光学系统。 • 系统优点：对材料要求不太高、重量轻、成本低、 光能损失小、不存在色差等。 • 缺点：有中心挡光，有较大的轴外像差，难于满足 大视场大孔径成像的要求。
稳定的光学性能
红外光学系统的设计原则
• 选用的光学材料应对工作波段有良好的透过性能， 即保证有较高的光学透过率 • 光学元件在加工工艺允许的范围内，应保证接收口 径和相对孔径尽可能大，以保证红外系统能接更多的 能量有较高的灵敏度。 • 要求光学系统具有控制噪声和滤去大面积背景干扰 的性能。 • 为了增大红外系统的视场，往往在光学系统中，引 入物方扫描器和像方扫描器，以达到增大整个红外系统 的物方视场，增加探测能力。
球差
球差可以定义为焦距随孔径的偏移。在透镜中远轴光线要比近 轴光线折射得更厉害。
彗差
当透镜对一个轴外物点成像时，若在近轴像面上得到的不是一个 像点，而是彗星形的光斑，则称该透镜对给定物点成像有彗差。
像散
轴外物点成像时还出现另一种像差，这时通过透镜倾斜入射的光 束不能产生一个像点，而出现两条相隔一定距离并相互垂直的像 线。这种像差就称为斜光束的像散。形成竖直线的平面称为子午 平面，形成水平线的平面称为弧失平面
光电成像技术
二、光电成像系统的原理
转移型面阵CCD虽然有效光面积大， 转移速度快，转移效率高等特点，但电 路比较复杂，因此它的应用范围受到限 制。
二、光电成像系统的原理
面阵CMOS成像器，它可以做成彩色也可 以做成黑白，特点是：像素尺寸小，填充因子 大，光谱响应范围宽，量子效率高等等
总结
面阵CCD：有效光敏面积大，光度灵敏度高， 转移速度快，转移效率高等特点，但电路比较复杂
CMOS：与CCD相比在光度灵敏度上较差，但 在功能、功耗、尺寸和价格等方面要优于CCD
面阵CCD、CMOS图像传感器：用光敏单元进描方式：基于电子束摄像管的电子束按从左到右、从上 到下的扫描方式进行扫描
行扫描
场 扫 描
二、光电成像系统的原理
显像部分的原理
扫描：将被分割后的电气图像转换成一维时序信号
不同的图像传感器有各自的扫描方式，例如： 真空摄像管：采用电子束扫描方式输出一维时序信号
二、光电成像系统的原理
然后光首过把电先光视成，电频像光成信系电像号统器部传分件分给为把处显两景理像个物后部部所，分分反成，，射为经光或视过电发频处成射信理像的号后部光输就分信出把和号景显收物像集图部，像分经再现
二、光电成像系统的原理
光学成像部分的原理
二、光电成像系统的原理
上面展示的图片都有一个共同点
像素阵列是整个输出放大电路的核心部分
二、光电成像系统的原理
X当、光Y信向号移到位达寄像存敏器方是阵存时储，方方阵阵中会的产每生一电个信像号敏，单这元个在电X、信Y号方经向过 上放各大自器的，地输址送值 到。调整电路
二、光电成像系统的原理
光电成像原理的应用
光电成像原理的应用1. 光电成像原理简介光电成像是利用光电传感器将光信号转换为电信号的技术，它是现代图像采集和显示技术的基础。
光电成像的原理可以简单概括为光照射到物体上，物体反射或透过的光进入光电传感器，光电传感器将光信号转换为电信号并进行处理与传输。
光电成像原理的应用涉及到多个领域，下面将介绍光电成像在医学、安防、航空航天和军事等方面的具体应用。
2. 光电成像在医学中的应用•医学成像：光电成像技术在医学影像学中起到了重要的作用。
例如X 光成像、CT扫描和MRI等都使用了光电传感器来采集人体内部的结构和病变情况。
•光学显微镜：光电成像技术可以用于光学显微镜，通过将被观察的样本置于光源下，并使用光电传感器拍摄样本反射的光信号，从而实现对样本的放大观察和分析。
•内窥镜：光电成像技术可以应用于内窥镜，实现对人体内部器官的显像，便于医生进行病变的观察和诊断。
3. 光电成像在安防中的应用•摄像头：光电成像技术在安防监控领域中被广泛应用。
摄像头通过光电传感器和图像处理算法，实时监控并记录监控区域的画面，用于安防监控和犯罪侦查。
•红外成像：光电成像技术可以将红外辐射转换成电信号，并通过图像处理算法生成红外图像。
这种技术在黑夜或低能见度环境下，能够有效识别目标并用于安防监控。
