光电成像系统

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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。

第19讲光电成像系统

QFD VA C
1.7
QFD：信号电荷包的大小 C : 是与FD区有关的总电容，包括输出管T的输入电容和分布电容, C很小。
浮臵栅CCD放大输出信号的特点：
• • • 信号电压是在浮臵电平基础上的负电压；每个电荷包的输出占有一定的时间长度T0；在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。
1 2
蒸发方向
采用离子注入技术，在电极下面不对称位臵注入势垒区，可达到定向转移电荷，防止电荷倒流的目的。 • 与三相结构相比，优点是简化电路，同时钟频率下，信号电荷转移一次所需时间较短。 • 不足之处是单元所容纳电荷量较小，有效势阱深度较小。
表面沟道器件的特点：
工艺简单，动态范围大，但信号电荷的转移受表面态的影响，转移速度和转移效率低，工作频率一般在10MHz以下。解决方法，采用“胖零（fat zero）”工作模式（背景电荷填充表面态）。
1、电荷耦合器件的基本原理
（1） CCD的基本结构包括：转移电极结构、转移沟道结构、信号输入结构、信号输出结构、信号检测结构。构成CCD的基本单元是MOS电容。
在P型或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚度约为100～ 150nm的SiO2绝缘层，再在SiO2表面按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极，在衬底和电极间加上一个偏臵电压（栅极电压），即形成了一个MOS电容器（如图所示）
（4）电荷检测（输出）电荷输出结构有多种形式，如电流输出结构、浮臵栅输出结构、浮臵扩散输出结构等。
OG：输出栅; FD：浮臵扩散区 ; R:复位栅 ; RD:复位漏; T:输出场效应管。
浮臵栅是指在P型硅衬底表面用V族杂质扩散形成小块的 n+区域，当扩散区不被偏臵，其处于浮臵状态。

