光电成像系统原理
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。
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。
光电成像原理 02
§1.2 光电成像对视见光谱阈的延伸《光电成像原理》赵新彦南京邮电1《光电成像原理》赵新彦南京邮电5(,)(,)exp()(,)(,)exp()E r t E r j t d B r t B r j t d ωωωωωω⎧=⎪⎨=⎪⎩∫∫r r r r 表明：物空间的场分布与像空间的场分布的定量关系；广泛的电磁波都具有同一的传播规律。
结论：全部波段电磁波都可成为图像信息的载体。
2．证明广泛的（各种频率的）电磁波都具有同一的传播规律2222[](,)0[](,)0E r B r μεωωμεωω⎧∇+=⎨∇+=⎩r r 和的付氏变换和分别满足亥姆霍兹（）方程：(,)E r t r (,)H r t r (,)E r ωr (,)H r ωr Helmholtz 由方程和波动方程，可得波动方程的通解：Helmholtz《光电成像原理》赵新彦南京邮电72.短波限制：波长极短的辐射具有极强的穿透能力，难以在普通条件下聚焦成像。
光谱短波限：X射线、射线（10-11～10-12m）γγ亚毫米波、红外辐射、可见光、紫外辐射、X射线、射线光电成像的有效波谱区：无线电超短波射线γ§1.3 光电成像对视见灵敏阈的延伸弱光图像光电变换增强强光图像图像探测灵敏阈：图像探测的极限值探测景物细节的因素：1.景物细节的辐射亮度；2.景物细节对光电成像系统接收孔径的张角；3.景物细节与背景之间的辐射对比度。
图像探测特性曲线：选定某一确定的辐射对比度，然后测定可探测到的图像细节的最小张角与最低辐射亮度的关系曲线。
定量表示了该光电成像系统的图像探测灵敏度。
图像探测方程：图像探测特性曲线的解析表达式图像信号与图像噪声的概念图像探测方程光电成像对视见灵敏阈的扩展《光电成像原理》赵新彦南京邮电8§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。
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。
光学系统的成像与图像处理技术
光学系统的成像与图像处理技术光学系统的成像与图像处理技术是现代科学与技术领域中重要的研究领域之一。
光学在图像传感、成像、显示以及图像处理等方面有着广泛的应用。
本文将从光学系统的成像原理、图像传感和处理技术三个方面进行探讨，以展现光学系统在图像技术领域的重要性和应用前景。
第一部分：光学系统的成像原理光学系统的成像是指通过透镜或其它光学元件将物体上的光线捕捉并投射到成像面上，形成一个准确、清晰的图像。
光学系统的成像原理主要基于光的传播、折射和反射规律，利用光的波动性和光线的几何性质来实现。
在光学系统中，透镜起着重要的作用。
透镜的形状、曲率以及材料的折射率都会影响成像的质量。
通过透镜对光线进行聚焦或发散，可以改变光线的传播方向和角度，从而实现物体的成像。
此外，成像的清晰度还与透镜的径向畸变、球面畸变等光学误差有关，因此，在光学系统设计中需要考虑这些因素，以提高成像质量。
第二部分：图像传感技术图像传感技术是指通过光电子器件对光信号进行转换和处理，将光学信息转化为电信号，以实现图像的获取与记录。
现代图像传感器主要包括CCD（Charge-coupled Device）与CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两大类。
CCD传感器是将光信号转换为电荷信号，通过逐行读出的方式获取图像信息，具有高灵敏度和较低的噪声特点。
它的工作原理是光子通过感光元件的光电效应转化为电子，并通过电荷耦合技术逐行传输至输出端。
然后，将电荷信号转换为电压信号，再经过放大和模数转换，最终形成一幅图像。
CMOS传感器则是通过电荷—电压转换直接输出图像信号，具有低功耗和集成度高等优势。
第三部分：图像处理技术图像处理技术是指通过对图像进行数字化和算法处理，以提取、分析和改善图像的特征，实现对图像的增强和优化。
目前，图像处理技术已在医学图像、遥感图像、安防图像等领域得到广泛应用。
其中，图像增强是图像处理的一个重要分支，通过对图像的对比度、亮度或色彩进行调整，以改善图像的可视化效果。
