2018光电成像器件原理与应用-光电成像应用举例-机器视觉测量
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。
光电技术在视觉检测中的应用与研究
光电技术在视觉检测中的应用与研究光电技术是一种应用光学和电子技术相结合的技术，它借助光线的传播和感应特性，实现对物体的检测、测量和识别等功能。
在近年来的科技发展中，光电技术在各个领域都取得了重要的应用和研究成果。
其中，光电技术在视觉检测中的应用备受关注，对于提升产品质量和生产效率起到了重要的作用。
视觉检测是一种通过摄像头或光电传感器等设备获取图像信号，进而对物体特征进行分析和识别的技术。
光电技术在视觉检测中的应用主要通过光学传感器和图像处理技术实现。
光学传感器能够将光信号转化为电信号，而图像处理技术则能够对获取到的图像进行分析、处理和识别。
光电技术在视觉检测中的应用主要包括以下几个方面：首先，光电技术在自动化生产过程中的应用。
现代工业生产中，自动化生产已经成为常态，而视觉检测在自动化生产线上起到了至关重要的作用。
通过光电技术可以对产品进行外观质量检测，比如检测产品表面是否有瑕疵、是否有脱落等问题，从而保证产品质量。
此外，光电技术还可以进行尺寸测量、形状分析等，对产品进行合格性判定。
其次，光电技术在机器人视觉中的应用。
随着机器人技术的不断发展，机器人的视觉能力越来越受到关注。
光电技术在机器人视觉中的应用非常广泛。
通过激光雷达、红外线传感器等光电装置，机器人可以感知周围环境，实现环境检测、目标识别和路径规划等功能。
光电技术能够提供准确的距离测量和图像信息，为机器人的决策和执行提供重要的支持。
再次，光电技术在医学影像中的应用。
医学影像诊断是现代医学中非常重要的一部分，而光电技术在医学影像中的应用则大大提升了医学影像的准确性和可靠性。
通过光电技术，医学影像设备可以获得高分辨率的图像，如CT、MRI等设备，对疾病的诊断和治疗起到了重要的作用。
此外，光电技术还可以在手术过程中进行引导和辅助，提高手术的安全性和成功率。
最后，光电技术在安防监控中的应用。
随着社会的发展和安全意识的提高，安防监控设备的需求日益增加。
光电成像研究报告
光电成像研究报告1. 引言光电成像是一种利用光电子技术将光信号转化为电信号的技术，广泛应用于摄像、人工视觉、无人驾驶等领域。
本文将对光电成像技术相关的研究进行综述和分析。
2. 光电成像的原理光电成像的原理是基于光电效应和光电转换的基本原理。
光电效应是指光子与物质相互作用，使得物质中的电子被激发或者释放出来的现象。
光电转换是指将光信号转化为电信号的过程，一般通过光电二极管、CCD（电荷耦合器件）等器件来实现。
3. 光电成像技术的分类根据使用的器件和原理，光电成像技术可以分为以下几类：3.1 光电二极管成像光电二极管成像是最简单且应用最广泛的光电成像技术。
它使用光电二极管作为光电转换器件，将光信号转化为电信号。
光电二极管成像在安全监控、光电探测等领域有着重要的应用。
3.2 CCD成像CCD（电荷耦合器件）是一种高灵敏度、高分辨率的光电转换器件。
CCD成像技术可以将光信号转化为电荷信号，再进行放大和转换为数字信号。
CCD成像广泛应用于数码相机、摄像机等领域。
3.3 CMOS成像CMOS（互补金属氧化物半导体）成像是一种低功耗、集成度高、成本低的光电转换技术。
CMOS成像技术在移动设备、无人机等领域得到了广泛应用。
4. 光电成像技术的研究进展光电成像技术在过去几十年取得了重要的研究成果和进展。
以下是一些研究方向的概述：4.1 高分辨率成像随着摄影技术和计算机图像处理技术的发展，人们对高分辨率成像的需求越来越高。
研究人员致力于开发具有更高像素密度和更高清晰度的光电成像器件，以满足不同领域的需求。
4.2 低噪声成像噪声对图像质量的影响是不可忽视的。
研究人员通过改进传感器结构、提高信号处理算法等方式，努力降低噪声水平，以提高成像质量和信噪比。
4.3 多光谱成像多光谱成像技术可以获取物体不同波段的图像信息，有助于分析和识别目标物体的特性。
研究人员致力于开发更多种类和更精确的多光谱成像技术，以应对复杂环境中的识别和监测需求。
光电器件的原理与应用
光电器件的原理与应用光电器件是用于将光信号转化为电信号或者反过来将电信号转化为光信号的设备。