机载光电成像系统技术研究

机载光电成像系统技术研究机载光电成像系统是一种以机载设备为载体，利用光学和电子技术对地面目标进行高精度成像和测量的技术系统。

该技术是军事、民用等领域进行侦察、监测、测绘、战术指挥等方面不可缺少的技术手段之一。

本文将从成像机理、系统组成、发展历程等方面分析机载光电成像系统的技术。

一、成像机理机载光电成像系统以光学技术为基础，利用材料的反射、折射、透过等性质，捕获目标的光线信息，通过成像平面转换为电信号，最终显示出总体的成像效果。

成像机理包括光学传递、光电转换、图像处理等过程。

光学传递是机载光电成像系统中的重要环节，通过光学组件将光线沿着预期的传输路径传递到成像平面。

光学组件包括镜头、稳像器等，能够有效拍摄到清晰的目标图像。

光电转换是光学图像转化为电子信号的过程，通过感光材料、变换器等将光学信号转化为电子信号，并存储或传输到计算机进行后续处理和分析。

图像处理是将成像信号处理为最终的图像结果，通过数学分析、滤波技术、图像增强等手段对信号进行处理，得到更加清晰、准确的目标图像。

二、系统组成机载光电成像系统的组成包括光学部分、电子部分、稳像部分等，下面主要分别介绍各部分的作用和特点。

光学部分是机载光电成像系统中起到抓取目标光线信息的部分，主要包括镜头、偏振片、滤波器等。

其中镜头是关键组件，直接影响成像效果，常用的镜头有定焦镜、变焦镜等。

电子部分主要用来将捕获的光线信息转化为电信号，常用的电子部件包括感光器件、A/D转换器、SDRAM等，完成光电转换和信号存储等功能。

其中，CCD和CMOS成像器件是机载光电成像系统中经常用到的两种感光器件，两种器件对成像质量和实时性能都有较好的表现。

稳像部分是机载光电成像系统中确保成像平稳稳定的重要部分，通常采用陀螺仪或电控陀螺等技术，能够有效消除机载振动、气流流动等因素对成像质量的影响。

三、发展历程机载光电成像系统技术的发展可追溯到上世纪70年代初期，当时诞生了以U-2飞机和KH-4型卫星镜头为代表的高空大范围监听系统。

光电成像原理与技术第八章电视型光电成像系统与特性分析

13
光电成像原理
§8.1 电视系统的组成与工作原理
复合同步信号：复合同步信号：接收端接收到全电视信号，先设法将复合同步信号分离，接收端接收到全电视信号，先设法将复合同步信号分离，然后将行同步、场同步信号分离。然后将行同步、场同步信号分离。由于行同步、场同步的脉冲宽度相差很大（由于行同步、场同步的脉冲宽度相差很大（约45倍），倍所以可以用简单的微分电路和积分电路将它们分开。所以可以用简单的微分电路和积分电路将它们分开。另外，另外，为了使场同步期间不会失去行同步脉冲而造成每场行同步混乱，可在场同步开槽开槽的上升沿（槽后沿）开槽；场行同步混乱，可在场同步开槽；开槽的上升沿（槽后沿）正好处在原来应该在此出现同步脉冲上升沿（前沿）的位置。正好处在原来应该在此出现同步脉冲上升沿（前沿）的位置。开槽方式：在奇数场的场同步脉冲上开2个开槽方式：在奇数场的场同步脉冲上开个、在偶数场的场同步脉冲上开3个宽度均为4.7µs的槽，槽的后沿应在原的槽，的场同步脉冲上开个宽度均为的槽行同步脉冲上升沿的位置。采用微分电路，行同步脉冲上升沿的位置。采用微分电路，在场同步开槽的后沿(上升沿位置处就获得了相应的行同步尖脉冲。上升沿)位置处就获得了相应的行同步尖脉冲后沿上升沿位置处就获得了相应的行同步尖脉冲。
图像信号的传输原理：图像信号的传输原理：发送端：发送端：需要传送的光学图像作用于一个由许多独立的光电元件组成的光电板上，独立的光电元件组成的光电板上，形成与光学图像亮度分布一一对应的电子图像；度分布一一对应的电子图像；接收端：具有相同数目的发光元件组成发光板，接收端：具有相同数目的发光元件组成发光板，当传送通道由开关S1依次接通A、B、C时，S2开关当传送通道由开关依次接通、、时也依次接通；像素1、、也依次接通；像素、2、 3传送到接收端并显示传送到接收端并显示在发光板上；在发光板上；再依次传送后续像素到接收端并显示在相应位置上。并显示在相应位置上。

即采用光注入CCD

12
（3）、电荷转移
CCD的转移电极相数有二相、三相、四相等。对于单层金属化电极结构，为了保证电荷的定向转移，至少需要三相。这里以三相表面沟道CCD为例。表面沟道器件，即 SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件。
13
表面沟道器件的特点：
工艺简单，动态范围大，但信号
浮置栅CCD放大输出信号的特点是：信号
电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷
包的输出占有一定的时间长度T；在输出信号
中叠加有复位期间的高电平脉冲。
对CCD的输出信号进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。
20
2、电荷耦合摄像器件的工作原理
CCD的电荷存储、转移的概念 + 半导体的光电性质——CCD摄像器件
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。
CCD工作过程——信号电荷的产
生、存储、传输和检测的过程。
9ห้องสมุดไป่ตู้
1、电荷耦合器件的基本原理（1）、 CCD的基本结构包括：转移电
极结构、转移沟道结构、信号输入结构、信号输出结构、信号检测结构。构成
CCD的基本单元是MOS电容。
电荷的转移受表面态的影响，转移速度和转移效率底，工作频率一般在
10MHz以下。
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体内沟道（或埋沟道CCD）：
BCCD（Bulk or Buried Channel CCD）— —用离子注入方法改变转移沟道的结构，从而
使势能极小值脱离界面而进入衬底内部，形成
体内的转移沟道，避免了表面态的影响，使得
光电子技术学课件之十五：

光电成像系统复习

光电成像系统基础理论第一章：1. 人眼视觉性能的局限性；(1) 灵敏度的限制：光线很差时人的视觉能力很差；(2) 分辨力的限制：没有足够的视角和对比度就难以辨识；(3) 时间上的限制：变化过去的影像无法存留在视觉上；(4) 空间上的限制：离开的空间人眼将无法观察；(5) 光谱上的限制：人眼局限于电磁波的可见光区；因此，眼睛的直观视觉只能有条件地提供图像信息，为了突破人眼的限制催生了光电成像技术这门学科。