简述一个成像系统的成像原理或流程
简述一个成像系统的成像原理或流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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光电探测器成像原理
光电探测器成像原理光电探测器是一种用于光学成像的设备，通过接收光信号并将其转化为电信号，实现对光的探测和成像。
光电探测器成像原理是基于光的电磁特性和光电转换效应。
光电探测器成像的基本原理是利用光电效应将光信号转化为电信号。
光电效应是指当光照射到光电探测器的光敏材料上时，光子的能量被电子吸收，使电子获得足够的能量跳出原子轨道，产生自由电子和空穴。
自由电子和空穴的移动形成电流和电压信号，最终被检测器接收和处理。
光电探测器的核心部件是光敏元件，其中最常用的是光电二极管（Photodiode）和光电倍增管（Photomultiplier Tube）。
光电二极管是一种半导体器件，其结构类似于普通二极管，但在P-N结附近引入了光敏材料，如硅（Si）或锗（Ge）。
当光子照射到光电二极管上时，光子的能量被光敏材料吸收，产生电子和空穴对。
由于二极管的正向偏置，电子和空穴受到电场的作用而分别向P区和N区移动，形成电流。
通过测量电流的大小可以得到光的强度信息。
光电倍增管是一种高灵敏度的光电探测器，其工作原理是利用光电效应和电子倍增效应。
光电倍增管由光阴极、电子倍增器和阳极组成。
当光子照射到光阴极上时，光电效应使光阴极产生光电子。
这些光电子会经过电子倍增器，其中的电子会不断地与倍增器中的材料相互碰撞，产生更多的电子。
最终，产生的电子会被聚焦到阳极上，形成电流信号。
光电倍增管具有高增益和高灵敏度的特点，适用于低强度光信号的探测和成像。
光电探测器的成像过程是将光信号转化为电信号，并通过电子学系统进行信号处理和图像重构。
光电二极管和光电倍增管在成像应用中具有广泛的应用。
光电二极管成像系统通常使用光电二极管阵列，通过多个光电二极管接收光信号，实现对目标物体的成像。
光电倍增管成像系统通常使用单个光电倍增管，通过调节光阴极的位置和形状，实现对光信号的成像。
光电探测器成像技术在许多领域有着广泛的应用，如光学测量、遥感、医学成像等。
在光学测量中，光电探测器可以实现对光信号的精确测量，用于光强度、光强分布等参数的测量。
光电成像原理-第五章 直视型电真空成像物理
像管中常用的电子光学系统有： 纵向均匀静电场的投射成像系统； 轴对称的静电聚焦成像系统； 准球对称的静电聚焦成像系统； 旋转对称的电磁场复合聚焦成像系统等。 二代像管中常使用微通道板(MCP),利用二次电子 发射来实现电子流密度的倍增，从而实现.3
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在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，常常 用光学纤维面板将完全相同的像增强器进行多级耦 合，因此像增强器的输入窗和输出窗多由光学纤维 面板制成，以便将球面像转换为平面像，完成极间 耦合。由于每级像增强器都成倒像，故为获得正像， 耦合级数多为奇数，通常为三级。三级级联的像增 强器也称为第一代像增强器。
电子图像的发光显示
为把光电子图像转换成可见的光学图像，通常 需要使用荧光屏。像管中常用的荧光屏材料有多 种，基本材料是金属的硫化物、氧化物或硅酸盐 晶体等，掺杂后具有发光特性。 实验证明，荧光屏由高速电子激发发光的亮度 除与发光材料的性质有关外，主要取决于入射电 子流的密度和加速电压值。当像管中光电子图像 的加速电压一定时，荧光屏的发光亮度正比于入 射光电子流的密度。由此可知，像管的荧光屏可 以将光电子图像转换成可见的光学图像。
M L GL
L
EV
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3.背景特性 合适的亮度是人眼观察图像的必要条件，除了有用 的成像（信号）亮度以外，还存在一种非成像的附加 亮度，称之为背景（或背景亮度）。像管的背景包括 无光照射情况下的暗背景和因入射信号的影响而产生 的附加背景，称为信号感生背景（或光致背景）。暗 背景产生的主要原因是光阴极的热电子发射和颗粒引 起的场致发射。产生信号感生背景的主要原因是阴极 透射光、管内散射光、离子反馈、光反馈所致。 为了 反映背景对像管图像对比度的影响，引入两个参数： 等效背景照度和对比恶化系数。
