1第一部第一章光电成像技术概论
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▪ 首先是灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； ▪ 其次是分辫力的限制，没有足够的视角和对比就难以辫认； ▪ 又有时间上的限制，已变化过的景象无法留在视觉上； ▪ 还有光谱的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区敏感。
▪ 总之，人类的直观视觉只能有条件的提供图像信息。
▪ 在很早以前人类就为开拓自身的视见能力而进行 了探索。取得了不少有成效的进展。
▪ 1976年又相继研制出灵敏度更高，成本更低 的硒靶管(Saticon)和硅靶管(Siticon)，以不 断满足人们对图像传感器日益增长的需要。
▪ 1970年，美国贝尔电话实验室玻伊尔与 Smith开拓出一种具有自扫描功能的电荷耦 合器件，使图像传感器从真空电子束扫描方 式发展成为固体自扫描输出方式。从而使电 视技术有质的飞跃。尤其在发展红外CCD方 面所开拓的凝视红外热成像技术，已成为人 类目前扩展视见能力的最有效手段。
显示与成像
显示与成像
▪ 成像---光电成像是一门研究光电成像的转
换、增强、传输和贮存的学科---光电成像 技术。 ▪ 成像系统是将客观世界中的信息以各种方 式转换成图像信息的科学系统。
▪ 成像：提高了认识世界探求自然真理的能 力，丰富了人类的视觉世界，改变了人们 的生活方式。
▪ 显示---从光源发出的光经调制加载信号后
▪ 灯具的出现，改善了人类夜晚的照明环境。 ▪ 望远镜的出现，为人类延伸了视见距离。 ▪ 显徽镜的应用，为人类观察微小物体提供了方便。
▪ 可是，在扩展视见光谱范围和视见灵敏度方面却 经历 了漫长时间，才有所进展。
▪ 这一进展是由光电成像技术所开拓பைடு நூலகம்。
▪ 目前光电成像技术已成为信息时代的重要技术领 域。
▪ 在此基础上于1929年科勒(Koller)制成了第一个 实用的光电发射体— 银氧艳光阴极。随后利用这 一技术研制成功了红外变像管。实现了将不可见 的红外图像转换成可见光图像。相继又出现了紫 外变像管和X射线变像管，从而使人类的视见光 谱范围获得了更有成效的扩展。
▪ 30年代，人类致力于电视技术的研究； ▪ 在1934年就成功地研制出光电摄像管
光电成像技术的必要性
▪ 光电成像技术为人类有效地扩展了自身的视觉能力。
▪ 第一，可以扩展人眼对微弱光图像的探测能力； ▪ 第二，可以将超快速现象存储下来； ▪ 第三，可以开拓人眼对不可见辐射的接收能力； ▪ 第四，可以捕捉人眼无法分辨的细节。
经典光学方法可以解决所有这些问题吗？
1、1 光电成像技术的产生及发展
▪ 第二，要扩展人眼对电磁波波段的敏感范围。已制成 将红外线、紫外线和 X射线的光图像转换成可见光图 像的直视式或电视式光电子学装置。利用这些原理还 可以扩展到观察中子和其他带电粒子所形成的图像。
▪ 第三，要扩展人眼对光学过程的时间分辨本领，例如 已经做到在几十飞秒（1015 秒）内就可观察到信息的 变化。
▪ 光电成像原理是在人类探索和研究光电效 应的进程中产生和发展的。
▪ 1873年，W. Smith 发现了光电导现象； ▪ 1900年，普朗克提出光的量子属性； ▪ 1916年，爱因斯坦完善了光与物质内部电
子能态相互作用的量子理论；
▪ 人类从此揭示了内光电效应的本质。
▪ 在相继的大量研究工作中，伴随着近代物 理学的发展建立了半导体理论和研制出各 类光电器件。
人眼的视觉缺陷
▪ 第一，有限的视见光谱域
看不见红外图像和紫外图像
▪ 第二，有限的视见灵敏域
光线太暗的地方能见度不高
▪ 第三，有限的视见分辨率
目标太小了看不清楚
▪ 第四，对视觉信号无记忆能力
看过但是不记得
▪ 人眼的局限性大大地限制了人类获得光信息的 能力，因而需要扩展人眼的功能。
▪ 第一，要扩展人眼在低照度下的视觉能力，提供各种 夜视装备以便能在低照度下进行科研和生产活动，或 在夜间进行侦察和战斗。
