光电成像原理与技术实验62页PPT
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。
光电成像原理与技术实验
实验所记录的测量数据，在实验结束后，由 各实验的辅导老师签字后，方可离开实验室；
实验报告上交时，应由以下几个部分：
➢ 预习报告（教师签字） ➢ 实验数据（辅导老师签字） ➢ 数据处理与实验结论 ➢ 思考题
光电成像原理与技术实验
3. 通过目镜观察荧光屏，读出测试板上r在荧 光屏上对应的r2值。
M
r
r2 r1
光电成像原理与技术实验
需要注意的问题
测试时，应从测试板中心开始测试，分别测 试左右两侧，以消除误差。
思考题
像管阴极面上所成像的尺寸计算方法是什么？ 为什么要在测试板与光源间使用毛玻璃？
光电成像原理与技术实验
光电成像器件极限分辨力 测试实验
测试台的构成、测试步骤、 分辨力查表、计算方法
思考题
光源的亮度对分辨力测试有无影响？为什么？ 像管的中心分辨力和边缘分辨力差异大不大？
为什么？ 影响像管分辨力的因素都有哪些？
光电成像原理与技术实验
直视微光成像系统极限分辨角 测试实验
光电成像原理与技术实验
视距估算
设目标的临界尺寸（最小高度或宽度）为H， 目标到系统距离为l，则目标对系统的张角a0 为
光电成像原理与技术实验
实验原理
将三原色单色图像合成为一幅图像，该幅图像为真 彩色图像。若对一色、二色或三色单色图像进行对 比度、白电平等参数的调整，结果会使合成的彩色 图像的颜色、饱和度、色度等色品参数发生变化， 即彩色图像被处理。通过彩色图像的处理能提高原 图像的质量。
光电成像原理与技术实验
实验内容
思考题
像增强器亮度增益受那些因素的影响？ 为什么光源的色温要定为2856K，如何保证？ 为什么要减去无光照时的荧光屏输出亮度？
光电成像系统课件
光电成像系统的小型化与集成化
总结词
光电成像系统的小型化与集成化是当前 的重要趋势，它们能够提高系统的便携 性和集成度，满足各种应用需求。
VS
详细描述
随着微电子技术和微纳加工工艺的不断发 展，光电成像系统的小型化与集成化已经 成为现实。通过将多个光电探测器、信号 处理电路和存储器等集成在一个芯片上， 可以实现小型化和集成化的光电成像系统 。这种系统具有更高的便携性和集成度， 可以广泛应用于医疗、安防、通信等领域 。
CHAPTER
05
光电成像系统的发展趋势与挑 战
新型光电材料与器件的研发
总结词
新型光电材料与器件的研发是光电成像系统发展的关键，它们能够提高系统的性能和效 率，为未来的光电成像系统提供更多可能性。
详细描述
随着科技的不断发展，新型光电材料与器件的研发已经成为光电成像系统的重要发展趋 势。这些新型材料和器件能够提高光电成像系统的响应速度、灵敏度和稳定性，从而提 升成像质量。例如，近年来发展迅速的钙钛矿材料和二维材料，在光电转换和光电器件
CHAPTER
06
光电成像系统的实际应用案例
医疗诊断中的光电成像系统
总结词
光电成像系统在医疗诊断中发挥着重要作 用，能够提供高分辨率、高对比度的图像
，帮助医生准确诊断病情。
内窥镜系统
通过将内窥镜与光电成像系统相结合，医 生可以在不开刀的情况下观察患者体内情
况，提高诊断的准确性和安全性。
光学显微镜
科研领域中的光电成像系统
总结词
光电成像系统在科研领域中 具有广泛的应用，能够提供 高精度、高灵敏度的图像， 促进科学研究的深入发展。
光电成像原理与技术人眼的视觉特性与图像探测学习PPT教案
上午12时21分
9
上10午12时21分
第二章 人眼的视觉特性与图像探测
(e) 人眼的分辨力
眼睛的分辨力（视力）：人眼极限分辨角θ的倒数称 为人眼的分辨力，θ是人眼能区分亮发光点的最小角 距离。
影响眼睛分辨力的因素：内因：与眼睛的构造有关； 外因：决定于目标的亮度与对比度；人眼会随外界条 件(背景亮度、对比度)的不同自动进行适应，从而有 不同的极限分辨角。表2-3。照度变化对分辨力也有 很大影响，不同照度下其分辨角也不一样。
上午12时21分
6
上7 午12时21分
第二章 人眼的视觉特性与图像探测
(b) 人眼的绝对视觉阈 所谓人眼的绝对视觉阈，是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(用照 度表示，单位lx)，在10-9数量级。
在一定背景亮度Lb的条件下(10-9~1cd/m2)，人 眼能观察到的最小照度Emin约
人眼的主要组成部分：①由角膜、虹膜、晶状体、睫 状体和玻璃体组成的光学系统；②构成人眼视觉关键 部分的视网膜—敏感和信号处理部分，带有盲点和黄 斑；③信号传输和显示系统的视神经和大脑。
复杂多层网格结构的视网膜：与玻璃体相接触的 部分，是神经细胞层，神经的末端是神经细胞(细胞 元)。
光线经光学系统进入视网膜，视网膜中的感光细 胞吸收光并发生化学分解作用引起视觉刺激，视觉刺 激以电信号形式传输至大脑产生视觉。
第二章 人眼的视觉特性与图像探测
§2.3 二、 约翰逊准则（探测水平）
约翰逊准则：用等效条带图案的可分辨力来预测、 评价目标的探测和识别，并且各探测水平所需的条带 周期数有确定值。表2-6.