它们已经在日常生活中得到了广泛的应用。
例如，我们使用的银行卡和信用卡中的金属芯片，电视遥控器中的红外线发射器，以及计算机显示器中的LED等都是光电器件。
本文将对一些典型的光电器件进行介绍，包括其原理和应用。
1. 光电二极管光电二极管（photodiode）是一种光电器件，它可以将光信号转化为电信号。
光电二极管是一种半导体器件，它的基本结构和普通二极管相似。
当光照射到光电二极管的PN结上时，它的能量被吸收并转化为电子能量。
这些电子将被加速，并产生电流。
光电二极管的应用非常广泛。
它们可以用于光学通信、机器视觉、扫描仪、光探测器和测量仪器等领域。
光电二极管还可以作为光传感器使用，例如，用于测量发光二极管发出的光线，并将其转化为与光亮度成比例的电信号。
2. 光电晶体管光电晶体管（phototransistor）是一种光电器件，它可以将光信号转化为电信号。
光电晶体管是一种三极管器件，它的结构和普通晶体管相似。
在光照射下，光电晶体管的PN结上就产生少量电流，这个电流可以控制晶体管的放大器部分。
与光电二极管相比，光电晶体管可以提供更高的放大系数。
它们通常用于光学通信中的接收端，以及用于音频放大器和低频线性放大器等。
3. 发光二极管发光二极管（light-emitting diode，LED）是一种半导体器件，它可以将电信号转化为光信号。
LED是被激活的半导体。
当电流通过晶体管时，它会释放光线。
由于LED几乎不会产生热量，所以它们被广泛应用于照明行业。
它们可以是大功率的，例如用于户外照明，或者是小功率的，例如用于小型手持设备。
LED还可以用于显示器和室内装饰方案等。
4. 激光二极管激光二极管（laser diode）是一种半导体器件，它可以将电信号转化为光信号。
激光二极管中的电流通过半导体结构时，就会产生高度集中的激光束。
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。
光电仪器的原理和应用有哪些
光电仪器的原理和应用1. 光电仪器的原理光电仪器是利用光电效应进行测量和控制的设备。
光电效应是指光与物质相互作用后产生的电子运动现象。
光电仪器的原理主要包括以下几个方面：•光电元件：光电仪器中的关键部件是光电元件，常见的光电元件包括光电二极管、光电三极管和光电二极管阵列等。
这些元件能够将光信号转化为电信号或者将电信号转化为光信号。
•光电效应：光电仪器的工作原理基于光电效应。
光电效应是指材料受到光照后，光子与材料内的电子发生相互作用，使电子从材料中解离，并形成电子流。
光电效应与光的波粒二象性密切相关，可以用波动理论和粒子理论解释。
•光源和检测器：光电仪器需要光源来提供光信号，通常采用激光、LED或者光纤光源等。
同时，光电仪器需要检测器来接收和测量光信号，常见的检测器包括光电二极管和光电三极管等。
•信号处理：光电仪器测量到的光信号需要进行信号处理，常见的信号处理方法包括放大、滤波和数字化等。
信号处理可以提高测量的准确性和稳定性。
2. 光电仪器的应用光电仪器广泛应用于科学研究、工业生产和生活中的各个领域。
以下列举了一些光电仪器的应用场景：•光电传感器：光电传感器通过测量光信号的强度或者频率来感知目标物体的存在或特征。
光电传感器在自动化控制系统中广泛应用，如光电开关、光电编码器和光电测距传感器等。
•光谱仪：光谱仪是一种用于分析光信号的仪器，可以测量光的强度、波长和频率等参数。
光谱仪广泛应用于化学、生物学、物理学和天文学等领域，用于分析物质的成分和性质。
•光学显微镜：光学显微镜利用光学系统和光电元件，将被观察样本的显微图像放大和显示。
光学显微镜广泛应用于生物学、医学和材料科学等领域，用于观察细胞、组织和材料的微观结构。
•光电测量仪器：光电测量仪器用于测量光的强度、波长和频率等参数。
常见的光电测量仪器包括光功率计、光谱辐射计和光电流计等。
这些仪器广泛应用于光通信、光伏和光学材料等领域。
•光电医疗设备：光电医疗设备利用光电仪器的原理和技术，用于医疗诊断和治疗。
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。
光电成像器件及应用
光电成像器件及应用光电成像器件是一种将光信号转换为电信号的器件，常见的光电成像器件有光电二极管（Photodiode）、光电倍增管（Photomultiplier），以及最常见的光敏传感器（CMOS和CCD）。
