辐射源及其特性 光电成像课件
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现代光电成像技术概论 第2章 辐射源、目标及大气特性
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黑体辐射基本定律
普朗克假设E=nhv n=0,1,2… h=6.63*10-34 得到 与实际曲线吻合结果。
March, 2014
Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang
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黑体辐射基本定律
波尔兹曼方程：
维恩位移定律
March, 2014
激光/微光选通夜视系统 激光扫描大屏幕 激光刻蚀机、激光打印机和激光视盘
March, 2014
Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang
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激光/微光选通夜视系统
通过大电流驱动与控制，发射出人们肉眼看不到 的红外光线去照亮被拍摄的目标物体。但由于激 光的光束细、亮度高，因此必须要根据所监视的 远距离目标的距离和范围，通过光学扩束准直镜 头将红外光束扩束照亮到所监视范围的目标场景 。红外线经物体反射后进入摄像机的长焦距镜头 到光敏面上成像。这时我们所看到的是由红外线 反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像 ，即此时由超低照度摄像机可拍摄到黑暗环境下 肉眼看不到的影像。这种影像，再通过传输系统 送到监控中心去记录与显示。
（1）E1泵浦到E3、E4 （2）E3，E4容易衰变到E2 （3）自发发射的光子触发E2到E1的 受激发射，激光波长694.3 nm （4）脉冲激光（每闪几次）
March, 2014
Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang
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激光的产生过程与特点
March, 2014
Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang
幻灯-第二节电磁辐射源PPT课件
（1）自然辐射源
自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射。 太阳辐射是可见光及近红外遥感的主要辐射源，地 球是远红外遥感的主要辐射源。
.
2
2.1、电磁辐射源
1. 自然辐射源
➢ 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围 极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太 阳辐射的吸收、反射和散射。
WT4
地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物 微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这 种特征构成了红外遥感的理论基础。
.
20
2.5 基尔霍夫定律
给定温度下，任何地物的辐射通量密度W与吸收 率α之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通 量密度。
(,T)M (,T)M b(,T)
发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发 射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不 发射该波长的电磁波。
激光雷达使用脉冲激光器它可精确测定卫星的位置高度速度等也可测量地形绘制地图记录海面波浪情况还可利用物体的散射性及荧光吸收等性能监测污染和勘查资源
2 电磁波辐射源
2.1 电磁辐射源
2.2 黑体辐射
2.3 黑体辐射定律
2.4一般辐射体和发射率
2.5 基尔霍夫定律
.
1
2.1 电磁辐射源
自然界中一切物体在发射电磁波的同时，也被其 它物体发射电磁波所辐射。遥感的辐射源可分自然 电磁辐射源和人工电磁辐射源两类，它们之间没有 什么原则区别。就象电磁波谱一样，从高频率到低 频率是连续的。物质发射的电磁辐射也是连续的。
.
21
人工制造的接近黑. 体的吸收体
10
2.3 黑体辐射的定律
2.2.1 普朗克公式 2.2.2 斯蒂芬－玻尔兹曼定律 2.2.3 维恩位移定律
自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射。 太阳辐射是可见光及近红外遥感的主要辐射源，地 球是远红外遥感的主要辐射源。
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2
2.1、电磁辐射源
1. 自然辐射源
➢ 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围 极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太 阳辐射的吸收、反射和散射。
WT4
地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物 微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这 种特征构成了红外遥感的理论基础。
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2.5 基尔霍夫定律
给定温度下，任何地物的辐射通量密度W与吸收 率α之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通 量密度。
(,T)M (,T)M b(,T)
发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发 射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不 发射该波长的电磁波。