等效条带图案：一组黑白间隔相等的条带状图案， 其总高度为基本上能被识别的目标临界尺寸，条带长 度为垂直于临界尺寸方向的横跨目标尺寸。
第5章 光电成像系统PPT课件
• 一个电荷量为Qo的电荷包，经过n次转移后 的输出电荷量应为：
Qn Qo n
• 总效率为： Qn / Qo n
2 不均匀度(非均匀性)
• 光敏元的不均匀 • CCD的不均匀
• 本节讨论光敏元的不均匀性，认为CCD是近 似均匀的，即每次转移的效率是一样的。
• 光敏元响应的不均匀是工艺过程及材料不均 匀性引起的，大规模器件的均匀性问题严重
3 CMOS与CCD器件的比较
• CCD摄像器件
• 灵敏度高、噪声低、像素面积小 • 难与驱动电路及信号处理电路单片集成，
需要使用相对高的工作电压，制造成本比 较高
• CMOS摄像器件
• 集成能力强、体积小、工作电压单一、功 耗低、动态范围宽、抗辐射和制造成本低
• 需进一步提高器件的信噪比和灵敏度
• 紧密排列在半导体绝缘表面上的电容器可 用来存储和转移电荷，按适当的次序对这 些电极加上脉冲，它们就会产生携带一包 一包少数载流子的运动势阱
• 他们首先提出的一种器件结构是采用相同的 电极和三相时钟系统，为隔离各个电荷包， 最少需要三相时钟
• 电荷耦合器件（CCD）特点——以电荷作
为信号
• CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移
• 在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信 号电压（电流）
5 光谱响应
• CCD的光谱响应是指等能量相对光谱响应， 最大响应值归一化为100%所对应的波长，
称峰值波长，通常将10%（或更低）的响
应点所对应的波长称截止波长。有长波端 的截止波长与短波端的截止波长，两截止 波长之间所包括的波长范围称光谱响应范 围。
固体摄像器件主要有三大类：
• 电荷耦合器件（Charge Coupled Device， 即CCD）
《光电技术实验》课件
利用光纤传输光信号，实现对温度、压力、振动等物理量的测量，具 有测量范围广、精度高、抗电磁干扰等优点。
THANKS
感谢观看
总结词
高效节能、环保健康
LED照明
利用光电技术将电能转化为光能，具有高效、节能、环保、长寿命 等优点，广泛应用于室内外照明。
智能照明
结合光电技术和物联网技术，实现照明的智能化控制，如调光、定 时、远程控制等，提高照明质量和节能效果。
光电技术在太阳能发电领域的应用
总结词
01
绿色能源、可持续发展
光伏发电
灯具外壳
根据实际需要选择合适的灯具外壳， 如圆形、方形等。
电源适配器
提供合适的电压和电流，使LED照明 灯具正常工作。
实验步骤
1. 准备实验设备
2. 组装LED灯具
将所需的LED灯珠、驱动电路板、灯具外壳 和电源适配器准备好。
将LED灯珠焊接到驱动电路板上，然后将驱 动电路板固定到灯具外壳中。
3. 连接电源适配器
实验原理
光电效应
光子与物质相互作用， 使物质吸收光子能量并
产生电效应。
光电探测器
利用光电效应将光信号 转换为电信号的器件。
光源
发出一定波长的光的器 件，用于产生实验所需
的光信号。
光电信号测量
利用电子测量仪器测量 光电探测器输出的电信
号。
实验步骤
搭建实验装置
根据实验要求搭建光电探测器 和光源的实验装置。
优势。
02
2. 稳定性测试
检查LED灯珠是否有闪烁现象，以 及在长时间工作后是否出现亮度
下降或颜色变化等问题。
04
4. 可靠性评估
对LED照明灯具进行寿命测试，评 估其在长时间使用过程中的可靠
7第七章：讲义光电成像技术
变相管 紫外变像管
X射线变像管
串联式像增强管
像增强管 级联式像增强管
微通道板式像增强管
▪
负电子亲和势阴极摄像管
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3、光电成像器件的基本特征
一、光谱响应 二、线性 三、空间分辨率
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4 光电成像原理
系统由光学像系统、光电变换系统、图像分割、 同步扫描和控制系统、视频信号处理系统、荧光 屏显示系统等构成。
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光电导型真空摄像管
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二、光电发射型摄像管
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电荷耦合器件