•人脸识别：光电成像技术通过摄像头采集人脸图像，并使用图像处理算法进行人脸识别，应用于安防门禁系统和人脸支付等领域。
4. 光电成像在航空航天中的应用•空间观测：光电成像技术在航空航天领域中被广泛应用于空间观测。
通过光电传感器拍摄和记录太空中的天体图像和光谱信息，研究宇宙的起源、发展和结构。
•卫星遥感：光电成像技术在卫星遥感中起到了重要的作用。
卫星通过光电传感器采集地球表面的图像，并进行图像处理与解译，为农业、资源调查、环境监测等领域提供数据支持。
•导航系统：光电成像技术可以用于航空航天导航系统中的目标识别和跟踪，提供准确的导航和定位信息。
5. 光电成像在军事中的应用•热成像：光电成像技术可以将目标发出的红外辐射转换为电信号，并生成热红外图像。
现代光电成像技术及应用
现代光电成像技术及应用
现代光电成像技术是指利用光电器件，如光电传感器、图像传感器等，将物体反射、发射或传输的光信息转化为电信号，再经过信号处理和图像重建等步骤，实现对目标物体的成像和观测的技术。
随着科技的不断发展，光电成像技术得到了广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域：
1. 医学影像：光电成像技术在医学中有着广泛应用，如X射线、CT、磁共振成像等。
这些技术可以帮助医生诊断和治疗各种疾病，同时也具有非侵入性和无辐射的优点。
2. 安防监控：光电成像技术在安防领域有着广泛的应用。
例如，红外热像仪可以通过探测物体发出的红外辐射来实现在夜间的监控；摄像机可以实时捕捉视频图像，提供可靠的监控和录像功能。
3. 无人驾驶：光电成像技术在无人驾驶领域起着核心作用。
通过激光雷达、摄像机等传感器对道路、交通标志和其他车辆等进行实时感知和识别，以决定行驶路径和避免碰撞。
4. 航空航天：光电成像技术在航空航天领域具有重要的应用。
例如，遥感卫星使用光电传感器和相机，可以通过拍摄地球表面的图像来监测和研究地球的自然
环境、资源和气候等变化。
5. 工业检测：光电成像技术在工业领域有着广泛的应用。
例如，红外热像仪可以用于检测设备的温度异常，以及监测电路板的故障或热损坏；高速相机可以用于检测物体的形状、尺寸和表面缺陷等。
总之，现代光电成像技术已经成为各个领域中不可或缺的关键技术。
它不仅提供了丰富的图像信息，还对人类的生活和工作产生了巨大的影响。
随着科技的不断进步，光电成像技术的应用领域还会不断扩大，并为人类带来更加便利和高效的生活方式。
光电成像原理与技术
光电成像原理与技术
光电成像是一种利用光电效应原理进行图像获取与处理的技术。
光电效应是指当光照射到某些物质表面时，即使电子从原子中被激发出来，从而产生电荷。
根据光电效应的不同光谱响应，光电成像可以分为可见光成像、红外成像和紫外成像等。
可见光成像是最常见的一种光电成像技术。
它利用可见光在物体表面反射、折射或透射的特性，通过摄像机将光信号转化为电信号，最终得到可见光图像。
在可见光成像技术中，光源的选择、镜头的设计和图像传感器的性能至关重要。
常见的可见光成像设备包括普通照相机、摄像机以及显微镜等。
红外成像是一种利用物体发射、反射或透射红外辐射进行成像的技术。
根据物体表面的热辐射，红外成像可以获得不同温度分布的图像。
红外成像可以分为热成像和非热成像两种。
热成像通过测量物体表面的红外辐射温度，得到物体的表面温度分布图像。
非热成像则是通过测量物体在红外波段的透射、反射或散射特性，得到图像。
红外成像广泛应用于军事、医疗、建筑、环境监测等领域。
紫外成像是通过检测物体在紫外波段的发射、反射或透射特性进行成像的技术。
紫外光具有较短的波长和较高的能量，可以透过物体表面的可见光波长的杂质、沉积物等，获得更清晰的图像。
紫外成像技术在生物医学、环境监测、食品安全等领域有广泛应用。
总的来说，光电成像原理与技术是利用光电效应进行图像获取
与处理的一种技术方法。
通过选择不同的成像波段和检测方法，可以实现可见光、红外和紫外等多种光谱范围内的成像。
这些成像技术在卫星遥感、医学影像、工业检测等领域有着广泛的应用。