激光雷达使用脉冲激光器它可精确测定卫星的位置高度速度等也可测量地形绘制地图记录海面波浪情况还可利用物体的散射性及荧光吸收等性能监测污染和勘查资源
2 电磁波辐射源
2.1 电磁辐射源
2.2 黑体辐射
2.3 黑体辐射定律
2.4一般辐射体和发射率
2.5 基尔霍夫定律
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1
2.1 电磁辐射源
自然界中一切物体在发射电磁波的同时，也被其 它物体发射电磁波所辐射。遥感的辐射源可分自然 电磁辐射源和人工电磁辐射源两类，它们之间没有 什么原则区别。就象电磁波谱一样，从高频率到低 频率是连续的。物质发射的电磁辐射也是连续的。
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人工制造的接近黑. 体的吸收体
10
2.3 黑体辐射的定律
2.2.1 普朗克公式 2.2.2 斯蒂芬－玻尔兹曼定律 2.2.3 维恩位移定律
第二节 辐射体及其辐射特性 光电成像课件
查表 yi f xi
M 0i,T B T 5•fx i
绘制 ~M0,T
光电成像原理 15
2、波段辐射计算
0 12M M 0 0 ,,T Td d 0 2M 0,T 0 M d0 ,T 0 1M d 0,Td
12M 0 T 4 ,T0 x2fx dx f x0 xd 1x fxdxzx2zx1 0
Zt
t
0
f
xdx
0
f
xdx
则 M ,T 1 2 M 0 ,T d Z x 2 Z x 1 •T 4
光电成像原理 16
例题
已知太阳峰值辐射波长 m0.48m
物体不能吸收某波长的辐射，则 它也不能发射该波长的辐射，反 之亦然。
只要确定物体的温度和吸收系数， 就可以确定物体的热辐射强度。
光电成像原理 8
黑体(Black Body)
通过KirchБайду номын сангаасoff Law，我们定义一类物体，能完全吸收 入射在它表面的辐射能的理想物体，称为黑体(Black Body) 或绝对黑体。
x m
c2hck1.4388 10 2m •K
则 x•m •T2898x
yfx142.32
x5
exp4.9651x 1
M 0 , T M 0 m , T • f x B T 5 f x
光电成像原理 14
1、光谱辐射计算
设定黑体温度T
确定 m M0m,T
选择 i
xi i m
光电成像原理
5、 成像系统像平面的辐照度
物空间面元ds0，亮度为L0，成像在像空间面元ds1，确定其照度E
ds0发射的光通量
dPL0ds0sin2u0
《光源及辐射源》PPT课件
1.对光源发光光谱特性的要求
光源和光电探测器之间光谱匹配系数，用以描述两光谱特性间的
重合程度或一致性。光谱匹配系数α定义为：
A 1A 2 0W Sd/ 0W d
Wλ——波长λ时．光源光辐射通量的相对值；Sλ——波长λ时，光 电探测器灵敏度的相对值；A1和A2的物理意义分别表示Wλ•Sλ和 Wλ两曲线与横轴所围成的面积。
热电偶Thermocouple :///wiki/Thermocouple
5
特点：
第3章 光源及辐射源
热电偶测温
◆装配简单，更换方便 ◆测量范围大〔－270℃～2800℃〕 ◆ 机械强度高，耐压性能好 ◆ 耐高温可达2800度
热电偶Thermocouple ://baike. /view/277549.htm
1.对光源发光光谱特性的要求 一般的光电检测系统都要求光源特性满足检测需要，光源发光光谱与探
测器的光谱响应要匹配。 例如： 红外探测器必须配套红外光源 通常的硅探测器〔如CCD相机〕必须匹配0.4-1.1微米范围内光谱的光源。
如何度量两者的匹配程度呢？
24
3.1 光源选择的根本要求和光源的分类
第3章 光源及辐射源
波长稳定性：干预仪
26
4.对光源其它方面的要求 灯丝构造和形状 发光面积大小和构成 灯泡玻壳的形状和均匀性 光源的发光效率和空间分布 ……
第3根本不 用，给出 作为一般 参考。
第3章 光源及辐射源
这是什么？
如何知道它的温度？
3
如何测量？
第3章 光源及辐射源
热电偶Thermocouple :///wiki/Thermocouple
4
如何测量？
第3章 光源及辐射源
光电成像原理及技术Chapter3-辐射源及典型景物辐射
e M e0 M 0
M (T ) M 0 (T )
8/10/2018
黑体辐射定律
黑体辐射定律：
普朗克定律：描述黑体辐射出 射度随波长和温度的函数关系。 式中c1,c2是第一第二辐射常数。 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（全波 长辐射定律）:由普朗克公式 在全波段积分得到。 维恩位移定律（峰值波长与温 度的定律）：对普朗克公式求 极值得到。 最大辐射定律：把峰值波长带 入普朗克公式而得。
8/10/2018
半实物模拟仿真的关键技术
（3）黑体薄膜变换器 早期的黑体薄膜变换器(如左图)包括一个真空腔，腔上 带一个透可见光的入射窗和一个透红外的出射窗，转换介质 是一层薄膜，其上沉积非常薄的金黑层。工作时，将一幅可 见光图像通过入射窗聚焦到金黑膜层上，其辐射能被金黑膜 层吸收，并通过出射窗转换为反映金黑层的温度和辐射发射 率的红外辐射能量。由于金黑层非常薄，热惰性很小，所以 温度很快就能超过环境温度。图像上亮度比暗点温度高，视 图 3-35 黑体薄膜的变换器结构 频图像灰度等级分布转换成黑体腔薄膜上的温度分布，使黑 体薄膜产生的红外辐射与真实目标一致。 由黑体薄膜变换器组成的仿真系统如右图。视频投影仪 把可见光图像投射到真空腔的黑体膜，经黑体薄膜变换成红 外图像。红外准直系统的焦面与黑体薄膜面一致，红外图像 对于被测红外系统如同位于无穷远处。
8/10/2018
自然辐射源
太阳：射至地球的太阳辐射功率、光谱分布与太阳高度、大气状 态关0.5微米（来自太阳）10微米处的自身辐射。 月球：主要包括反射的太阳辐射和自身的辐射，近似于400K黑体， 峰值在7.24微米 星球：其辐射量对地球很小，用星等来描述星的亮度。 大气辉光：产生于70km以上的大气层中，是夜天辐射的主要组 成部分，由不能到达地面的太阳紫外辐射在高层大气中激发原子 并与分子发生低几率碰撞，是其产生的原因。 夜天空辐射：由上述各种自然辐射共同构成，除可见光外包含大 量丰富的近红外辐射，正是微光夜视系统所利用的波段。
《光电成像》PPT课件
37
❖ 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。