这些器件通过将光信号转换为电信号，实现了对光信号的检测和分析，广泛应用于图像传感、光谱测量和通信等领域。
光电二极管是一种能够将光信号转换为电流的器件。
通过在PN结附近引入一个P型或N型半导体区域，形成一个二极管，使其在光照条件下产生电流。
光电二极管具有响应快、线性范围广、噪声低等优点，因此被广泛应用于光电检测和传感领域。
光电二极管在光通信、光电子测量、遥感等方面发挥着重要作用。
光电倍增管是一种能够将光信号放大到可观测范围的器件。
它由一个光阴极、若干个倍增极和一个吸收极组成。
光阴极吸收光信号产生电子，经过加速电场进入倍增极，倍增极通过二次电子发射产生更多的电子，最后被吸收极收集。
光电倍增管具有高增益、高灵敏度、宽波长范围等优点，常用于低强度光信号的检测和放大，比如粒子物理实验、荧光光谱等领域。
光敏传感器是一种通过将光信号转换为电信号，并将其存储或处理，实现图像捕捉和分析的器件。
光敏传感器分为CCD（Charge Coupled Device）和CMOS （Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两种类型。
CCD传感器通过将光信号转化为电荷信号，然后通过移位寄存器将电荷信号逐行转移到AD转换器进行数字化处理。
CMOS传感器则将光信号直接转化为电信号，并通过像素阵列逐一读出，实现图像的数字化。
光敏传感器具有分辨率高、动态范围广、响应速度快等优点，被广泛应用于数码相机、摄像机、智能手机等图像采集设备。
光电成像器件在很多领域都有广泛的应用。
在图像传感领域，光电成像器件能够将光信号转化为电信号，并通过传感器的像素阵列将其逐一读出，实现图像的捕捉和存储。
在医学影像方面，光电成像器件能够通过对不同波长的光信号的接收和分析，实现对生物组织的成像和诊断。
光电成像器件 ppt课件
三.分辨率 能够分辨图像中明暗细节的能力
有两种表示方法: ⑴ 极限分辨率：用在图像（光栅）范围 内能分辨的等宽黑白线条数表示（如：水平 800线、垂直500线）；也用～线对/mm表 示。
⑵ 调制传递函数MTF：能客观地测 试器件对不同空间频率信号的传递能力
（2）、电荷存储
以衬底为P型硅构成的MOS电容为例。
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 面处形成深度耗尽状态，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。
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 该种器件的转移效率高达99.999％以上，工作 频率可高达100MHz，且能做成大规模器件。
第八章 光电成像器件
8.1 摄像管 8.2 摄像器件的性能参数 8.3 电荷耦合器件 8.4 CMOS图像传感器 8.5 图像增强器
➢ 摄像机video camera
➢ 摄像机种类繁多，其工作的基本原理都是 一样的：把光学图象信号转变为电信号， 以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物 体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收 集，使其聚焦在摄像器件的受光面（例如 摄像管的靶面）上，再通过摄像器件把光 转变为电能，即得到了“视频信号”。
（4）、光信号的注入
《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。
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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。
光学成像技术和机器视觉的应用
光学成像技术和机器视觉的应用随着科技的不断进步和人类对技术的不断需求，光学成像技术和机器视觉被广泛应用于不同的领域。
光学成像技术和机器视觉的应用可以帮助我们更加深入地了解事物，以及实现更高效的生产和管理。
光学成像技术是指利用光学原理，通过光学元件将光线聚焦在感光元件上，形成图像的技术。