扩展视见光谱范围、视见灵敏度和时空限制。

2. 光电成像系统的分类以及各自的工作方式；(1)直视型光电成像系统工作方式：①通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像；②由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增；③经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。

(2)电视型光电成像系统工作方式：①接收二维的光学图像或热图像，②利用光敏面的光电效应或热电效应将其转换为二维电荷图像并进行适当时间的存储，③然后通过电子束扫描或电荷耦合转移等方式,输出一维时间的视频信号。

3. 变像管与像增强器的异同。

变像管：接受非可见辐射图像的直视型光电成像器件：红外变像管、紫外变像管和X射线变像管等。

共同特点：入射图像的光谱和出射图像的光谱完全不同，输出图像的光谱是可见光。

像增强器：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件：级联式像增强器、带微通道板的像增强器、负电子亲和势光阴极的像增强器等。

共同特点：输入的光学图像极其微弱，经器件内电子图像的能量增强和数量倍增后通过荧光屏输出可见光学图像。

第二章：1. 绝对视觉阈、阈值对比度、光谱灵敏度；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。

人眼的阈值对比度阈值对比度是指在一定背景下把目标鉴别出来所必须的目标在背景中的衬度(对比度C)。

C的倒数成为反衬灵敏度。

光电项目知识点总结

光电项目知识点总结光电项目是指利用光电子技术，应用在各个领域中，如通信、能源、医疗、军事等。

光电领域的发展日新月异，新的技术不断涌现，因此对于从事光电项目的工程师和技术人员来说，了解光电项目的知识点显得十分重要。

本文将就光电项目的相关知识点进行总结，包括基础知识、光电器件、光电系统、光电材料、光电成像、光电测量、光电通信等方面，全面系统地介绍光电项目的知识点。

一、基础知识在进行光电项目的相关工作之前，需要了解一些基础知识。

这些基础知识包括光学基础知识、电子学基础知识、材料科学基础知识等。

只有掌握了这些基础知识，才能更好地理解和应用光电项目的技术。

1. 光学基础知识光学是研究光的传播、反射、折射、散射、干涉、衍射以及光和物质相互作用的一门学科。

光学的基础知识包括光的波动理论、光的几何光学、光的偏振、光的干涉和衍射等。

光学原理对于光电项目至关重要，因为很多光电器件和系统都是基于光学原理设计和制造的。

2. 电子学基础知识电子学是研究电子器件、电路和系统的学科。

在光电项目中，无论是光电器件还是光电系统，都离不开电子学的基础知识。

电子学的基础知识包括电子器件的工作原理、电路的设计与分析、电子系统的调试与维护等。

3. 材料科学基础知识材料科学是研究材料的结构、性能、制备和应用的学科。

在光电项目中，材料的选择和应用至关重要。

材料科学的基础知识包括材料的结构与性能、材料的制备与加工、材料的分析与测试等。

二、光电器件光电器件是将光能转化为电能或者将电能转化为光能的器件。

光电器件是光电项目中的核心部件，其种类繁多，包括光电二极管、光电晶体管、光电变换器等。

下面将介绍一些常见的光电器件。

1. 光电二极管光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。

光电二极管的工作原理是利用光照射在PN结上产生光生载流子，从而改变PN结的导电特性，最终产生电信号。

光电二极管在光电通信、光电测量等领域有着广泛的应用。

2. 光电晶体管光电晶体管是一种能够将光信号放大的器件。

光电成像系统的设计与性能分析

光电成像系统的设计与性能分析第一章：引言光电成像系统是现代科技领域中的一个重要研究方向。

它是一种将光学和电子技术相结合的系统，能够将光信号转化为电信号，从而实现图像的获取和处理。

光电成像系统的设计与性能分析对于图像的质量和应用领域的探索具有重要意义。

本文将对光电成像系统的设计原则和性能分析进行详细探讨。

第二章：光电成像系统的设计原则2.1 光电成像系统的基本元素光电成像系统主要由光学部分和电子部分组成。

光学部分包括光源、物体、透镜和光敏元件等，电子部分包括模拟电路和数字电路等。

为了保证光电成像系统的性能，必须合理选择和设计这些元素。

2.2 光电转换效率光电转换效率是评估光电成像系统性能的重要指标之一。

在设计过程中，需要选择合适的光敏元件，并优化光学系统，以提高光电转换效率。

此外，还可以通过选择高质量的透镜材料和增加透镜的直径，来提高光电转换效率。

2.3 噪声源分析与抑制噪声源是光电成像系统中的一个重要问题。