30
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。
31
❖ 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。
14
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
17
❖ 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。
❖ 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。
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❖ 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。
光电成像原理 03
Review§1.4光电成像器件的类型按工作方式来分，光电成像器件可分为两大类：1.直视型光电成像器件:可用于直接观察。
器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分。
2.非直视型光电成像器件:可见光或辐射图像→视频电信号。
只完成摄像功能，不直接输出图像。
《光电成像原理》赵新彦南京邮电1一、直视型光电成像器件工作原理：入射辐射图像光电效应电子图像电场、电磁场二次发射作用增强的电子图像激发荧光屏可见光图像根据工作的辐射波段区分为两种：（1）变像管：入射图像的光谱与输出图像的光谱完全不同。
完成图像的电磁波谱转换，使不可见辐射图像通过像管变成可见图像。
（2）像增强器：接受微弱可见光图像。
输入的光学图像及其微弱，经过器件内电子图像的能量和数量的增加使输出图像增强。
Review《光电成像原理》赵新彦南京邮电2《光电成像原理》赵新彦南京邮电3二、非直视型光电成像器件工作原理：基本结构：电真空式：光敏靶、电子枪、扫描系统，真空管固体式：光敏面阵、电荷耦合转移读出电路电子束扫描入射辐射图像光电效应电荷图像电荷耦合转移视频信号处理、传输显像装置输出图像（）ReviewReview辐射度学与光度学基础知识辐射度学与光度学：研究光的度量的学科。
辐射度量：物理的计量方式，适用于整个电磁辐射谱区。
光度量：从生理角度，以人眼所见的光辐射对大脑的刺激程度来进行计量。
适用于可见光谱区。
《光电成像原理》赵新彦南京邮电5直视型光电成像器件变像管像增强器非直视型光电成像器件直视型光电成像器件：非直视型光电成像器件：光电转换上升过程的滞后<< 下降过程的滞后。
光电成像脉冲响应函数上升斜率近似为∞脉冲响应函数主要决定于光电转换的衰减特性。
噪声（广义）：干扰：噪声：噪声：直视型光电成像器件非直视型光电成像器件视频信噪比:前置放大器输出端的视频信号与噪声之比。
显示信噪比:考虑到人眼接收的效能，取人眼的时间常数作为有效积分时间的信噪比值。
第2章第2部分辐射温度及辐射源1优秀课件
任意光源的颜色只能说与某一温度黑体的颜色相近， 不可能完全相同。相关色温就是发射体和某温度的 黑体有最相近的颜色时黑体的温度。
MRD (Micro Reciprocal Degrees)
国际照明委员会1960-UCS均匀色度图
由不同黑体温度对应的 色坐标点所连成的曲 线——普朗克轨迹。只 要发射体的色坐标落在 普朗克轨迹上，则这一 点对应的黑体温度就是 发射体的色温。
➢ 所谓“和黑体有相近色”并不严格，相近可表示很接 近，也可以是相差甚远但却能找到一个与某温度黑体 的色最近似的相关色温值，因此上图中直线族的长度 是有限度的，约与±15麦克亚当(MacAdam)阈值单位 (表示人眼恰能分辨色差异阈值的单位)相当；
➢ “色差异多大就不能用相关色温表示”也不完全准确， 等相关色温线提供了衡量待测色和黑体色之间近似差 异程度的可能，任意发射体的色坐标离普朗克轨迹越 远，用黑体色来描述发射体色的可能性就越小。
普朗克黑体辐射定律gustavrobertkirchhoff18241887maxplanck18581947wilhelmwien18641928josefstefan18351893ludwigboltzmann18441906p44p39温度和波长是描述黑体热辐射能量的重要参数黑体的对于非黑体的辐射体其发射的热辐射能量或辐射特性也可以用温度和波长来描述非黑体分为灰体和选择体二者发射的辐射能都比黑体的小即辐射发射率随波长变化辐射发射率一般地各种发射辐射能的物体表面在不同的温度下可能具有不同的光谱辐射特性其发射的辐射能比黑体发射的辐射能小且发射率是波长温度的函数
由于待测辐射体的温度是客观的，若取不同的测量波 长值, 则辐亮度温度值可能随着改变。因此, 工业光学高温 计常用中心波长为0.65m的一个窄谱段来测温。
MRD (Micro Reciprocal Degrees)
国际照明委员会1960-UCS均匀色度图
由不同黑体温度对应的 色坐标点所连成的曲 线——普朗克轨迹。只 要发射体的色坐标落在 普朗克轨迹上，则这一 点对应的黑体温度就是 发射体的色温。
➢ 所谓“和黑体有相近色”并不严格，相近可表示很接 近，也可以是相差甚远但却能找到一个与某温度黑体 的色最近似的相关色温值，因此上图中直线族的长度 是有限度的，约与±15麦克亚当(MacAdam)阈值单位 (表示人眼恰能分辨色差异阈值的单位)相当；
➢ “色差异多大就不能用相关色温表示”也不完全准确， 等相关色温线提供了衡量待测色和黑体色之间近似差 异程度的可能，任意发射体的色坐标离普朗克轨迹越 远，用黑体色来描述发射体色的可能性就越小。
普朗克黑体辐射定律gustavrobertkirchhoff18241887maxplanck18581947wilhelmwien18641928josefstefan18351893ludwigboltzmann18441906p44p39温度和波长是描述黑体热辐射能量的重要参数黑体的对于非黑体的辐射体其发射的热辐射能量或辐射特性也可以用温度和波长来描述非黑体分为灰体和选择体二者发射的辐射能都比黑体的小即辐射发射率随波长变化辐射发射率一般地各种发射辐射能的物体表面在不同的温度下可能具有不同的光谱辐射特性其发射的辐射能比黑体发射的辐射能小且发射率是波长温度的函数
由于待测辐射体的温度是客观的，若取不同的测量波 长值, 则辐亮度温度值可能随着改变。因此, 工业光学高温 计常用中心波长为0.65m的一个窄谱段来测温。