《光电成像原理与技术实验》
《光电成像原理与技术实验》光电成像是一种利用光电传感器对被测物体进行成像的技术，它在现代科学研究、医学影像、安防监控等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过构建一个简单的光电成像装置，让学生们了解光电成像的基本原理和技术。
实验所需材料：1.光电传感器2.宽频带光源3.实验台4.透镜5.测距尺6.直流电源7.调整器件实验步骤：1.将光电传感器固定在实验台上，并将其连接到直流电源，调整合适的电压和电流。
2.将宽频带光源固定在一定距离内的透镜前，调整透镜到合适的位置，以使光线聚焦到光电传感器上。
3.使用测距尺测量透镜和光源之间的距离，并记录下来，同时记录下透镜的焦距。
4.调整器件，使得光线可以聚焦到光电传感器上。
5.根据光电传感器捕获到的信号，进行成像分析。
实验原理：光电成像的原理基于光电效应，即光线照射到物体上时，会激发物体表面的电子从价带跃迁到导带中，形成电子空穴对。
光电传感器利用这种光电效应，将光线转化为电信号。
透镜的作用是将光线聚焦到光电传感器上，从而实现物体的成像。
透镜的焦距决定了光线的聚焦程度，影响到成像的清晰度和准确度。
实验注意事项：1.实验过程中需要小心操作，切勿触碰光电传感器和透镜，以免损坏。
2.使用适当的电压和电流，以保证光电传感器的正常工作。
3.调整器件时，要仔细观察光线落在传感器上的位置和亮度，以便进行准确的成像分析。
实验结果：经过实验，我们可以通过光电传感器捕获到物体的图像，并对其进行分析。
透镜的焦距决定了成像的清晰度和准确度，而光电传感器的灵敏度决定了成像的亮度和细节捕捉能力。
通过调整器件，我们可以使光线聚焦到传感器上，实现不同距离和角度的成像。
总结：光电成像原理与技术实验通过构建一个简单的光电成像装置，让学生们了解光电成像的基本原理和技术。
实验中，我们通过透镜将光线聚焦到光电传感器上，实现了物体的成像，通过分析光电传感器捕获到的信号，得到了物体的图像。
这个实验可以帮助学生们更好地理解光电成像的原理和应用，并培养他们的实验操作和数据分析能力。
光电成像技术考点及解析
基本术语：光电成像技术（P2）：采用各类光电成像器件完成成像过程的技术可以统称为光电成像技术。
像管（P8）：直视型光电成像器件基本结构包括有：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。
这种成像器件通常简称为像管。
变像管（P8）：接受非可见辐射图像的直视型光电成像器件统称为变像管。
像增强器（P8）：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件统称为像增强器。
摄像器（P8）：电视型光电成像器件用于电视摄像和热成像系统中，只完成摄像功能，不直接输出图像的器件，也称为非直视型光电成像器件或者摄像器件。
明适应、暗适应、:P31-32 凝视、凝视中心:P48的倒数第二段人眼的绝对视觉阈：P32.2 人眼的阈值对比度：P33.3 人眼的光谱灵敏度：光谱光视效率P34.4 人眼的分辨力：P34.5 图像的信噪比：P42的2-27 瞥见时间：P48的倒数第二段瞥见孔径：P49的顺数第二行辐射度量、辐射功率、辐度强度、辐亮度、辐照度、辐射出射度:P54 光度量、光能、光能密度、光通量：都在P58表3-3 光出射度：符号M、Mv，意义：光源单位面积向半球空间发射的光通量；定义式：,单位：; 照度：符号，意义：照射到表面一点处单位面积的光通量；定义式：，单位：lx；发光照度：符号：，意义：在给定方向上，单位立体角内的光通量；定义式：，单位：cd; 光亮度：，意义：表面一点处的面元，在给定方向上发光强度除以该面元在垂直于给定，单位：；方向上的投影面积；定义式：坎德拉：光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540*10∧12Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/163W/sr.cd(P58) 1流明lm(P58):光通量的单位，点光源在某一方向的发光强度为1cd时，在该方向单位立体角内传出的光通量。