设计者需要对系统中的各个环节进行噪声源分析，并采取相应的抑制措施。

例如，可以使用低噪声的光敏元件和对噪声进行滤波处理，来降低噪声对图像质量的影响。

第三章：光电成像系统的性能分析3.1 分辨率分辨率是衡量光电成像系统性能的重要指标之一。

通过设计合适的光学系统和选择高性能的光敏元件，可以提高图像的分辨率。

同时，还可以采用图像处理技术对获得的图像进行后处理，来进一步提高分辨率。

3.2 灵敏度灵敏度是光电成像系统的另一个重要性能指标。

它反映了系统对光信号的响应能力。

在设计过程中，可以通过选择高灵敏度的光敏元件和增加光源的亮度，来提高系统的灵敏度。

3.3 動態範圍动态范围是指光电成像系统能够接受的光强范围。

在设计过程中，需要选择合适的光电元件和电路，以扩展光电成像系统的动态范围。

3.4 信噪比信噪比是光电成像系统的一个关键性能指标。

它可以通过信号处理和噪声抑制策略来提高。

在设计过程中，需要合理选择信号处理算法和噪声抑制技术，以最大程度地提高信噪比。

光电成像技术

由于排列方式不同，面阵CCD常有帧转移方式、隔列转移方式、线转移方式和全转移方式
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

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
• 衍射分辨率
3.83 f / 1.22
D
D/ f /
• 像面中心处的辐照度
E/
KL sin 2
U/
n/2
n2
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
• 实际光学系统所成的像和近轴区所成的像的差异即为像差。
• 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变 • 色差：轴向色差、倍率色差
• 视场光阑
安置在物平面或者像平面上限制成像范围的光阑，称为视场光阑，它是决定物平面上或物空间中成像范围的光阑，即是限制视场范围大小的光阑。
• 渐晕光阑
在光线系统中，除孔径光阑在物空间所成的像外，还会有其他不少光阑在物空间成像，这样就会使本来可以通过入瞳的轴外物点的光束被遮掉一部分，使轴外点的成像光束小于轴上点的成像光束，从而使像面边缘的辐照度有所下降。这种由轴外点发出充满入瞳的光束中部分光线被其他光阑所遮拦的现象，称为轴外点光束的渐晕。
d
Tf
n
WH WV
•
F
§3 红外成像光学系统
普通的风景照，颜色跟我们肉眼所见没什么区别
红外摄影图片，在红外摄影图片中红外线才是其可见光。其中

光电成像技术第六章直视型光电成像系统与

曼金折反射镜。
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1 夜视成像物镜
包沃斯-卡塞格伦系统
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1 夜视成像物镜
·包沃斯-卡塞格伦系统：
由于包沃斯系统的焦点在球面反射镜和校正透镜中间，接收器造成中心挡光，为此开展成包沃斯-卡塞格伦系统系统把校正透镜的中心局部镀上铝或银等反射层作次镜用，将焦点引到主反射镜之外。
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6.2.2 主动红外成像的照明系统
2.
红外滤光片是一种光学滤波器，主要滤除光源辐射中的可见光成分。对红外滤光片的根本要求是：在红外波段光能损失应尽可能地小，而对其他波段的辐射应尽量全部吸收或反射；光谱透射比与光阴极光谱灵敏度曲线红外局部相匹配；热稳定性好，防潮性和机械性能好，耐光源工作时
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1 夜视成像物镜
· 格里高里系统：
由抛物面主镜和椭球次镜组成。次镜位于主镜焦距之外，椭球面的一个焦点和抛物面主镜焦点重合，另一个焦点为整个系统的焦点。系统对无穷远轴上的点没有像差。
人们研究改进反射系统，把反射镜的
主镜和次镜都采用球面镜，而用参加
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施密特校正板工作原理 (a) 施密特校正板；(b) 改进的施密特校正板
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6.2.2 主动红外成像的照明系统
3.
(1)
白炽灯(包括普通、充气和卤钨白炽灯)是根
据热辐射原理制成，用电流加热灯丝使之到达
白炽而发光。白炽灯工作在白热状态，要求灯
丝材料有高熔点和低蒸发率。灯丝形状影响光
(单位为lm/W)。充气白炽灯比
真空白炽灯有更高的工作温度和发光效率，但
也只有10～20 lm/W，在～的近红外辐射光谱