(Iconoscope)，用于室内、外的广播电视摄像。 但是，它的灵敏度很低，信噪比很低，需要高于 10 000 lx的照度才能获得较为清晰的图像，使它 的应用受到限制。
▪ 现代图像与视频技术，经历了长久的发展历史
▪ 1947年研制出的超正析像管(Imaige Orthico)的 灵敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000 lx 以上。
通过传输媒质到接收端，接收端再将所需 信息解调并以图像、图形、数码、字符等 形式提供给人们以视觉上的感受。这一技 术称为显示技术---光电显示技术。
课程内容安排
▪ 光电成像系统概论 ▪ 光学基础知识(几何光学\ 光学元件) ▪ 光学系统 (放大镜\显微镜\望远镜) ▪ 光电成像器件(摄像管\CCD\CMOS\微通道板\图像
▪ 由此导致内光电效应的广泛应用。开拓了 人类探测光子的技术手段，为扩展视见光 谱范围创造了基本条件。
▪ 人类在探索内光电效应的同时也探索了外 光电效应。
▪ 1887年由赫兹 (Hertz)首先发现了紫外辐射 对放电过程的影响。第二年哈尔瓦克 (Hallwacks)实验证实了紫外辐射可使金属 表面发射负电荷。其后由斯托列托夫 、勒 纳 和爱因斯坦相继建立了光电发射的基本 定律。
▪ 1954年投放市场的高灵敏摄像管(Vidicon)基本 具有了成本低，体积小，结构简单的特点使广播 电视事业和工业电视事业有了更大的发展。
▪ ▪ 1965年推出的氧化铅摄像管(Plumbicon)成功地
取代了超正析像管，发展了彩色电视摄像机，使 彩色广播电视摄像机的发展产生了一次飞跃，诞 生了1英寸、1／2英寸，甚至于1／3英寸(8mm) 靶面的彩色摄像机。然而，氧化铅摄像管抗强光 的能力低，余辉效应影响了它的采样速率。
增强器) 的结构、工作原理、特性参数及应用
▪ 显示系统概论 ▪ 光的基础知识 ▪ 显示器件的结构、工作原理 、工艺流程、特性参
数、材料及应用(CRT\LCD\LED\ OLED \ PDP \LPD \VFD \电子纸和投影显示DLP等)
第一部 第一章 成像概论
▪ 现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文 明生存和发展的基本需要。据统计，通过人眼获取的 信息占人类能够获取的信息的80％以上。但是由于视 觉性能的限制，通过直接观察所获得的图像信息是有 限的。
▪ 总之，人类的直观视觉只能有条件的提供图像信息。
▪ 在很早以前人类就为开拓自身的视见能力而进行 了探索。取得了不少有成效的进展。
▪ 1976年又相继研制出灵敏度更高，成本更低 的硒靶管(Saticon)和硅靶管(Siticon)，以不 断满足人们对图像传感器日益增长的需要。
▪ 1970年，美国贝尔电话实验室玻伊尔与 Smith开拓出一种具有自扫描功能的电荷耦 合器件，使图像传感器从真空电子束扫描方 式发展成为固体自扫描输出方式。从而使电 视技术有质的飞跃。尤其在发展红外CCD方 面所开拓的凝视红外热成像技术，已成为人 类目前扩展视见能力的最有效手段。
显示与成像
显示与成像
▪ 成像---光电成像是一门研究光电成像的转
换、增强、传输和贮存的学科---光电成像 技术。 ▪ 成像系统是将客观世界中的信息以各种方 式转换成图像信息的科学系统。
▪ 成像：提高了认识世界探求自然真理的能 力，丰富了人类的视觉世界，改变了人们 的生活方式。
▪ 显示---从光源发出的光经调制加载信号后
▪ 灯具的出现，改善了人类夜晚的照明环境。 ▪ 望远镜的出现，为人类延伸了视见距离。 ▪ 显徽镜的应用，为人类观察微小物体提供了方便。
▪ 可是，在扩展视见光谱范围和视见灵敏度方面却 经历 了漫长时间，才有所进展。
▪ 这一进展是由光电成像技术所开拓பைடு நூலகம்。
▪ 目前光电成像技术已成为信息时代的重要技术领 域。
▪ 在此基础上于1929年科勒(Koller)制成了第一个 实用的光电发射体— 银氧艳光阴极。随后利用这 一技术研制成功了红外变像管。实现了将不可见 的红外图像转换成可见光图像。相继又出现了紫 外变像管和X射线变像管，从而使人类的视见光 谱范围获得了更有成效的扩展。