(P58) 1勒克司lx：1lm的光通量均匀分布在1平方米的面积所产生的照度称为1lx。
第6章-光电成像系统
半导体 S
图6.3 CCD的结构简图
目前，前两种用得较多，我们这里主要分析
CCD一种。
§6.2 固体摄像器件分类及性能
CCD图像传感器的优势
CCD图像传感器的诞生和发展使人们进入了更为 广泛应用图像传感器的新时代。
具有固体器件所有 优点；自扫描输出 方式消除了电子束 扫描造成的图像光 电转换的非线性失 真，体积、重量、 功耗和制造成本是 电子束摄像管无法 达到的。
§6.2 固体摄像器件分类及性能
固体摄像器件的功能： 光学图像
转换
电信号
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。其视频信号能再现入射的光辐射图像。
§6.2 固体摄像器件分类及性能
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）
6.2.1 电荷耦合摄像器件
(3) 输出部分：将电荷信号转换为电压或电流信 号
输出栅（OG/ Output diaode） 输出二极管 （OD / Output Grid）
6.2.1 电荷耦合摄像器件
输入栅
输 入 二 极管
栅 极
输出栅
输出二极管 金属 M 氧化物 O
P- Si / N – Si
§6.1 光电成像概述
三、光电成像系统基本组成的框图
光源 光 信 号 传输介质 背 景 噪 声 光 信 号 光学系统 (信号分析器) 背 景 噪 声 光 信 号 光电摄像器件 (信号变换器) 噪 声 信 号 显示器 噪 声 信 号 人眼
光电成像系统讲解
同电子束摄像管相比，优点：
① 全固体化、体积小、重量轻、工作电压和功耗都 很低，耐冲击性好、可靠性高、寿命长； ②基本不保留残像（电子束摄像管有15%-20%的残 像），无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰； ③红外敏感性。 SSPD 光谱响应范围： 0.25-1.1um； CCD可做成红外敏感型；CID：2-5um； ④像元的几何尺寸精度高（优于1um)，因而可用于 非接触式精密尺寸测量系统； ⑤视频信号与微机接口容易。
使彩色摄像机的发展产生了一个飞跃。 1976年，灵敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。 1970 年，美国贝尔实验室发表电荷耦合器件（ CCD ） 原理，从此光电成像器件的发展进入了一个新的阶 段——CCD固体摄像器件的发展阶段。
2、光电成像系统要研究的问题
光电成像涉及到一系列复杂的信号传递过程。有四个方面 的问题需要研究：
0、光电成像概述
1、光电成像Байду номын сангаас件的发展
近年来，利用光电成像器件构成图像传感器进
行光学图像处理与图像测量已成为现代光学仪器、
现代测控技术的重要发展方向。它广泛应用于遥感、
遥测技术、图形图像测量技术和监控工程等，成为 现代科学技术的重要组成部分。
什么叫成像？图像是由空间变化的光强信息所组成， 图像传感器或探测器必须能感受空间不同位置的光强 变化，这个过程叫成像。
一、固体摄像器件
固体摄像器件，又称固体像探测器。 （solid state imaging sensor,SSIS） 主要功能：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。其视频信号能再现入射 的光辐射图像。 主要分类： • 电荷耦合器件，CCD,噪声低； • 自扫描光电二极管阵列，SSPD ,灵敏度和响应度好； • 电荷耦合光电二极管阵列， CCPD,兼具二者优点； • 电荷注入器件（Charge Injection Device，CID）
光电成像原理与技术