光电成像器件

反光镜将原稿的信息反射到镜头上，由镜头将扫描信息传送到CCD感光器件，最后由CCD将照射到的光信号转换为电信号。
扫描精度即是指扫描仪的光学分辨率，主要是由镜头的质量和CCD的数量决定。由于受制造工艺的限制，目前普通扫描头的最高分辨率为20000像素
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扫描仪对图像画面进行扫描时，线性CCD将扫描图像分割成线状，每条线的宽度大约为10 μm。光源将光线照射到待扫描的图像原稿上，产生反射光(反射稿所产生的)或透射光(透射稿所产生的)，然后经反光镜组反射到线性CCD中。CCD图像传感器根据反射光线强弱的不同转换成不同大小的电荷或电流，经A／D转换处理，将电信号转换成数字信号，即产生一行图像数据。同时，机械传动机构在控制电路的控制下，步进电机旋转带动驱动皮带，从而驱动光学系统和CCD扫描装置在传动导轨上与待扫原稿做相对平行移动，将待扫图像原稿一条线一条线的扫入，最终完成全部原稿图像的扫描。如下图所示。
多数平板式扫描仪使用光电耦合器(CCD)为光电转换元件，它在图像扫描设备中最具代表性。
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扫描仪的简单工作过程就是利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟／数字转换器转化为数字信号传输到计算机中。无论何种类型的扫描仪，它们的工作过程都是将光信号转变为电信号。所以，光电转换是它们的核心工作原理。
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CCD器件为什么必须在动态下工作？其驱动脉冲频率的上下限受哪些条件限制。二相驱动CCD，像元数N＝1024，若要求最后位仍有50％的电荷输出，求电荷转移损失率。有5mm工件，要求用线阵CCD测量，分辨率优于5u，信号处理可对CCD单元进行4细分，推出用投影法测量时对CCD的参数要求。若CCD单元间隔为15u，用什么方法可进行测量，对系统参数有什么要求？

光电成像系统下

CCD ICCD EMCCD 按原理
按光谱
可见光红外、X光和紫外可见光CCD又可分为黑白CCD、
彩色CCD和微光CCD
SCCD SCCD Surface Channel
CCD表面沟道器件
按信号传输功能
BCCD Bulk or Buried Channel
CCD体沟道或埋沟道器件
Linear 线性 Interline扫瞄、
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 1 3 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，将
例如：全帧转移CCD：填充因子100%
行间转移CCD: 填充因子20％
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25
6 线阵CCD摄像器件的两种基本形式
单沟道线阵CCD
双沟道线阵CCD
转移次数多效率低、调制只适用转移次数少一半;它的总转移
于像素单元较少的成像器件;
效率大大提高;
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线型CCD工作过程
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5 CCD的特性参数
① 电荷转移效率η和电荷转移损失率ε
留下来的电荷
电荷转移效率为:
Q (0)Q (t)1Q (t)
Q (0)
Q (0)
原电荷
电荷转移损失率为: Q(t)
Q(0)
选择大胖零电荷减小ε