光学成像技术的应用越来越广泛，包括半导体制造、光学设备制造、医学成像、航空航天、汽车和智能手机等领域。
机器视觉是指通过计算机视觉系统模拟人眼视觉对物体的理解和分析过程，实现对物体自动检测、识别、测量和判定的技术。
这一技术的应用范围也非常广泛，包括自动化生产和检测、机器人控制、医疗诊断、军事侦察、交通安全和配送管理等领域。
在工业生产中，利用光学成像技术和机器视觉可以提高生产效率和质量控制水平。
例如，在自动化生产线上，利用高速相机进行机器视觉检测可以实现对产品的质量检测、缺陷检测和尺寸测量等；在半导体生产中，利用显微镜进行微电子芯片的成像，可以实现对芯片的质量检测和生产控制。
在医学诊断中，利用光学成像技术和机器视觉可以对病人进行疾病诊断和治疗。
例如，利用X射线、CT、MRI等医学成像设备可以对病人进行体内器官、组织和细胞的成像，以实现对病情的诊断和治疗；利用机器视觉技术可以对图像进行分析和处理，以帮助医生进行更精准的诊断。
在军事侦查和安防领域，利用光学成像技术和机器视觉可以实现对目标的追踪和侦查。
例如，利用红外成像仪可以对隐形飞行器、导弹和坦克进行追踪和侦查；利用机器视觉技术可以对目标进行图像分析和处理，以帮助军方进行更精准的侦查。
在交通管理和配送领域，利用光学成像技术和机器视觉可以提高交通流控制和物流配送的精度和效率。
例如，在道路交通管理中，利用摄像头和车牌识别技术可以实现对车辆的识别和控制，进而实现交通拥堵的缓解；在配送管理中，利用机器视觉技术可以实现对货物的检查和测量，提高配送效率和准确性。
总之，光学成像技术和机器视觉的应用范围非常广泛，不仅可以帮助我们更深入地了解事物，还可以提高生产效率和质量控制水平，同时对医学诊断、军事侦查和交通管理等领域也有着重要的应用价值。
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。
光电成像原理
光电成像原理光电成像是一种利用光电传感器将光学图像转换为电信号的技术。
光电成像技术在现代社会中得到了广泛的应用，例如在摄像机、照相机、红外夜视仪、医学影像设备等领域都有着重要的作用。
本文将介绍光电成像的原理及其在实际应用中的重要性。
光电成像的原理主要包括光学成像和光电转换两个方面。
光学成像是指利用透镜或反射镜将物体的光学图像投射到光电传感器上，而光电传感器则将光信号转换为电信号。
在光学成像中，透镜或反射镜起着关键的作用，它们能够将光线聚焦或反射，从而形成清晰的光学图像。
而光电传感器则能够将光信号转换为电信号，这一过程是通过光电效应来实现的，当光线照射到光电传感器上时，光子的能量被转化为电子的能量，从而产生电流或电压信号。
这些电信号经过放大、处理和转换之后，最终被用来生成数字图像或视频。
光电成像技术在实际应用中有着广泛的用途。
在摄像机和照相机中，光电成像技术能够将现实世界中的光学图像转换为电子图像，从而实现图像的捕捉和记录。
在红外夜视仪中，光电成像技术能够利用红外光线来实现夜间观测，这在军事、安防和夜间救援等领域有着重要的应用。
在医学影像设备中，光电成像技术能够将人体组织的光学特性转换为电信号，从而实现对人体内部结构和病变的观测和诊断。
除此之外，光电成像技术还在航天、航空、地质勘探、生物科学等领域有着重要的应用。
总的来说，光电成像技术是一种将光学图像转换为电信号的重要技术，它在现代社会中有着广泛的应用。
光电成像的原理包括光学成像和光电转换两个方面，通过透镜或反射镜将光学图像投射到光电传感器上，并将光信号转换为电信号。
在实际应用中，光电成像技术在摄像机、照相机、红外夜视仪、医学影像设备等领域发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步，光电成像技术将会得到进一步的发展和应用，为人类的生活和工作带来更多的便利和可能性。
光电成像技术与应用
视像管
光电导靶为结型PIN三层结构,即： ①由受光面的透明导电层SnO2和PbO接触面形成的 N型层;②由本征PbO形成的中间层，即I层；③作为 靶扫描面的P型层，即掺有受主杂质的 PbO层。光电 导靶涂覆在管子玻璃面板的内表面上。
氧化铅视像管