光电成像原理与技术光电成像技术是一种利用光学和电子技术相结合的技术，通过将光学图像转换为电子信号，再经过处理和显示，实现对目标的观测和识别。
光电成像技术在军事、航天、医学、安防等领域有着广泛的应用，是现代科技发展中不可或缺的重要技术之一。
首先，光电成像技术的原理是基于光学成像和电子信号转换的基础上。
在光学成像中，光线通过透镜或反射镜成像在感光元件上，形成光学图像。
然后，感光元件将光学图像转换为电子信号，经过放大、处理和解调，最终形成可见的图像或视频。
光电成像技术的核心在于光学成像和电子信号转换的高效配合，确保图像的清晰和准确。
其次，光电成像技术的发展经历了从传统光学成像到数字化、智能化的演变过程。
传统光学成像技术主要依靠透镜和反射镜对光学图像进行成像，而数字化光电成像技术则引入了CCD和CMOS等感光元件，将光学图像转换为数字信号。
随着计算机和人工智能技术的发展，智能化光电成像技术逐渐成为发展的趋势，通过图像识别、目标跟踪等功能，实现对图像信息的智能处理和分析。
再次，光电成像技术在军事领域有着重要的应用。
军事光电成像技术主要包括红外成像、夜视成像和激光雷达成像等，能够实现在夜间、恶劣天气条件下对目标的观测和识别。
此外，光电成像技术还广泛应用于导航、火控、情报侦察等领域，为军事作战提供了重要的技术支持。
最后，随着科技的不断进步，光电成像技术也在医学、航天、安防等领域得到了广泛的应用。
在医学领域，光电成像技术被应用于医学影像诊断、内窥镜检查等方面，为医生提供了重要的辅助工具。
在航天领域，光电成像技术被应用于卫星遥感、空间探测等任务中，为人类探索宇宙提供了重要的技术手段。
在安防领域，光电成像技术被应用于监控、防盗等方面，提高了社会治安和公共安全水平。
综上所述，光电成像技术作为光学和电子技术相结合的重要技术，具有广泛的应用前景和发展空间。
随着科技的不断进步，光电成像技术将在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
光电成像技术的发展及应用
光电成像技术的发展及应用一、引言当今社会，随着计算机、通信、互联网等技术的快速发展，人们对于信息处理和传输的要求越来越高。
光电成像技术作为一种与计算机和通信技术相结合的新型技术，具有越来越重要的地位。
本文将重点介绍光电成像技术的发展及其应用。
二、光电成像技术的概念光电成像技术是指利用光电传感器将光信号转化为电信号，并通过数字信号处理、图像处理等电子技术手段将其表示为图像的过程。
早在20世纪50年代初期，光电传感技术就已经得到了广泛的应用。
如今，它已经渗透到了许多领域，包括医学图像、安全监控、虚拟现实、机器人等领域。
三、光电成像技术的发展1. 光电传感技术的初期应用光电传感器是光电成像技术的重要组成部分之一。
早在20世纪50年代初期，美国海军实验室就开始研究可见光、红外线和超声波等信号在海洋中的传输特性。
为了解决这个问题，他们研制出了第一台光电传感器。
随着这项技术的发展，人们开始将其应用于军事、航空航天、地球物理勘探等领域。
2. 光电传感器的进一步改进在90年代初期，随着CMOS技术的发展，光电传感器有了大幅度的改进。
它们的功耗更低、体积更小、响应时间更短，同时还具备了更好的抗干扰性能。
这些改进使得光电传感器可以应用于更广泛的领域，如医学、工业等。
3. 光电成像技术的数字化近年来，随着数字图像处理技术的发展，光电成像技术进一步得到了发展。
数字化的光电成像技术明显提高了原始数据的处理和传输效率，使成像质量得到了很大提升。
在这一过程中，数字处理器、光电传感器和高速网络的应用起到了重要的作用。
四、光电成像技术的应用1. 医疗领域光电成像技术在医疗领域的应用非常广泛。
例如，医学实验室使用光电成像技术分析细胞和分子的结构和功能，这可以帮助医生诊断疾病。
光电成像技术还可以拍摄肿瘤和血管的影像，提高医生的诊断准确率。
另外，它还可以用于神经科学和神经疾病的研究。
2. 安全监控光电成像技术在安全监控领域的应用越来越广泛。
光电成像原理与技术第一节