Charge-Coupled Devices 1970年由贝尔实验 室首先研制出来。
特点：体积小、重量轻、灵敏度高、寿命长、功 耗低、动态范围大。
主要应用领域：摄像、信号处理、存储、测量
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四、像管成像物理过程：（三个环 节）
微弱的光或不可见的输入辐射图像转换 成电子图像（光阴极完成）
电子图像获得能量或数量增强，并聚焦 成像（电子光学系统）
将增强的电子图像转换成可见光的图像 （荧光屏）
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1．辐射图像的光电转换：
利用外光电效应。光敏面采用光 电发射型材料。发射的电子流分布正 比于人射的辐射通量分布。由此完成 辐射图像转换为电子图像的过程。
方位测量、遥感遥测、图像制导、图像识别
传真、扫描仪、自动精密测量
高分辨率、高可靠性、高准确度。
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P沟道型CCD原理
金属-氧化物-半导体结 构（MOS)在外加电场 作用下，半导体中空穴 被推离界面，形成表面 势井；
《光电成像》PPT课件
❖ 电子束的偏转：电子束能够扫描到靶上任何 一处，充分阅读每一个像素信息。
❖ 电子束垂直上靶：当电子束上靶与靶面上积 累的正电荷中和后才能使其转变成视频信号 输出， 那么电子束能否上靶，不仅与电子 的速度大小有关，而且与其速度的方向有关。 由靶网和调制电极附近的校正线圈来完成。
❖ 利用扫描电子束，解决了多像元的连线和顺 序接通问题。扫描电子束的焦斑即是像元的 大小15~25 m。
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2. 从原理角度对摄像管的基本要求: ① 要能将图像按空间位置顺序划分成像素， 并作光电转换；
② 像素元素要多，尺寸要小（ m）；
③ 信息的转换和传输速度要快； ④ 要有高灵敏度和宽的动态范围； ⑤ 可靠、方便。
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❖ 摄像管的基本功能：
光电变换 光电信息存储(以电荷的形式存储而呈现电位差） 信号阅读部分——扫描输出
❖ 成像器件讲究像质。 ❖ 光阴极面积一般较大，是一种宽电子束聚焦的电
子光学系统，所以象散和场曲比较严重，特别在 光阴极是平面的情况，通常要求光电阴极是球面。 ❖ 光阴极是球面，而一般输入的光学图像是平面。
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光电阴极 A
P D
荧光屏
E
F 象散
Q 清晰 B C 象散
场曲
❖ 利用光学纤维面板可以使像散和场曲减到最小。
16
❖ 将光电阴极及荧光屏连同光纤面板一起制成 球面型，使聚焦面与荧光屏重合，从而改善 了像质。荧光屏上的像借助于平凹形的光纤 平板展开成平面像。
聚焦 极
光纤面 光电阴 阳 荧光
板
极 极屏
光纤面 板
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❖ 3、紫外变像管 ❖ 紫外变像管的窗口材料为石英玻璃，光电发
射材料为Sb-Cs阴极。它可以使波长大于 200nm的紫外光变成光电子。紫外变象管与 光学显微镜结合起来，可用于医学和生物学 等方面的研究。
光电成像系统下优秀PPT
由成像区(像敏区)、 暂存区和水平读出寄 存器等三部分构成。
1
2
33
场正程期间： 场逆程期间：
场正程期间，成像区收集电荷，当 光积分时间到后，进入场逆程，信 号转到暂存区。暂存区与水平区按 行周期工作，一行一行的向下平移， 直至输出整场图像信号。
驱动频率的下限
在信号电荷的转移过程中，注入电荷从一个电极转移到另一
个电极所用时间须小于光生载流子的平均寿命τi，对于三相来讲，
周期为T
t1
T 3
1 3f
i
f 1
3 i
载流子的平均寿命τi与器
件的工作温度有关， 工作温
度越高，平均寿命越短，驱
动频率的下限越高。
驱动频率的上限
驱动频率升高时，信号电荷转移跟不上驱动脉冲的变化，
（1）电极是金属，容易蔽光，即使是换成多晶硅， 由于多层结构电极系统对入射光吸收、反射和干涉 比较严重，因此光强损失大，量子效率低。 （2）电荷包转移期间，光积分在继续进行，使输出 信号产生拖影。
2
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1.电荷存储
N型CCD
耗尽
区的
深度 与UG 成正 比。
