光电成像技术ppt

6.2.1 电荷耦合摄像器件
(3) 输出部分：将电荷信号转换为电压或电流信 号
§6.2 固体摄像器件分类及 性能
固体摄像器件的功能： 光学图像转换
电信号
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。
§6.2 固体摄像器件分类及 性能
固体摄像器件主要有三大类：
电荷耦合器件（Charge Coupled Device，即CCD）
互补金属氧化物半导体图像传感器（即CMOS）
电荷注入器件（Charge Injenction Device， 即CID）
目前，前两种用得较多，我们这里主要分析 CCD一种。
注：CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料 上 ,工作原理上没有区别。
§6.2 固体摄像器件分类及 CCD图像传感器的性优能势
§6.1 光电成像概述
2、成像特性——能分辨的光信号在空间和时 间方面的细致程度，对多光谱成像还包括它 的光谱分辨率 。 3、噪声方面——决定接收到的信号不稳定的 程度或可靠性。
4、信息传递速率方面—— 成像特性、噪声 信息传递问题，决定能被传递的信息量大小。
§6.1 光电成像概述
三、光电成像系统基本组成的框图
光源 光
光
信
信
号
号
光
信
信
信
号
号
号
物体 (信号源)
传输介质
光学系统 (信号分析器)
光电摄像器件 (信号变换器)
显示器
人眼
背
背
噪
噪
景
景
声
声
噪
噪
声
声
其中光电摄（成）像器件是光电成像系统的核心。
景物
光学成像
光电变换 图像分割 摄像部分
同步扫描 视频信号
传送
同步扫描 视频解调 图像再现
显像部分
光电成像系统原理方框图
§6.1 光电成像概述
一、光电成像系统的分类：
按照光电成像系统对应的光波长范围分 类： 可见光光电成像系统；
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。
§6.1 光电成像概述
二、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： 1、能量方面——物体、光学系统和接收器的 光度学、辐射度学性质，解决能否探测到目标 的问题 。
16
§6.2 固体摄像器件分类及
CCD发展史
性能
1969年，由美国的贝尔研究室所开发出来的。同年，日本的SONY公司也 开始研究CCD。 1973年1月，SONY中研所发表第一个以96个图素并以线性感知的二次元 影像传感器〝8H*8V (64图素) FT方式三相CCD〞。 1974年6月，彩色影像用的FT方式32H*64V CCD研究成功了。 1976年8月，完成实验室第一支摄影机的开发。 1980年，SONY 发表全世界第一个商品化的CCD摄影机 (编号XC-1) 。 1981年，发表了28万个图素的 CCD (电子式稳定摄影机MABIKA)。 1983年，19万个图素的IT方式CCD量产成功。 1984年，发表了低污点高分辨率的CCD。 1987年，1/2 inch 25万图素的 CCD，在市面上销售。 同年，发表2/3 inch 38万图素的CCD，且在市面上销售。 1990年7月，诞生了全世界第一台ห้องสมุดไป่ตู้V8。
CCD图像传感器的诞生和发展使人们进入了更为广 泛应用图像传感器的新时代。
具有固体器件所有优点；自扫 描输出方式消除了电子束扫描 造成的图像光电转换的非线性 失真，体积、重量、功耗和制 造成本是电子束摄像管无法达 到的。
§6.2
固体摄像器件分类及 性能 2009年诺贝尔奖物理学奖得主
Fig.1贝尔实验室George Smith和Willard Boyle将可 视电话和半导体存储技术结 合发明了CCD原型
6.2.1 电荷耦合摄像器件
• CCD（Charge Coupled Device）,是70 年代初发展起来的新型半导体光电成像器件。
• 30多年来， CCD技术已广泛的应用于 信号处理、数字存储及影像传感等领域。
•
其中，CCD技术在影像传感中的应用最为
广泛，已成为现代光电子学和测试技术中最活跃、
最富有成果的领域之一。
6.2.1 电荷耦合摄像器件
CCD的特点: 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。
6.2.1 电荷耦合摄像器件
一、电荷耦合器件的基本原理
1、CCD的基本结构：
（1）输入部分： 输入二极管（ID / Input diaode）、 输入栅（IG / Input Grid）
6.2.1 电荷耦合摄像器件
（2）MOS结构部分：
a. 以P型或N型硅半导体为衬底。 （本文以P型硅为例）
b. 在衬底上生长一层厚度为零点几个微米 的二氧化硅层。
c. 然后按一定的次序沉淀N个金属电极或多 晶硅电极，作为栅极。（栅极间的间距为2.5个 微米，中心距离为15-20个微米）
于是，每个电极与其下方的二氧化硅 和半导体之间就构成了一个 金属-氧化物-半导 体（Metal - Oxide - Semiconductor ）结构, 即MOS结构。
光电子技术基础
第6 章 光电成像系统
将美丽留驻？
实物
?
图像
图像采集和处理的过程，最基本的是要把实物尽 量真实地反映到虚拟的图像上
如何准确地描述一幅图像？
第6 章 光电成像系统
第6 章 光电成像系统
§ 6.1 光电成像概述 §6.2 固体摄像器件分类及性能 § 6.3 红外成像技术 § 6.4 光学成像系统和光学传递函数
§6.2 固体摄像器件分类及 性能
瑞典皇家科学院6日宣布，美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密 斯因发明电荷耦合器件（CCD）图像传感器而与“光纤之父”高锟一 同获得2009年诺贝尔物理学奖。
评委会赞扬博伊尔与史密斯1969年第一次成功地发明了数字成像技术， 工作于贝尔实验室的他们设计了一种影像传感器，可以将光在短时间 内转化为像素，为摄影技术带来“革命化”变革。“没有CCD，数码 相机的发展将更为缓慢。没有CCD，我们就不会看到哈勃太空望远镜 拍摄的令人诧异的图片，也不会看到我们的邻居火星上的红色沙漠图 像。”评委会说。