欢迎来到光电成像原理与技术的第一讲。在这个系列中，我们将探讨光电成 像的定义和作用，基本原理和技术分类，应用领域，未来趋势以及挑战。让 我们开始吧！
光电成像的定义和作用
1 定义
2 作用
光电成像是利用光电探测器接收物体反射 或发射的光线，并将其转换为电信号，形 成图像的技术。
如超分辨、宽视角、3D成像等。
到成像光线不足、光照不均等问题。
总结和回顾
知识点
我们学习了光电成像的基本原理、技术分类、应 用领域、发展趋势、挑战和未来展望。
重要性
光电成像作为一种先进的检测技术，已广泛应用 在医学、安防、军事等领域，对提高生命健康和 保障社会安全起到了重要作用。
安防监控
摄像头、人脸识别系统、车辆识别系统、智 能物流等。
电视广播
数字电视、高清电视、超高清电视等。
光电成像的发展趋势
分辨率更高
高像素、高清晰度。
感知更全面
多频段、全波段、多通道。
处理更快速
大数据、深度学习、云计算。
光电成像技术的挑战和未来展望
1
展望
2
未来发展趋势是信息化、自动化、智 能化方向。也不断探索新的成像技术，
光电成像技术可以实现照相、电视、夜视、 红外成像、医学诊断、卫星拍照等众多领 域。
光电成像的基本原理
图像采集
光被透过光圈并打在成像器件上，就能产生电 信号。不同成像器件对光线的敏感程度不同。
图像处理
经过采集成像设备采集的图像，会被传输给图 像处理器进行图像去噪、压缩、锐化、增强等 处理。
图像输出
图像处理之后，输出到显示设备，如液晶显示 器，以便观察和分析，或者用于其他应用。
光电成像原理第1次课课件
光电成像原理——绪论 绪论 光电成像原理
基于有机发光二极管（OLED） 基于有机发光二极管（OLED）的 信息显示技术具有全固态、 信息显示技术具有全固态、主动 发光、亮度高、对比度高、 发光、亮度高、对比度高、视角 响应速度快、厚度薄、 宽、响应速度快、厚度薄、低电 压直流驱动、能耗低、 压直流驱动、能耗低、工作温度 范围宽、 范围宽、抗震性能优异和可实现 软屏显示等特点；基于OLED OLED的白 软屏显示等特点；基于OLED的白 光照明属于节能、 光照明属于节能、环保的绿色面 光源， 光源，在给人类带来新视觉效果 的同时，还将具有重大社会意义。 的同时，还将具有重大社会意义。 无论从给人们生活带来便利的角 还是从高性能、节能、 度，还是从高性能、节能、环保 和潜在的低成本等诸多优点来看， 和潜在的低成本等诸多优点来看， OLED都是下一代信息显示和照明 OLED都是下一代信息显示和照明 光源技术的最理想选择。 光源技术的最理想选择。
光电成像原理——绪论 绪论 光电成像原理
（三）红外 （2）工业生产 电力、地下管道、消防、医疗、救灾、工业检测。 电力、地下管道、消防、医疗、救灾、工业检测。 （3）红外遥感 寻找水源、监视森林火灾、 寻找水源、监视森林火灾、估测大面积农作物的长 势和收成，天气预报、预报风暴、寒潮和沙尘暴， 势和收成，天气预报、预报风暴、寒潮和沙尘暴， 预报地震等。 预报地震等。 （4）军用 夜视
二、光电成像的有效波谱区
1.长波限制： 1.长波限制： 长波限制
理想光学系统的分辨率：理想光学系统所能分辨的最小间隔。 理想光学系统的分辨率：理想光学系统所能分辨的最小间隔。 是根据检验结果评定系统质量的标准。 是根据检验结果评定系统质量的标准。
0.61λ d= n′ sin θ ′
光电成像原理
§2 光电成像原理一、光电成像系统的基本结构1. 光机扫描方式串联扫描 并联扫描 串并联混合扫描2. 电子束扫描方式3. 固体自扫描方式上述的分类方法不是绝对的，有的光电成像系统是不同扫描方式的结合。
从目前情况看，光机扫描及固体自扫描方式的光电成像系统占主导地位。
二、光电成像系统的基本技术参数1. 光学系统的通光口径D 和焦距f /2. 瞬时视场角α、β3. 观察视场角W H 、W V4. 帧时T f 和帧速∙F5. 扫描效率ηf fovT T =η6. 滞留时间d τ对光机扫描系统而言，物空间一点扫过单元探测器所经历的时间称为滞留时间d τ，探测器在观察视场中对应的分辨单元数为：αβVH W W n =由d τ的定义，有:∙==F W W n T V H f d αβηητ光电成像系统的综合性能参数是在以上各基本技术参数的基础上作进一步的综合分析得出的。