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。
14
（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
20
（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。
17
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——非均匀性校正资料课件
6
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
➢按参考辐射源定标点的个数分为 一点定标校正 两点定标校正 多点定标校正
➢一般来说，由于探测器单元的响应特性并非呈理想的直 线，所以参考定标点越多，即插值节点越多，校正精度 越高。
7
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
6.3 一点定标校正算法
➢算法原理 ➢算法实现 ➢算法分析
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
第6讲 基于参考辐射源的 非均匀性校正算法
6.1 非均匀性校正原理۩. 6.2 基于参考辐射源的非均匀性校正۩. 6.3 一点校正算法۩. 6.4 两点校正算法۩.
1
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
6.1 非均匀性校正原理
➢在红外焦平面阵列中，虽然每一个单元探测器的响应函数 是一个非线性函数，但是在一个较小的工作范围内，探测 器的响应曲线可以近似地看作为直线，且假定探测器的响 应具有时间上的稳定性，则红外焦平面阵列中单个探测器 的响应输出可以用一个线性方程来表示
与其校正值
之间存在以下比例关系：
可求得
令
和
可简化为：
15
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技
术
三点校正公式
其中，需要三个温度参考点图像，高温H，中温M ， 低温L。判断待校正图像的像素值范围，若小于中温M 中对应像素位置的值，用上式。否则，用下式。
16
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
算法分析
➢由校正公式和算法示意图可以看出，两点定标线性校正算 法侧重于从非均匀性产生的机理出发进行校正，它需要对 两个定标点进行测量，对每个探测器单元得到两个校正参 数。该算法不仅对偏置进行了校正，还对增益系数做了校 正，校正的动态范围比一点定标线性校正算法明显增大。
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
➢按参考辐射源定标点的个数分为 一点定标校正 两点定标校正 多点定标校正
➢一般来说，由于探测器单元的响应特性并非呈理想的直 线，所以参考定标点越多，即插值节点越多，校正精度 越高。
7
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
6.3 一点定标校正算法
➢算法原理 ➢算法实现 ➢算法分析
第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
第6讲 基于参考辐射源的 非均匀性校正算法
6.1 非均匀性校正原理۩. 6.2 基于参考辐射源的非均匀性校正۩. 6.3 一点校正算法۩. 6.4 两点校正算法۩.
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第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
6.1 非均匀性校正原理
➢在红外焦平面阵列中，虽然每一个单元探测器的响应函数 是一个非线性函数，但是在一个较小的工作范围内，探测 器的响应曲线可以近似地看作为直线，且假定探测器的响 应具有时间上的稳定性，则红外焦平面阵列中单个探测器 的响应输出可以用一个线性方程来表示
与其校正值
之间存在以下比例关系：
可求得
令
和
可简化为：
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第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技
术
三点校正公式
其中，需要三个温度参考点图像，高温H，中温M ， 低温L。判断待校正图像的像素值范围，若小于中温M 中对应像素位置的值，用上式。否则，用下式。
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第6讲 非均匀校正 光电成像实时处理技术
算法分析
➢由校正公式和算法示意图可以看出，两点定标线性校正算 法侧重于从非均匀性产生的机理出发进行校正，它需要对 两个定标点进行测量，对每个探测器单元得到两个校正参 数。该算法不仅对偏置进行了校正，还对增益系数做了校 正，校正的动态范围比一点定标线性校正算法明显增大。
同步辐射X射线成像及应用PPT课件
常规造影
(a)
(b)
Figure 1. (a) Intravenous synchrotron angiogram of the first patient at the ESRF
taken in a left anterior oblique (LAO) projection. The image shows the second
第23页/共25页
International Congress Series 1230 (2001)
(b)
(a)
Fig. 2. (a) Intravenous angiogram of a 72-year-old male in LAO 30 projection. Target: RCA with stent, diagnosis: two insignificant stenoses proximal and distal to the stent. (b) Intravenous angiogram of a 72-yearold female with pacemaker in RAO 45 projection. Target: ACVB to LAD, diagnosis: ACVB patient, LAD proximal occluded.