12光电子技术十四：光电成像系统-课件

10
（2）、电荷存储
以衬底为P型硅构成的MOS电容为为例。
当在金属电极加上一个正阶梯电压时, 在Si-SiO2界面处的电势发生变化, 附近的P型硅中的多数载流子-空穴被排斥, 形成耗尽层。如果栅极电压超过MOS晶体管的开启电压, 则在Si-SiO2界面处形成深度尽状态, 电子在那里势能较低-形成了一个势阱。如有信号电子, 将聚集在表面, 实现电荷的存储。此时耗尽层变薄。势阱的深浅决定存储电荷能力的大小。
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（4）、光信号的注入
CCD的电荷注入方式有电信号注入和光信号注入两种, 在光纤系统中, CCD接收的信号是由光纤传来的光信号, 即采用光注入CCD。
当光照到CCD时, 在栅极附近的耗尽区吸收光子产生电子-空穴对, 在栅极电压的作用下, 多数载流子（空穴）流入衬底, 少数载流子（电子）被收集在势阱中, 存储起来。这样能量高于半导体禁带的光子, 可以用来建立正比于光强的存储电荷。
按光谱可分为可见光CCD.红外CCD.X光 CCD和紫外CCD
可见光CCD又可分为黑白CCD.彩色CCD和微光CCD
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（1）线阵CCD 线阵CCD可分为双沟道传输与单沟道传输
两种结构。下图(a)为单沟道, (b)为双沟道。
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二、电荷耦合摄像器件的特性参数
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浮置栅是指在P型硅衬底表面用V族杂质扩散形成小块的n+区域, 当扩散区不被偏置, 其处于浮置状态。
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电荷包的输出过程: VOG为一定值的正电压，在OG电极下形成耗尽层，使Φ3与FD之间建立导电沟道。在Φ3高电位期间，电荷包存储在Φ3电极下面。随复位栅R加正复位脉冲 ΦR ，使FD 区与RD区沟通。因V RD为正十几伏的直流偏置电压，则FD区的电荷被RD区抽走。复位正脉冲过去后， FD 区与RD区呈夹断状态， FD 区具有一定的浮置。之后Φ3 转变为低电位， Φ3电极下面的电荷包通过 OG下的沟道转移到FD 区。

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第六章直视型光电成像系统与特性分析

第六章直视型光电成像系统与特性分析
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光电成像原理
§6直视型光电成像系统与特性分析
直视型光电成像器件也称作像管，直视型光电成像器件也称作像管，器件本像管身具有图像转换、图像增强及显示功能。身具有图像转换、图像增强及显示功能。随着技术的发展，器件朝着小型化、集成随着技术的发展，器件朝着小型化、化方向发展，化方向发展，直视型光电成像器件与电视型光电成像器件的区别逐步淡化，甚至难以区别，电成像器件的区别逐步淡化，甚至难以区别，本章主要讲授直视型夜视光电成像系统主要讲授直视型夜视光电成像系统。本章主要讲授直视型夜视光电成像系统。
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光电成像原理
§6.2 夜视光电成像系统的主要部件和特性
b. 小的渐晕斜光束照射时，渐晕导致像面（光阴极）斜光束照射时，渐晕导致像面（光阴极）边缘相对于中心的照度会下降，光阴极上照度的不均匀将造成荧于中心的照度会下降，光阴极上照度的不均匀将造成荧光屏上图像亮度不均匀，边缘的像质变坏，光屏上图像亮度不均匀，边缘的像质变坏，尤其是低信噪比的夜视微光系统。噪比的夜视微光系统。 c. 宽光谱范围的色差校正不同种类的成像系统在不同的光谱范围进行校正色。（微光微光：差。（微光：0.4~0.9；主动：0.65~1.2；热成像：；主动：；热成像： 1.5~14）） d. 物镜在低频情况下具有好的调制传递特性微光成像系统是低通滤波器。微光成像系统是低通滤波器。由绪论部分的知识可知：复合成像系统的调制传递函数为各环节调制传递函数的乘积。数的乘积。下午6时58分下午时分
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光电成像系统的多光谱成像技术

光电成像系统的多光谱成像技术嘿，咱们今天来聊聊光电成像系统里特别酷的多光谱成像技术！你知道吗，这多光谱成像技术就像是给世界装上了好多双不同的“眼睛”，能让我们看到平时看不到的东西。