工作时候，SnO2导电层加有固定正电压,慢速电子束扫描P层，使电位下降到阴极 像素（像元）：像素越小，单位面积行的像素数目就 零电位，在靶上建立反向电场。当光学图像透过窗口玻璃和信号电极入射到靶的 PbO本征层上时，产生电子-空穴对，它们在反向电场作用下被分离,并分别到达靶 越多，图像就越清楚。像素大小取决于阅读电子束的 面的两边。这样使得靶扫描面上电位升高，从而建立起与景物照度分布相对应的 截面积。 电位图像。当电子束再次扫描时，中和正电荷，靶面恢复零电位，同时从信号电 极输出视频信号。
灯具 望远镜 显微镜
改善了人类的夜 晚照明环境
为人类延伸了视 见距离 为人类观察微 小物体提供了 可能
人类开拓视见能力的发展历程
对人眼视见能力 的突破和延伸，
光电成像器件的应用
提升灵敏度和空间细节分辨，瞬 变现象捕获，实现过程回放
光电成像原理
景物反射外界的照明光（或自身发出的热辐射）经光学系统在像面 上形成与景物对应的图像，置于像面上的具有空间扫描功能的光电 摄影器件，将二维空间图像转变为一维时序电信号，再经过放大和 视频信号处理后送至显示器，在同步信号的参与下，图像重现。
光电转换 外界的光/热辐射 光学系统 形成相应的图像 器件
二维图像
图像重现 放大与 信号处理 一维时序电信号
相关概念
辐射源：自然光，人工源 光学成像系统：辐射收集，目标的辐射图像 光电转换器件辐射图像转换为电子图像
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2-2 照明方式的研究
利用各种不同性能和结构的光源以及物体和背景对光的反射和传送特性，可以设计 出不同的照明方案。照明按照射方式分为背向照明和前向照明两类：背向照明是被 测物放在光源和相机之间，它的优点是能获得高对比度的图像；前向照明是光源和 相机位于被测物的同侧，这种方式便于安装。每类按照物体的反射特性及光源与摄 像机的位置关系又可分为几种方式。常用的照明方式：
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2-3 系统光源的设计
对视觉检测系统常用的光源及照明方式做了多种尝试，通过对工件表面光反射特性的分 析，设计了适于喷油器底座这种强反射金属表面工件尺寸检测的均匀散射的背光光源。 1.圆台形均匀散射光源前向照明 圆台形均匀散射光源结构如图 所示，5 圈经过严格挑选的性能一致的LED 灯紧密排 列在圆台形电路板上，发出的光经过磨砂玻璃透射，在一定范围内可近似作为均匀 散射光对待，通过控制 LED 的电流可调节发光强 在挑选发光二极管时，选择两种发光角度不 同的LED。一种是发光角度较大、发光强度较 小的红色 LED，得到的光源发光均匀。在这 种光源下采集的图像对比度很差、无法分辨 测量边缘。换用发光角度小、发光强度较大 的二极管，得到的光源扩散角，强度较大。 调节光源强度从弱到强时依次采集的图像如 图所示。
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从图像的对比中，可以看出，Robert 算子提取的图像边缘简单、但是噪 声敏感，适用于边缘明显而且噪声较少的场合；Sobel 和 Prewitt 这两 种算子提取的边缘会出现不连续的情况；Kirsch 和 LoG 算子提取的边缘 线较粗且放大了噪声。相比之下，腐蚀算法提取的边缘连续、边缘宽度为 单像素，很好的保留了边缘的细节。对这几种边缘提取算法的运行时间进 行了测试，得到的结果如表 所示。表中数据说明，基于数学形态学的腐 蚀边缘提取算法速度较快。 边缘提取算法运行时间表（ms）
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圆台形均匀散射光源
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均匀散射前向照明 从图中可以看出，在这种光源下获得的图像边缘分辨比较困难，图像处理 算法难度较大，测量精度很差。 机器视觉测量 2018/11/8
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2.均匀散射光背向照明 采用均匀散射光背向照明的方式如图所示，得到图（b）所示的图像，图形简单， 对比度高，经光路分析知，图中外面亮的一圈为工件口处的倒角圈，亮圈的内径即 为需要测量的边缘。
3-3 图像预处理