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衬度产生机理
吸收反衬
样品的厚度或密度 元素的吸收
X射线透射成象机理：
样品改变了入射光场的 分布，探测器接收的光 强分布包含了样品内部 结构信息
第5页/共25页
X射线相衬成象
X-ray phase contrast imaging (XPCI) 就是利用X射线透过样品后携带的位相信息对 样品内部结构成清晰象，它克服传统成象方法 的不足，是一种全新的成象方法，也是目前X 射线应用领域的研究热点，国际上大多数的同 步辐射装置都有光束线开展相衬成象研究。
辐射源及其特性 光电成像课件
到达地面的太阳辐射有衰减， 且各波段的衰减不均衡；在多 个波段有凹陷；
到达地面的太阳辐射分布与太 阳高度、大气状态等关系很大。
光电成像原理 5
光电成像原理 6
地球
地球表面的辐射主要由反射和散射 的太阳辐射以及自身热辐射组成。
白天，以反射和散射太阳辐射为主， 地球辐射分布与太阳类似，峰值波 长位于0.5 m 附近，辐射波段集中 在0.3～2.5 m波段。
大气散射的性质与强度取决于大气分子或气溶胶粒子的半径及被散 射光的波长。
大气散射形式主要有：选择性散射－－瑞利(Rayleigh)散射、米氏 (Mie)散射 无选择性散射
瑞利散射
半径a小于波长的1/10以下的微粒引起的散射。 4
光电成像原理 19
大气分子对可见光的散射为瑞利散射。 波长愈短，散射能力愈强。 瑞利散射对不同波长的电磁波有不同的散射能力，属于选择性散射。 大气分子的密度、大小随季节、纬度、气候条件而变动，不同地区
光电成像原理 10
➢ 气体放电灯——根据气压不同，气体发光原理不同，发出 的光辐射性质不同，可以是线光谱，也可以是连续光谱。
分为低压、高压和超高压三类，低压汞灯、镝灯，高压汞 灯，高压氙灯等 ➢ 半导体发光二极管——P型半导体和N型半导体组合而成， 电致发光。
红光二极管、红外发光二极管，白光二极管 ➢ 激光光源——准直单色光
大气散射系数 大气吸收系数
m p m p
k m m p p
大气透过率
m
•
m
•
p
•
p
光电成像原理 24
4、大气窗口
电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段称为大气窗口。
光电成像原理 25
典型的大气窗口有：
到达地面的太阳辐射分布与太 阳高度、大气状态等关系很大。
光电成像原理 5
光电成像原理 6
地球
地球表面的辐射主要由反射和散射 的太阳辐射以及自身热辐射组成。
白天，以反射和散射太阳辐射为主， 地球辐射分布与太阳类似，峰值波 长位于0.5 m 附近，辐射波段集中 在0.3～2.5 m波段。
大气散射的性质与强度取决于大气分子或气溶胶粒子的半径及被散 射光的波长。
大气散射形式主要有：选择性散射－－瑞利(Rayleigh)散射、米氏 (Mie)散射 无选择性散射
瑞利散射
半径a小于波长的1/10以下的微粒引起的散射。 4
光电成像原理 19
大气分子对可见光的散射为瑞利散射。 波长愈短，散射能力愈强。 瑞利散射对不同波长的电磁波有不同的散射能力，属于选择性散射。 大气分子的密度、大小随季节、纬度、气候条件而变动，不同地区
光电成像原理 10
➢ 气体放电灯——根据气压不同，气体发光原理不同，发出 的光辐射性质不同，可以是线光谱，也可以是连续光谱。
分为低压、高压和超高压三类，低压汞灯、镝灯，高压汞 灯，高压氙灯等 ➢ 半导体发光二极管——P型半导体和N型半导体组合而成， 电致发光。
红光二极管、红外发光二极管，白光二极管 ➢ 激光光源——准直单色光
大气散射系数 大气吸收系数
m p m p
k m m p p
大气透过率
m
•
m
•
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光电成像原理 24
4、大气窗口
电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段称为大气窗口。
光电成像原理 25
典型的大气窗口有：
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 ′
《X射线辐射源培训》PPT课件
2021/6/10
29
X线与物质的相互作用及衰减规律
光电效应的临床应用
❖ 诊断放射学中应用光电效应能使照片产生很好 的对比度，但会增加被检者的X线辐射剂量。 为此在实际工作中可采用高千伏（高能量）摄 影技术（因为光电效应发生的几率与光子能量 的三次方成反比），以减少光电效应的发生几 率，从而保护被检者。
❖ 在X线的产生中，特征X线只占很小的一部分， 在诊断中并不重要。
2021/6/10
10
X线的基本物理知识
❖ 特征X射线的能量（波长或频率）只决定于靶 物质的原子序数（靶特性），与其他因素无 关。