§3 红外成像光学系统红外成像光学系统应满足以下几方面的基本要求：物像共轭位置、成像放大率、一定的成像范围，以及在像平面上有一定的光能量和反映物体细节的能力（即分辨率）。
一、理想光学系统模型牛顿公式：f f x x //=，///f x x f y y -=-==β 高斯公式：//111f l l=-，l l /=β 二、光学系统中的光阑1. 孔径光阑2. 视场光阑3. 渐晕光阑4. 消杂光光阑三、红外成像光学系统的主要参数1. 焦距f ′决定光学系统的轴向尺寸，f ′越大，所成的像越大，光学系统一般也越大。
2. 相对孔径D/f ′相对孔径定义为光学系统的入瞳直径D 与焦距f ′之比，相对孔径的倒数叫F 数，D f F /=数。
相对孔径决定红外成像光学系统的衍射分辨率及像面上的辐照度。
衍射分辨率:///22.183.3fD D f λλπσ=⋅= 像面中心处的辐照度计算公式为：22//2/sin n n U L K E ⋅⋅=π 3. 视场四、光学系统的像差光学系统近轴区具有理想光学系统的性质，光学系统近轴区的成像被认为是理想像。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
5.目标搜索的约翰逊准则把探测水平分为几个等级？各是怎么定义的？答：分为四个等级分别为：[1]探测（发现）：在视场中发现一个目标[2]定向：可大致区分目标是否对称及方位[3]识别：可将目标分类[4]辨别：可区分出目标型号及其他特征6.人眼的凝视时间和瞥见时间答：搜索时，人眼注视一点后迅速地移到另一点进行注视，这一过程称为扫视，固定的注视称为凝视，被凝视的点称为凝视中心，凝视时间称瞥见时间。
根据实验，通常人眼大约以每秒三点间断地移动，瞥见时间约为1/3s。
第三章：1.波长为0.7μm的1W辐射能量约为多少光子/秒?答：2.通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段？如：红外，可见光波长是什么？答：3.试述辐射度量与光度量的联系和区别。
答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。
辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。
光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。
4.根据物体的辐射发射率可将物体分为哪几种类型？答：通常,依发射率与波长的关系,将地物分为三种类型。
[1]黑体或绝对黑体,其发射率ε=1,即黑体发射率对所有波长都是一个常数,并且等于1.[2]灰体,其发射率ε=常数＜1（因吸收率α＜1）。
即灰体的发射率始终小于1,ε不随波长变化[3]选择性辐射体,其发射率随波长而变化,而且ε＜1（因吸收率α也随波长而变化并且α＜1）。
9.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。
答：[1]普朗克辐射定律：普朗克定律描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体辐射理论的基础[2]斯蒂芬一玻尔兹曼定律：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[3]维恩位移定律：单色辐射出射度最大值对应的波长m l[4]斯蒂芬-玻尔兹曼定律:表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关12.星的等级是如何定义的？8等星的照度为多少？答:[1]（1）星的亮度用星等衡量，以在地球大气层外所接收的星光辐射产生的照度来衡得。
（2）规定星等相差五等照度比为100倍，即相邻两等星得照度比为2.512倍。
（3）规定零等星的照度为2.65X10-4lx，比零等星亮的星等为负。