▪ 30年代，人类致力于电视技术的研究； ▪ 在1934年就成功地研制出光电摄像管
光电成像技术的必要性
▪ 光电成像技术为人类有效地扩展了自身的视觉能力。
▪ 第一，可以扩展人眼对微弱光图像的探测能力； ▪ 第二，可以将超快速现象存储下来； ▪ 第三，可以开拓人眼对不可见辐射的接收能力； ▪ 第四，可以捕捉人眼无法分辨的细节。
经典光学方法可以解决所有这些问题吗？
1、1 光电成像技术的产生及发展
▪ 第二，要扩展人眼对电磁波波段的敏感范围。已制成 将红外线、紫外线和 X射线的光图像转换成可见光图 像的直视式或电视式光电子学装置。利用这些原理还 可以扩展到观察中子和其他带电粒子所形成的图像。
▪ 第三，要扩展人眼对光学过程的时间分辨本领，例如 已经做到在几十飞秒（1015 秒）内就可观察到信息的 变化。
▪ 光电成像原理是在人类探索和研究光电效 应的进程中产生和发展的。
▪ 1873年，W. Smith 发现了光电导现象； ▪ 1900年，普朗克提出光的量子属性； ▪ 1916年，爱因斯坦完善了光与物质内部电
子能态相互作用的量子理论；
▪ 人类从此揭示了内光电效应的本质。
▪ 在相继的大量研究工作中，伴随着近代物 理学的发展建立了半导体理论和研制出各 类光电器件。
人眼的视觉缺陷
▪ 第一，有限的视见光谱域
看不见红外图像和紫外图像
▪ 第二，有限的视见灵敏域
光线太暗的地方能见度不高
▪ 第三，有限的视见分辨率
目标太小了看不清楚
▪ 第四，对视觉信号无记忆能力
看过但是不记得
▪ 人眼的局限性大大地限制了人类获得光信息的 能力，因而需要扩展人眼的功能。
▪ 第一，要扩展人眼在低照度下的视觉能力，提供各种 夜视装备以便能在低照度下进行科研和生产活动，或 在夜间进行侦察和战斗。
(Iconoscope)，用于室内、外的广播电视摄像。 但是，它的灵敏度很低，信噪比很低，需要高于 10 000 lx的照度才能获得较为清晰的图像，使它 的应用受到限制。
▪ 现代图像与视频技术，经历了长久的发展历史
▪ 1947年研制出的超正析像管(Imaige Orthico)的 灵敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000 lx 以上。
通过传输媒质到接收端，接收端再将所需 信息解调并以图像、图形、数码、字符等 形式提供给人们以视觉上的感受。这一技 术称为显示技术---光电显示技术。
课程内容安排
▪ 光电成像系统概论 ▪ 光学基础知识(几何光学\ 光学元件) ▪ 光学系统 (放大镜\显微镜\望远镜) ▪ 光电成像器件(摄像管\CCD\CMOS\微通道板\图像
▪ 由此导致内光电效应的广泛应用。开拓了 人类探测光子的技术手段，为扩展视见光 谱范围创造了基本条件。
▪ 人类在探索内光电效应的同时也探索了外 光电效应。
▪ 1887年由赫兹 (Hertz)首先发现了紫外辐射 对放电过程的影响。第二年哈尔瓦克 (Hallwacks)实验证实了紫外辐射可使金属 表面发射负电荷。其后由斯托列托夫 、勒 纳 和爱因斯坦相继建立了光电发射的基本 定律。
▪ 1954年投放市场的高灵敏摄像管(Vidicon)基本 具有了成本低，体积小，结构简单的特点使广播 电视事业和工业电视事业有了更大的发展。
▪ ▪ 1965年推出的氧化铅摄像管(Plumbicon)成功地
取代了超正析像管，发展了彩色电视摄像机，使 彩色广播电视摄像机的发展产生了一次飞跃，诞 生了1英寸、1／2英寸，甚至于1／3英寸(8mm) 靶面的彩色摄像机。然而，氧化铅摄像管抗强光 的能力低，余辉效应影响了它的采样速率。
增强器) 的结构、工作原理、特性参数及应用
▪ 显示系统概论 ▪ 光的基础知识 ▪ 显示器件的结构、工作原理 、工艺流程、特性参
数、材料及应用(CRT\LCD\LED\ OLED \ PDP \LPD \VFD \电子纸和投影显示DLP等)
第一部 第一章 成像概论
▪ 现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文 明生存和发展的基本需要。据统计，通过人眼获取的 信息占人类能够获取的信息的80％以上。但是由于视 觉性能的限制，通过直接观察所获得的图像信息是有 限的。