在栅极G施加电压UG 之前p型半导体中空穴 的分布是均匀的。
2
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表面态效应：在半导体的表面，由于存在自身缺陷、吸附物质、 氧化物或与电解液中的物质发生作用等原因，表面电子之量子状 态会形成分立的能级或很窄的能带，称为表面态。它可以俘获或
释 初放始载电流荷子Q，（或0形）成取复大合中值心称，“使胖半零导体电带荷有”表，面显电荷然，“影胖响零其” 电 （性fa能t z。er当o电）荷工包作转模移式时，下空，的电表荷面转态从移沟效道率中高获。得电胖子零，电如荷它 能 属很于快暗的电将流电，子发且射不出能来通，过跟随降原低电器荷件包的转移温，度就来不减会小影响的转。移
光电成像原理与技术
光电成像原理与技术电荷耦合器件1CCD简介CCD (charge-coupled device)，一种用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。
是用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。
英文简称CCD 。
电荷耦合器件由美国贝尔实验室的W.S.博伊尔和G.E.史密斯于1969年发明，它由一组规则排列的金属-氧化物-半导体（MOS）电容器阵列和输入、输出电路组成。
2CCD发展初期的CCD存储和转移信号电荷的势阱都位于硅-二氧化硅界面处,即所谓表面沟道CCD。
1972年D.康首先设想了多数载流子CCD 形式,在此基础上人们研制出体沟道CCD和“蠕动”型CCD的新结构,有效地改善了CCD的性能。
1973年美国仙童公司制成CCD摄像传感器，CCD遂从实验室进入工业生产的实用阶段。
CCD的雏形是在N型或P型硅衬底上生长一层二氧化硅薄层，再在二氧化硅层上淀积并光刻腐蚀出金属电极，这些规则排列的金属-氧化物-半导体电容器阵列和适当的输入、输出电路就构成基本的CCD移位寄存器。
对金属栅电极施加时钟脉冲，在对应栅电极下的半导体内就形成可储存少数载流子的势阱。
可用光注入或电注入的方法将信号电荷输入势阱。
然后周期性地改变时钟脉冲的相位和幅度，势阱深度则随时间相应地变化，从而使注入的信号电荷在半导体内作定向传输。
CCD 输出是通过反相偏置PN结收集电荷，然后放大、复位，以离散信号输出。
电荷转移效率是CCD最重要的性能参数之一，用每次转移时被转移的电荷量和总电荷量的百分比表示。
转移效率限制了CCD的最大转移级数。
体沟道CCD的电荷转移机理和表面沟道CCD略有不同。
体沟道CCD又称为埋沟CCD。
所谓体沟道即用来存储和转移信号电荷的沟道是在离开半导体表面有一定距离的体内形成。
《光电成像原理与技术实验》
《光电成像原理与技术实验》课程代码：课程名称：光电成像原理与技术实验学分：1.5 学时：24先修课程：《光电成像原理与技术》一、目的与任务本课程是一门广泛涉及光电成像原理、光电成像器件与系统、光电成像信息处理技术的综合性实验课程，为电子科学与技术（光电子方向）专业本科必修课。
也可供其它专业本科生、研究生选修。
本课程从电子科学与技术专业指导性教学计划的基本要求出发，通过对学生在实验方法和实验技能两方面的训练，使学生加深对所学课程——“光电成像原理与技术”教学内容的理解并能融会贯通，了解本学科的最新发展动态和技术前沿。
通过本实验使学生掌握光电成像器件主要特性的测试原理、测试方法；成像系统性能测试技术；红外热成像系统性能测试技术；了解显微成像实验技术、立体成像和医疗影像系统的原理与技术。
二、教学内容及学时分配本课程主要包括以下实验：1.光电阴极灵敏度测试实验（3学时）2.亮度增益测试实验（3学时）3.等效背景照度测试实验（3学时）4.放大率和畸变的测试实验（3学时）5.极限分辨力的测试实验（3学时）6.成像器件传递函数性能测试实验（3学时）7.直视型微光成像系统性能测试实验（3学时）8.红外热成像测温技术实验（3学时）三、考核与成绩评定1.课程成绩由平时考核成绩和实验报告成绩2部分组成；2.平时考核成绩：完成实验预习报告、出勤情况与实验动手能力为平时考核成绩内容，平时考核成绩占课程成绩的20%；3.实验报告成绩：实验报告成绩占课程成绩的80%。
四、大纲说明1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。
2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。
3. 本大纲适合光电类相关专业。