先来讲讲这多光谱成像技术到底是啥。

简单说，它就是通过不同波长的光来给物体拍照，就像我们用不同颜色的笔来画画一样。

每种波长的光都能反映出物体的不同特征，这样一组合，就得到了超级详细、超级丰富的图像信息。

比如说，在农业方面，这技术可厉害了！有一次我去参观一个现代化的农场，那里的工作人员就用多光谱成像技术来监测农作物的生长情况。

他们拿着一个看起来很专业的设备，对着一大片麦田扫了一遍。

我好奇地凑过去看，发现屏幕上显示的图像可不是我们平常看到的绿油油的麦田，而是各种颜色的斑块。

工作人员告诉我，不同的颜色代表着农作物不同的生长状态，比如缺水、缺肥或者有病虫害。

这样一来，他们就能精准地给需要帮助的农作物提供照顾，大大提高了产量和质量。

在医学领域，多光谱成像技术也有大用处。

医生可以用它来更清楚地看到人体内部的情况，就像给身体来了一次超级清晰的“透视”。

有个真实的例子，一位患者身上长了个奇怪的肿块，普通的检查方法没办法确定它的性质。

后来医生用多光谱成像技术一照，立马发现了一些细微的差别，从而准确地判断出了病情，及时进行了治疗。

还有在地质勘探中，这技术也是个得力的小助手。

想象一下，地质学家们在野外拿着多光谱成像设备，对着大山、石头一顿扫描。

通过分析得到的图像，他们就能知道哪里有矿产资源，哪里的地质结构不稳定，就像拥有了一双能看穿大地的“眼睛”。

再来说说多光谱成像技术在环境监测方面的应用。

它可以监测大气中的污染物，比如雾霾中的微小颗粒，让我们更清楚地了解空气质量。

总之，光电成像系统的多光谱成像技术就像是一个神奇的魔法，让我们能够更深入、更全面地了解这个世界。

它在农业、医学、地质、环境等各个领域都发挥着重要的作用，给我们的生活带来了很多的便利和惊喜。

光电成像系统的多模态应用与挑战

光电成像系统的多模态应用与挑战哎呀，说起光电成像系统，这可真是个让人又爱又头疼的东西！咱们先来讲讲它在生活中的多模态应用吧。

就说咱们日常用的手机拍照功能，那就是光电成像系统的功劳。

现在的手机拍照，可不只是简单地按下快门，咔嚓一下就完事儿了。

它能自动对焦，根据光线调整亮度、对比度，还能识别各种场景，比如拍风景的时候，颜色就特别鲜艳、清晰；拍人物的时候，还能把皮肤拍得光滑细腻。

这背后，都是光电成像系统在默默工作呢。

我记得有一次，我和家人出去旅游。

到了一个特别美的海边，蓝天白云，碧海金沙。

我拿出手机，想把这美景记录下来。

结果一开始拍出来的效果不太好，天空过亮，海水的颜色也不那么蓝。

我就琢磨着，这手机不是有各种拍照模式嘛，我就切换到了风景模式。

哇塞，这一下子就不一样了！天空的蓝色变得深邃，云朵的层次清晰可见，海水的波浪都好像有了生命。

这就是光电成像系统的厉害之处，能根据不同的场景和需求，调整成像效果，让我们留下美好的回忆。

还有啊，在医疗领域，光电成像系统也是大显身手。

比如说做胃镜的时候，那个细细的管子伸进去，头上的摄像头能把胃里的情况清晰地传出来，让医生看到有没有病变。

这可帮了大忙了，以前没有这么先进的技术，很多病都发现不了，现在有了光电成像系统，一些小毛病都能早早地被揪出来。

再来说说工业上的应用。

在汽车生产厂里，那些机器人的眼睛，其实就是光电成像系统。

它们能准确地识别零件的位置、形状和尺寸，然后进行精准的组装。

这可比人工快多了，而且还不容易出错。

不过，光电成像系统也不是完美无缺的，它也面临着一些挑战。

比如说，在光线特别暗的环境下，成像效果就会大打折扣。

我就有过这样的经历，有一回晚上出去散步，看到一只特别可爱的小猫，我想拍下来，结果拍出来黑乎乎一片，啥也看不清，就只能遗憾地放弃了。

这就是因为光电成像系统对光线的依赖比较大，如果光线不好，就很难拍出清晰的照片。

还有一个问题就是分辨率。

虽然现在的技术已经很先进了，但是在一些对精度要求特别高的领域，比如卫星遥感、天文观测，现有的分辨率还是不够。

光电成像系统

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光电成像原理与技术 第八章 电视型光电成像系统与特性分析

即采用光注入CCD

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12光电子技术十四：光电成像系统-课件

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