当图像输入到计算机的时候，由于输入转换器件及周围环境的影响等，使图像上 含有各种各样的噪声和失真。反映在图像上，噪声使原本均匀和连续变化的灰度 突然变大或减小，形成一些虚假的边缘和轮廓，这对于高精度的测量是十分不利 的。图像预处理的任务就是抑制噪声、增强细节，为后续特征提取、计算分析等 处理提供一幅高信噪比的优质图像。图像预处理在工程上包括图像增强、图像几 何校正、图像复原处理，在本系统中只用到图像增强处理，即图像滤波 。 机器视觉测量 2018/11/8 25
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3-4 喷油器底座图像的边缘提取算法
针对本系统图像简单、对比度高、系统要求图像处理速度快的特点，对采集的 图像首先进行阈值变换生成二值图像，并对二值图像应采用数学形态学的边缘 提取算法，并在此基础上，提出了基于方向链码的边缘跟踪方法，实现了边缘 的准确快速的提取。
待处理图像
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(a)
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沐浴方式（高角度）
(b) 低角度光 机器视觉测量
(c)
同轴方式
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(d)
低角度方式扩散光
(e)
直射背向照明
(f)
散射背向照明
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明阈照明
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暗阈照明
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2-2 照明技术在测量中的应用
1. 前向照明与背向照明的影响 在检测缝宽的系统中，分别使用前向照明和背向照明得到如图所示的图像。从图中 可以看出，在前向照明下，光由被测物表面反射后在摄像机里成像，光强不同， 成像的灰度不同，成像的对比度也会发生变化；而在背向照明下，被测物不透 光的部分成像为黑色，在缝隙处光线直接透过成像为白色，得到“黑白分明” 的测量图像，因此可以很清晰地得到被测物的边缘轮廓。所以在多数物体轮廓 检测中多使用背向照明方式。
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在需要突出不同边缘时，使用不同颜色的光源照明会得到不同的效果。这是由于 照射的波长不同，被测物的分光反射率、分光透射率等也会不同。如图所示，中 心部涂有银色涂层的铜框架在红色光的照明下，周围的铜和中心的银都以相同程 度的反射率成像，得到清晰的框架边缘；而在蓝色光的照明下，利用物体分光反 射率之差取得浓淡差的效果，可清晰地分辨出涂层。
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（a）强度较弱
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（ b）
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5. 照明角度对图像的影响 为检测光盘表面印字图像，当采用低角度散射光照明时，可以清晰 地看清光盘表面的字。
（a）高角度直射光
（b）低角度散射光
照明角度对图像的影响 综上所述，当选择好的照明方式时，可以给测量图像带来好的效果，减小了后续 图像处理算法的难度，提高了测量精度
2-2光源的照射方式
控制和调节照射到物体上的入射光的方向是视觉系统照明设计的基础。它取决 于光源的类型和相对于物体放置的位置。一般来说有两种最基本的方式：直射 光和散射光，直射光是指入射光基本上来自一个方向，射角小，它能投射出被 照射物体的阴影，会有光点；散射光是指入射光来自多个方向，甚至所有方向， 它不会投射出明显的阴影，光斑均匀。
背向照明
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3-1图像处理算法研究