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
光电成像原理与技术----总复习
光电成像技术的实现途径及应用 射线与X射线成像技术 射线成像技术 X射线成像技术
紫外成像技术 真空型紫外成像技术 紫外变像管 固体型紫外成像技术 紫外探测器
微光夜视技术
微光像增强器技术 像增强器、ICCD等 BCCD、EBCCD、EMCCD
近红外成像技术
真空型近红外成像技术 红外变像管 固体型近红外成像技术 CCD、红外探测器
光电转换器件作为光学成像系统图像接收器，构成光电成像系统， 该系统所涉及的理论知识和技术问题。光电转换器件是系统的核心
光电成像技术已深入到人们日常生活、国民经济、国防建设的各 个领域，是人类文明和发展的基本需要。
光电成像原理, P4
光电成像技术的意义和作用
信息获取是信息传输、处理、显示和存储的前 提，是人类认识客观世界的首要步骤。人类感知 世界首先靠自己的感觉器官，眼睛具有对信息并 行处理功能，它所获得的信息占总获得信息量的 80%以上。
固体成像器件
CCD成像器件
➢ 光敏面阵列、电荷耦 合转移电路构成的集 成块
图 3 IPX－VGA210－L型摄像机
帧/场转移面阵CCD摄像器件
光电成像原理, P27
固体成像器件
CMOS成像器件
➢ 光敏面阵列、二维移位寄 存器构成的集成块
1 光敏元阵列
CMOS像敏元阵列结构 1-垂直移位寄存器；2-水平移位寄存器； 3-水平扫描开关；4-垂直扫描开关；5-像 敏元阵列；6-信号线；7-像敏元。
出刚离去的飞机、坦克和人等所留下的热痕轮廓
计算机图像处理软件改善图像质量，且系统大都设置视频输出，便于通 过电视观察、录象和与通用视频计算机接口系统的连接。
作
探
用
测
距
光电成像技术第六章直视型光电成像系统与
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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
光电成像原理与技术
光电成像原理与技术光电成像的基本原理是利用光敏材料的光电效应，将光信号转化为电信号。
光敏材料是指具有光敏感性的物质，包括光电导体、光电场效应材料和光电子材料等。
当光信号照射到光敏材料时，材料吸收光能，产生电子激发，从而形成电荷分布。
通过引入适当的电场或电势差，电荷分布就可以引起电流。
这样，光信号就被转化为电信号了。
根据光敏材料的不同特性，光电成像技术又可以分为直接式光电成像和间接式光电成像两种。
直接式光电成像技术是指将光信号直接转化为电信号的技术。
其中最常用的是光电导体，如硒鼓和硅光电导体。
硒鼓是一种灵敏度很高的光电导体材料，它在感光过程中形成的电荷分布可以被扫描读出，并转化为视频信号。
硅光电导体则是利用硅材料的光电效应，将光信号转化为电信号。
这类直接式光电成像器件广泛应用于摄像机、望远镜和医学成像设备等领域。
间接式光电成像技术是指将光信号先转化为能量或光的形式，然后再转化为电信号的技术。
其中最常用的是光电场效应材料，如光电耦合器件和光电二极管。
光电耦合器件是将光信号转化为电场信号的器件，它由光敏传感器和场效应管组成，通过光敏传感器将光信号转化为电流信号，再经过场效应管放大和调制，最终得到电信号。
光电二极管则是将光信号转化为电流信号。
这类间接式光电成像器件广泛应用于通信、传感和显示领域。
光电成像技术的发展使得我们能够更好地观察和分析光信号，从而提高了对光信号的解析能力。
现代光电成像技术已经发展到了高分辨率、高灵敏度和高速度的水平，逐渐应用于医学、军事、安防、航空航天等领域。
例如，在医学上，光电成像技术已经广泛应用于X射线摄影、核磁共振成像、超声成像等诊断设备中，大大提高了医学影像的清晰度和准确性。
总之，光电成像原理与技术作为一种将光信号转化为电信号的技术，为我们提供了全新的光学观察和分析手段。
随着科技的不断进步，光电成像技术将继续发挥其在各个领域的重要作用，为我们带来更多的科学发现和生活便利。
光电成像技术