❖ 在医用诊断中的X线只有K系特征X线有用，其 他L、M、N等各系由于波长较长，能量较低， 均被X线管壁和滤过板吸收。
防护与疾病治疗
2021/6/10
19
X线的基本物理知识
X线的量与质
由于从X线管射出的X线束是由大量能量不同的 光子组成，所以在原子核物理学中，常用线束的 平均能量表示其质，用光子数表示其量。
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20
X线的基本物理知识
❖ 光子的最大能量等于阴极电子的最大动能，等于 两级间的电压即管电压峰值（下称管电压V）乘以 电子的电量e，即
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X线与物质的相互作用及衰减规律
❖ 人体组织在X线照射时产生的光电效应中辐射的 特征X线全部被组织吸收。如钙（Z=20）它的K 层辐射光子能量为4kev，远小于X线光子能量， 均被组织吸收。
❖ 碘（Z=53）和钡（Z=56）都是X线检查中常用的 造影剂，其特征辐射具有较高的能量（碘是 33.2千电子伏；钡是37.4千电子伏），能穿过 人体组织到达胶片产生影像。
❖ 所以，在放射医学中为简单、方便地表示X线束， 用管电压（峰值）kVp，粗略地表示线束的质， 用管电流mA（平均值）表示线束的量。
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光电成像原理 4
自然辐射源
太阳
相当于5800 K的黑体辐射；
到达地面的太阳辐射主要集中 在0.3 ～ 3.0 µm波段，约为 98%；在可见光0.38 ～ 0.76 µm 波段，占太阳辐射总能量 的46%，最大辐射强度位于波 长0.47 µm左右；
到达地面的太阳辐射有衰减， 且各波段的衰减不均衡；在多 个波段有凹陷；
辐射源及其特性
辐射源按照其用途分为：
人工标准黑体辐射源
人工标准黑体辐射源 自然辐射源 人工辐射源 目标辐射源ຫໍສະໝຸດ ➢ 一个等温密封腔就是黑体；
➢ 在密封腔壁上开一小孔，小孔发出的辐射可以模 拟黑体辐射；
➢ 密封腔要是真正等温的，小孔的面积比密封腔内 表面的面积要小得多。 光电成像原理
1
光电成像原理
光电成像原理
中间层：高度在50～85 km，冷层，温度随 高度增加迅速下降。
热成层：高度在80～500 km，又称为电离 层，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离， 对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空 间。
散逸层：500～800 km 以上至星际空间的边 界,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。
光电成像原理 16
主要影响因素是散射和吸收，其作用结果引起电磁波辐射功率在传输 过程中产生衰减。－大气消光
光电成像原理 17
光电成像原理 18
1、大气散射
电磁波与大气分子和气溶胶粒子相互作用，电磁波偏离原来传播方 向的现象。
大气散射一方面使辐射衰减，另一方面增大背景辐射强度，降低目 标与背景的对比度，降低信噪比。
辐射传输：电磁波辐射由辐射源(自发射或反射、透射、散射 等)经过传输介质投射到接收系统或探测器上的过程
在辐射传输的路径上，会产生折射、反射、散射、吸收等， 使辐射的空间分布、波谱分布、偏振态、相干性等发生变 化——辐射与介质相互作用
光电成像原理 14
大气成分和大气层结构
大气是由多种气体及气溶胶粒子组成的混合物。
大气层厚度约为1000Km，垂直方向自下而上分为：对流层、 平流层、中间层、热成层和散逸层
光电成像原理 15
对流层：地表到平均高度10 km范围内,气压 和温度随高度而降低，空气明显垂直对流， 天气变化频繁，有大量的云团、烟尘存在。
平流层：高度在10～50 km，没有对流和天 气现象。底部为同温层，同温层以上为暖 层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而 逐渐升高。
气体激光器：He-Ne激光器、Ar离子激光器、CO2激光器 固体激光器：红宝石激光器
可调谐激光器、半导光体电激成光像器原理 11
景物目标源：人工目标、自然景物
喷气飞机、直升机和导弹等均属有
动力飞行器，其辐射主要来自排出
的热气流、热发动机部位和气动加
热表面等。
光电成像原理
12
光电成像原理 13
第三节 辐射在大气中的传输
大气散射的性质与强度取决于大气分子或气溶胶粒子的半径及被散 射光的波长。
大气散射形式主要有：选择性散射－－瑞利(Rayleigh)散射、米氏 (Mie)散射 无选择性散射
瑞利散射