[2]8等星的吧照度为-----------------------------------13.黑体是什么，维恩位移公式，黑体辐射的计算答：[1]黑体模型的原理如下：取工程材料（它的吸收率必然小于黑体的吸收率）制造一个球壳形的空腔，使空腔壁面保持均匀的温度，并在空腔上开一个小孔。
射入小孔的辐射在空腔内要经过多次的吸收和反射，而每经历一次吸收，辐射能就按照内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为所投入的辐射完全在空腔内部被吸收。
[2]简化的普朗克公式：�光辐射的计算：---------------（1）求出在T温度下的峰值波长（2）由要求的波段选择相应的波长（3）查黑体表，确定辐射出射度（4）反复（2）步骤，求出所有波长的辐射出射度（5）绘制T温度下的黑体光谱辐射曲线�波段辐射的计算（1）求出峰值波长（2）求出2个Z（X）函数（3）利用公式求出在某个波段的辐射出射度第四章：1.简述下述名词：[1]气溶胶粒子:大气中悬浮着的半径小于几十微米的固体和及液体粒子。
[2]绝对湿度:单位体积空气中所含水蒸汽的质量,叫做空气的“绝对湿度”。
[3]相对湿度:空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值,叫做空气的“相对湿度”。
[4]波盖尔定律:辐射通过介质的消光作用与入射辐射能量、衰减介质密度和所经过的路径成正比[5]大气窗口:大气窗口是指太阳辐射通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光辐射波段范围。
[6]大气传递函数:反映大气消光使目标与背景的对比度下降的程度。
右式中,K为地平天空亮度与背景亮度之比。
所以Tc是K和透过率τ的函数,与目标亮度无关。
2.辐射在大气中传输主要有哪些光学现象？试简述其产生的物理原因？答：主要有吸收和散射。
产生原因：大气中吸收太阳辐射的主要成分是氧气、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等，对长波辐射的主要吸收成分是水汽、二氧化碳和臭氧。
不同气体对不同波段辐射的吸收作用也不同。
这种性质称为大气对辐射能的选择吸收。
散射作用的强弱取决于入射电磁波的波长及散射质点的性质和大小。
当散射粒子的尺度远小于波长时，称为分子散射或瑞利散射，散射系数与波长的四次方成反比，主要是空气分子的散射。
当粒子尺度可与波长相比拟时,称为米氏散射,散射系数是波长和粒子半径的一个复杂函数。
第五章：1.像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论对应的核心器件是什么？答：1）将接受的微弱或不可见的输入辐射图像转换成电子图像2）使电子图像获得能量或数量增强,并聚焦成像3）将增强的电子图像转换为可见的光学图像核心器件为：1）光阴极2）电子光学系统3）荧光屏2.像管是怎样分代的？各代的技术改进特点是什么？答：1）零代微光像增强器技术2）一代级联式像增强器技术3）采用微通道板(MCP)的二代像增强器4）采用III-V族光电阴极（负电子亲和势光阴极）的三代像增强器技术；在三代像增强器的基础上，通过改进MCP 技术,相继出现了5)超二代像增强器技术6)超三代像增强器技术7）第四代像增强器技术3.负电子亲和势光阴极的特点是什么？其较正电子亲和势光阴极有哪些特点？答：它的光电灵敏度目前可高达3000μA/1m以上，因此三代像增强器具有高增益、低噪声的优点。
而且负电子亲和势是热化电子发射，光电子的初动能较低，能量又比较集中,所以，三代像增强器又具有较高的图像分辨力4试从静电场的高斯轨迹方程出发讨论其理想成像性质。
--------->答：理论基础：麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场5.静电透镜的最本质特征是什么？答：静电透镜是一种静电装置，它能产生特殊分布的静电场，并使通过其间的电子束聚焦或成像。