是由于光强在二维空间不均匀分布而形成的，光电图像传 感器就是把这些光信号转变成二维“电气”图像 二维“电气”图像质量是由所用的光电传感器的性质决 定的 电子图像 超正析像管 光 电 图 电阻图像 摄像管 像 传 感 器 电荷图像 面阵CCD
二、光电成像系统的原理
显像部分的原理
显像部分要做的工作主要有两个：图像的分割和扫描
二、光电成像系统的原理
在日常生活中的光电成像技术应用最广 泛的有CCD和CMOS两种图像传感器
二、光电成像系统的原理
CCD(电荷耦合器件)是一种由时钟脉 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。根据电荷包存储方式的不同可以分 为表面沟道CCD器件（SCCD）和体沟道或 埋沟道CCD器件（BCCD）。
四、基本案例
CCD应用
CCD的光敏度比较高，而且价格也比较高，一般应用在遥 感、 图文传真机
四、基本案例
CMOS应用
计算里的可擦写芯片
四、基本案例
CMOS应用
早期的CMOS器件采用“被动单元”（无源）结构 不仅成像质量差而且电路性能也较差，无法与CCD相 比，不过后来出现“主动像元”（有源）结构不仅提 高了光电灵敏度、减少了噪声，而且在功能、功耗、 尺寸和价格等方面要由于CCD，所以应用越来越广泛。 CMOS成像器
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
二、光电成像系统的原理
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。
光电成像原理
光电成像原理
21
光电成像器件特性描述
表征光电转换能力：转换系数、灵敏度 表征时间响应的动态特性：惰性、脉冲响应函数、瞬时 调制传递函数 表征噪声特性：噪声特点、信噪比、噪声等效功率 表征图像分辨特性：分辨力、点扩散函数、光学传递函数
说明各项性能参数的物理意义 给出必要的数学描述
光电成像原理
22
光电成像器件的转换特性
特点
基于外光电效应，即光电发射效应
工作于真空环境下
光电成像原理
20
电视型光电成像器件 — 用于电视摄像和热成像系统中
大多基于内光电效应（光电导、光伏）、光
特点
热效应 将二维空间图像转换为一维视频信号 一维信号重现为二维图像需要显像装置 真空器件：光电摄像管、热释电摄像管……
电视型
固体器件：CCD、CMOS、IRFPA
分类
紫外 辐射特性 可见光 红外 微波
光电成像原理
全色 光谱 激光
18
工作模式
主动
被动
成像特点 凝视
挥扫 扫描 推扫
成像系统形式
折射
反射 折反射
光电成像原理
19
变像管：红外、紫外、X射线
光电成像器件 直视型 像增强器：电子倍增……
电视型
直视型光电成像器件 — 用于人眼直接观察的系统中 器件本身具有图像转换、增强及显示部分
R()~曲线称为光谱灵敏度曲线
光电成像原理
27
R、R以及R() 的关系
以电压响应为例
u R P
0 0
du dP
0
P R d
0
P d
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。
光电成像原理与技术第一节
欢迎来到光电成像原理与技术的第一讲。在这个系列中，我们将探讨光电成 像的定义和作用，基本原理和技术分类，应用领域，未来趋势以及挑战。让 我们开始吧！
光电成像的定义和作用
1 定义
2 作用
光电成像是利用光电探测器接收物体反射 或发射的光线，并将其转换为电信号，形 成图像的技术。
如超分辨、宽视角、3D成像等。
到成像光线不足、光照不均等问题。
总结和回顾
知识点
我们学习了光电成像的基本原理、技术分类、应 用领域、发展趋势、挑战和未来展望。
重要性
光电成像作为一种先进的检测技术，已广泛应用 在医学、安防、军事等领域，对提高生命健康和 保障社会安全起到了重要作用。
安防监控
摄像头、人脸识别系统、车辆识别系统、智 能物流等。
电视广播
数字电视、高清电视、超高清电视等。
光电成像的发展趋势
分辨率更高
高像素、高清晰度。
感知更全面
多频段、全波段、多通道。
处理更快速
大数据、深度学习、云计算。
光电成像技术的挑战和未来展望
1
展望
2
未来发展趋势是信息化、自动化、智 能化方向。也不断探索新的成像技术，
光电成像技术可以实现照相、电视、夜视、 红外成像、医学诊断、卫星拍照等众多领 域。
光电成像的基本原理
图像采集
光被透过光圈并打在成像器件上，就能产生电 信号。不同成像器件对光线的敏感程度不同。