半径a小于波长的1/10以下的微粒引起的散射。 4
光电成像原理 19
大气分子对可见光的散射为瑞利散射。 波长愈短，散射能力愈强。 瑞利散射对不同波长的电磁波有不同的散射能力，属于选择性散射。 大气分子的密度、大小随季节、纬度、气候条件而变动，不同地区
光电成像原理 10
➢ 气体放电灯——根据气压不同，气体发光原理不同，发出 的光辐射性质不同，可以是线光谱，也可以是连续光谱。
分为低压、高压和超高压三类，低压汞灯、镝灯，高压汞 灯，高压氙灯等 ➢ 半导体发光二极管——P型半导体和N型半导体组合而成， 电致发光。
红光二极管、红外发光二极管，白光二极管 ➢ 激光光源——准直单色光
气体： N2、O2 、 H2O 、 CO2 、 O3、CO、CH4等 。 分为常定成分气体和可变成分气体。
气溶胶：大气中有大量的粒度在 0.03 m到2000m之间的固态和 液态微粒，它们大致是尘埃、烟粒、微水滴、盐粒以及有机微生 物等。由于这些微粒在大气中的悬浮呈胶溶状态，所以通常又称 为大气气溶胶。
到达地面的太阳辐射分布与太 阳高度、大气状态等关系很大。
光电成像原理 5
光电成像原理 6
地球
地球表面的辐射主要由反射和散射 的太阳辐射以及自身热辐射组成。
白天，以反射和散射太阳辐射为主， 地球辐射分布与太阳类似，峰值波 长位于0.5 m 附近，辐射波段集中 在0.3～2.5 m波段。
夜间，以地球自身热辐射为主，峰 值波长位于10 m 附近，辐射波段 集中在8～14m波段。
面型黑体源— 提供均匀辐射面，采用高导热性材料制作面 型黑体面，并在其表面喷涂高辐射率材料，半导体控温
靶标—高导热性材料上镂刻靶标形 状，靶标背景为环境温度，靶标为 黑体源温度，形成温差对比
靶标轮— 安装多种靶标的支架， 方便切换和调整
红外平行光管— 配合面型差分黑体源，进行红外成像系统 测试
地球表面热辐射取决于地物的温度 和辐射发射率。 光电成像原理
7
月球
月球表面的辐射包含两部分： 反射太阳辐射和自身辐射。
月球的反射辐射分布与太阳辐 射相似，且无凹陷。
月球的自身辐射类似于400K黑 体，峰值波长位于7.24 m 。
月球对地面的照度受月相、 地—月距离、月面反射率、月 球高度以及大气的影响。
大气成分随地理位置、季节、时间和温度等有很大变化，对大气 的光学性质有明显影响。
局部区域大气成分只沿高度方向变化。 描述大气特征的物理参数一般有气压、温度、湿度以及它们沿高
度方向分布的垂直廓线。 通过定义标准大气和大气模式来推算大气性能和变化趋势，明确
大气特征。
大气消光和大气窗口
大气对电磁波传输过程的影响包括五个方面：散射(Scattering)、吸收 (Absorption)、扰动(Turbulence)、折射(Refraction)和偏振(Polarization)
光电成像原理 8
大气辉光和夜天空辐射 太阳发出的紫外辐射与高层大气分子作用
发出的辐射 大气辉光光谱分布中包含多种原子谱线 辐射强度受维度、地磁场分布和太阳活动
等影响
光电成像原理 9
人工辐射源
➢ 白炽灯——发射连续光谱，在可见光谱段中部与黑体辐 射分布相差0.5%，在整个可见光谱段内与黑体分布平均 相差2%。 真空钨丝白炽灯、充气钨丝白炽灯、各种卤钨灯
自然辐射源
太阳
相当于5800 K的黑体辐射；
到达地面的太阳辐射主要集中 在0.3 ～ 3.0 µm波段，约为 98%；在可见光0.38 ～ 0.76 µm 波段，占太阳辐射总能量 的46%，最大辐射强度位于波 长0.47 µm左右；
到达地面的太阳辐射有衰减， 且各波段的衰减不均衡；在多 个波段有凹陷；
辐射源及其特性
辐射源按照其用途分为：
人工标准黑体辐射源
人工标准黑体辐射源 自然辐射源 人工辐射源 目标辐射源ຫໍສະໝຸດ ➢ 一个等温密封腔就是黑体；
➢ 在密封腔壁上开一小孔，小孔发出的辐射可以模 拟黑体辐射；
➢ 密封腔要是真正等温的，小孔的面积比密封腔内 表面的面积要小得多。 光电成像原理
1
光电成像原理
光电成像原理
中间层：高度在50～85 km，冷层，温度随 高度增加迅速下降。
热成层：高度在80～500 km，又称为电离 层，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离， 对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空 间。
散逸层：500～800 km 以上至星际空间的边 界,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。
光电成像原理 16
主要影响因素是散射和吸收，其作用结果引起电磁波辐射功率在传输 过程中产生衰减。－大气消光
光电成像原理 17
光电成像原理 18
1、大气散射
电磁波与大气分子和气溶胶粒子相互作用，电磁波偏离原来传播方 向的现象。