五、教材、参考书教材：[1] 王仲春, 刘榴娣, 钟堰利. 光电信息实验技术[M]. 北京：兵器工业出版社，1999.参考书：[1] 白廷柱, 金伟其. 光电成像原理与技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2006.编写教师：王霞责任教授签字：教学院长签字：《The Experiments of Optoelectronic Imaging Theory and Technology》Course Code:Course Name: The Experiments of Optoelectronic Imaging Theory and TechnologyClass Hour: 24Credit: 1.5Course DescriptionThe objective of this course is to familiarize students with the experiment method and skill of analyzing an imaging device or system. Students will be able to use the knowledge studied in the course, Principle and Technology of Photoelectric Imaging, design the testing scheme of a given imaging device or system.The main topics of this course are the testing principle and method of the characteristics of the optoelectronic device, low-light-level imaging system and infrared imaging system. If time permits, I will give a brief introduction to microscope imaging and stereoscopic imaging measurement technology. Testing methods of the characteristics of an imaging device or system are very important, not only for the designer, but also for the consumer. One of the goals of the course is to train the students to apply these techniques to analyze imaging problems.。
光电成像原理PPT
(z) ——轴上电位分布
已知轴上电位分布，可唯一地完全决定空间电位分布。
二、近轴区电场对电子的作用力：
近轴情况： V (z, r) (z) 1 (z)r2
4
场强分量：
Er
V r
1 (z)r
2
Ez
V z
(z)
电场对电子在两个方向上的作用力：
电子运动的近轴（高斯）轨迹方程：
r 1 r 1 r 0
性质
24
1. 若轴上电位分布 (z) 已知，就可求得整个近轴空间的轨迹。
2. 不含荷质比，由零电位的同一点发出的电子，不 论其质量与电量如何，在近轴场内轨迹相同。
高斯光学：研究高斯轨迹理想成像规律的理论。
高斯光学理想成像性质:
2. 轴外点的理想聚焦成像：
r(z0 ) 0
r(zi ) r(z0 )r1(zi ) r(z0 )r2 (zi ) r(z0 )r1(zi ) Ar1(zi ) 常数
由物平面上轴外同一物点 P0 发出的电子， 不论其初始斜率如何，都会聚在同一点 Pi
r
P0
A r(z0 ) r1(z0 )
(
z0
)
1,
r2 (z0 ) 0,
r1(z0 ) 0离对称轴单位距离的平行入射的电子轨迹 r2(z0 ) 1轴上发出与轴成 45o角入射的电子轨迹
A r(z0 ), B r (z0 )
电子近轴轨迹的表达式:
r r(z0 )r1(z) r(z0 )r2(z)
r r(z0 )r1(z) r(z0 )r2(z)
(z) 0 : Fr 0 径向力方向背离对称轴，电子受到发散作用。
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光电成像原理与技术实验
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
ห้องสมุดไป่ตู้
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