图像处理
经过采集成像设备采集的图像，会被传输给图 像处理器进行图像去噪、压缩、锐化、增强等 处理。
图像输出
图像处理之后，输出到显示设备，如液晶显示 器，以便观察和分析，或者用于其他应用。
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 ′
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例
三相电极结构及电荷转移
1 1 2 2 33
一级 二级
1
2
3
4
5
6 P—Si t＝t1
三相电极结构
1
t＝t2
2 3
o t1 t2 t3 t4 (a ) 脉冲波形 t
(b )
t＝t3
t＝t4
电荷转移
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底，
光电成（摄）像系统的核心——光电成（摄） 像器件
例1：电视摄像管
例2：像素
3 固体摄像器件
固体摄像器件的功能：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。 固体摄像器件分类 电荷耦合器件（Charge Coupled Device—CCD） 自扫描光电二极管阵列（MOS）
光电成像原理
§0
光电成像概述
可见光光电成像系统
一、光电成像系统的分类
光电成像系统 (按对应的光 波长范围)
紫外光光电成像系统 红外光光电成像系统 X光光电成像系统
二、光电成像系统基本组成的框图
光源 光 光 光 信 信 信 信 信 号 号 号 号 光学系统 号 光电摄像器 件 物体 质 器) 显示器 人眼 (信 号 源 ) 传输介 (信 号 分析 器) (信号变换 背 噪 噪 背 声 声 景 景 噪 噪 声 声
工作频率一般在10MHz以下。
体内沟道（或埋沟CCD） BCCD（Bulk or Buried ChannelCCD） 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.
(b ) （b） 电注入
（e）电荷的输出
1 2 3
OG
CCD输出端结构
Io Uo RL
P—Si
N—Si
E
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 按结构分: 线阵CCD和面阵CCD 按光谱分: 可见光CCD、红外注入器件（Charge Injenction Device—CID）
7.11 电荷耦合摄像器件
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
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。 工作条件 瞬态和深度耗尽状态
可见光CCD: 黑白CCD、彩色CCD和微光CCD
（1）线阵CCD
a 线阵CCD可分为双沟道传输与单沟道传输两种结构.
转移栅
单沟道传输
转移栅
双沟道传输
b 线阵CCD摄像器件的结构
c 线阵CCPD摄像 器件的工作波形
两相线阵CCPD(光敏区为光 电二极管结构）摄像器件
（2）面阵CCD
a.行间转移结构
7.11.3 电荷检测（输出） (a) 检测电路 浮置扩散输出
(b) 信号电荷的检测
VDD 输出场效应管
输出 RL
3
输出栅
VOG
FD
V R RD
RD
复位漏
P-si
浮置扩散区
（d）脉冲波形
（d）电荷注入方法
P—Si
t ID n＋ Q＝ID t IG
1
2
3
1
P—Si
（a） 背面光注入 (a )
MOS电容
（2）电荷存储
例
衬底为P型硅构成的MOS电容
P型 MOS 光敏元 +
金属电极
sio2
P-si
金属电极加电压
7.11.2 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。 例
三相电极结构
三相表面沟道CCD 表面沟道器件--SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件
水平寄存器
存储区
（2）面阵CCD
b.帧转移结构
水平寄存器
（3）彩色CCD
目前主要有三片式和单片式两种 三片式彩色CCD
（3）彩色CCD
(a)拜尔式滤色器
单片式
(b)行间排列的滤色器