大气散射一方面使辐射衰减，另一方面增大背景辐射强度，降低目 标与背景的对比度，降低信噪比。
辐射传输：电磁波辐射由辐射源(自发射或反射、透射、散射 等)经过传输介质投射到接收系统或探测器上的过程
在辐射传输的路径上，会产生折射、反射、散射、吸收等， 使辐射的空间分布、波谱分布、偏振态、相干性等发生变 化——辐射与介质相互作用
光电成像原理 14
大气成分和大气层结构
大气是由多种气体及气溶胶粒子组成的混合物。
大气层厚度约为1000Km，垂直方向自下而上分为：对流层、 平流层、中间层、热成层和散逸层
光电成像原理 15
对流层：地表到平均高度10 km范围内,气压 和温度随高度而降低，空气明显垂直对流， 天气变化频繁，有大量的云团、烟尘存在。
平流层：高度在10～50 km，没有对流和天 气现象。底部为同温层，同温层以上为暖 层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而 逐渐升高。
气体激光器：He-Ne激光器、Ar离子激光器、CO2激光器 固体激光器：红宝石激光器
可调谐激光器、半导光体电激成光像器原理 11
景物目标源：人工目标、自然景物
喷气飞机、直升机和导弹等均属有
动力飞行器，其辐射主要来自排出
的热气流、热发动机部位和气动加
热表面等。
光电成像原理
12
光电成像原理 13
第三节 辐射在大气中的传输
大气散射的性质与强度取决于大气分子或气溶胶粒子的半径及被散 射光的波长。
大气散射形式主要有：选择性散射－－瑞利(Rayleigh)散射、米氏 (Mie)散射 无选择性散射
瑞利散射
半径a小于波长的1/10以下的微粒引起的散射。 4
光电成像原理 19
大气分子对可见光的散射为瑞利散射。 波长愈短，散射能力愈强。 瑞利散射对不同波长的电磁波有不同的散射能力，属于选择性散射。 大气分子的密度、大小随季节、纬度、气候条件而变动，不同地区
光电成像原理 10
➢ 气体放电灯——根据气压不同，气体发光原理不同，发出 的光辐射性质不同，可以是线光谱，也可以是连续光谱。
分为低压、高压和超高压三类，低压汞灯、镝灯，高压汞 灯，高压氙灯等 ➢ 半导体发光二极管——P型半导体和N型半导体组合而成， 电致发光。
红光二极管、红外发光二极管，白光二极管 ➢ 激光光源——准直单色光
气体： N2、O2 、 H2O 、 CO2 、 O3、CO、CH4等 。 分为常定成分气体和可变成分气体。
气溶胶：大气中有大量的粒度在 0.03 m到2000m之间的固态和 液态微粒，它们大致是尘埃、烟粒、微水滴、盐粒以及有机微生 物等。由于这些微粒在大气中的悬浮呈胶溶状态，所以通常又称 为大气气溶胶。
到达地面的太阳辐射分布与太 阳高度、大气状态等关系很大。
光电成像原理 5
光电成像原理 6
地球
地球表面的辐射主要由反射和散射 的太阳辐射以及自身热辐射组成。
白天，以反射和散射太阳辐射为主， 地球辐射分布与太阳类似，峰值波 长位于0.5 m 附近，辐射波段集中 在0.3～2.5 m波段。
夜间，以地球自身热辐射为主，峰 值波长位于10 m 附近，辐射波段 集中在8～14m波段。
面型黑体源— 提供均匀辐射面，采用高导热性材料制作面 型黑体面，并在其表面喷涂高辐射率材料，半导体控温
靶标—高导热性材料上镂刻靶标形 状，靶标背景为环境温度，靶标为 黑体源温度，形成温差对比
靶标轮— 安装多种靶标的支架， 方便切换和调整
红外平行光管— 配合面型差分黑体源，进行红外成像系统 测试
地球表面热辐射取决于地物的温度 和辐射发射率。 光电成像原理
7
月球
月球表面的辐射包含两部分： 反射太阳辐射和自身辐射。
月球的反射辐射分布与太阳辐 射相似，且无凹陷。
月球的自身辐射类似于400K黑 体，峰值波长位于7.24 m 。
月球对地面的照度受月相、 地—月距离、月面反射率、月 球高度以及大气的影响。
大气成分随地理位置、季节、时间和温度等有很大变化，对大气 的光学性质有明显影响。
局部区域大气成分只沿高度方向变化。 描述大气特征的物理参数一般有气压、温度、湿度以及它们沿高
度方向分布的垂直廓线。 通过定义标准大气和大气模式来推算大气性能和变化趋势，明确
大气特征。
大气消光和大气窗口
大气对电磁波传输过程的影响包括五个方面：散射(Scattering)、吸收 (Absorption)、扰动(Turbulence)、折射(Refraction)和偏振(Polarization)
光电成像原理 8
大气辉光和夜天空辐射 太阳发出的紫外辐射与高层大气分子作用
发出的辐射 大气辉光光谱分布中包含多种原子谱线 辐射强度受维度、地磁场分布和太阳活动
等影响
光电成像原理 9
人工辐射源
➢ 白炽灯——发射连续光谱，在可见光谱段中部与黑体辐 射分布相差0.5%，在整个可见光谱段内与黑体分布平均 相差2%。 真空钨丝白炽灯、充气钨丝白炽灯、各种卤钨灯