视觉精密测量系统一般采用如下步骤进行处理：将被测工件放置于工作平台， 利用自动聚焦函数和移动机构使工件被测参数表面处于物面位置；采集图像进 行预处理、阈值分割等；进行像素级边缘检测，获取像素级边缘、边缘法线方 向；对像素级边缘进行亚像素定位，获取准确的边缘位置；利用视觉系统的标 定参数将边缘点转换到物面坐标系，并进行畸变校正；最后根据边缘点来拟合 被测工件的被测参数。
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软件算法流程 机器视觉测量24微小构件表面形貌测量
3-2 图像噪声类型
1.摄像机产生的噪声 (1) 散粒噪声 (2) 暗电流噪声 (3) 光响应非均匀性噪声 (4) 读出噪声 (5) 杂波噪声 2. 视频图像采集的像素抖动 (1) 行同步相位误差 (2) 频率误差 (3) 像素抖动
照明方式的影响
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2. 不同颜色照明的影响 不同颜色的瓶盖在不同颜色的光源照明下得到的图像，从图片中 可以看出，用白光采集出来的图片，瓶盖上的图案都能完整的保留下来；用红光 采集的图片中丢失了红色的信息。
（a）不同颜色瓶盖
（b）白光
（c）红光
因此得出结论： a) 在被测物颜色比较复杂的情况下，如果要保证所有颜色都不丢失，则应该选 择白色光源。 b) 如果要在颜色比较复杂的情况下，需要滤掉某颜色，则只要用要滤掉颜色的 光源即可。 机器视觉测量 2018/11/8 17
光电成像器件原理与应用
哈尔滨工程大学
理学院
光电成像器件原理与应用
(十) 光电成像应用举例-机器视觉测量
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微小构件表面形貌测量
1-2喷油器底座的视觉测量方案
目前的测量的主要方式有： (1) 采用三坐标测量机。主要特点是：接触式直接测量，精度高，受测头限制，效 率低，不能在线自动测量；价格昂贵，性价比不高。 (2) 采用万能工具显微镜。其特点是：非接触测量，精度高，抗干扰、稳定性好， 但读数慢且测量过程繁琐；不能在线自动测量。 (3) 利用人工测量方式：如卡尺、千分尺等。人工测量存在很多的局限性和缺点： 检测效率低，精度差；检测数量有限，检测人员容易疲劳以致发生漏检和误判现象； 为了提高检测速度，就不得不靠增加检测分选人员的数量，进而生产成本大幅度提高。 本系统以工件内壁口处与倒角的连接边缘在图像上的投影作为被测边缘，基于视觉精 密测量技术，建立了工件的自动化视觉检测系统，实现了工件内孔的自动化检测，满 足产品精密测量的要求，可以根据测量尺寸对工件进行自动分类，并按类装配，减少 废品量，提高了测量的精度和速度。
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光源的照射方式
2-2物体的光反射与传送特性
照明除了增加图像对比度和亮度之外，另一个重要目的是尽可能加大被测物体和 背景之间的差距，利用物体和背景对入射光的反射特性的差异来强化这种差距， 是照明技术设计的重要思想。 1. 反射特性 物体反射入射光有镜面反射和漫反射两种不同的反射特性。
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机器视觉测量 平面网格靶标及特征点选取
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选取特征点应该遵循坐标容易提取、稳定的点。本系统中选用两条垂直相交的透光直
线交点的中心作为特征点，这样可以充分利用靶标件的边缘点参与拟合，提高特征点
的稳定性。由于摄像机镜头的像差、畸变等的影响会使图像边缘区域的成像质量较差， 会增加边缘特征点提取误差，所以去除掉边缘的点，选择中间 8 条相互垂直的透光 线的交点中心 7×7 个点作为标定需要的靶标特征点。 1.特征点在靶标平面内的实际坐标 以选用的第一个特征点为中心，以靶标的水平线和垂直线为坐标轴，建立靶标坐标系。 因为靶标的加工精度很高为±0.5μm，因此可以用靶标的设计尺寸来计算特征点的实 际坐标。 2.特征点在图像坐标系中的像素坐标 特征点坐标的获取如图 所示，首先拟合特征点 周围的 4 个完整的不透光方块的边缘直线段 1～8 的直线方程，再求出两相交直线