现代光电成像技术概论 第1章 绪论

1、第第1章章 绪论绪论唐佳禄唐佳禄电子科学与技术系，电气与信息工程学院，光电子成像技术的意义和作用光电子成像技术的意义和作用n神奇的人眼视觉机器人局限性神奇的人眼视觉机器人局限性n光电子成像系统的物理功能及技术特点光电子成像系统的物理功能及技术特点n光电子成像系统的构成、工作原理及工作模式光电子成像系统的构成、工作原理及工作模式n光电子成像器件和显示器件的一般原理光电子成像器件和显示器件的一般原理Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang2March, 2014人眼视觉系统工作原理人眼视觉系统工作原理Heilongjiang In

2、stitute of Technology, China Jialu Tang3March, 2014人眼视觉系统工作原理人眼视觉系统工作原理Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang4March, 2014Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang5March, 2014人眼视觉局限性人眼视觉局限性n光谱响应范围有限：只能分辨可见光（红橙黄绿光谱响应范围有限：只能分辨可见光（红橙黄绿青蓝紫，青蓝紫，0.380.76km）；）；n时间响应速度有限：只能分辨静止或运

3、动速度很时间响应速度有限：只能分辨静止或运动速度很慢的目标，时间分辨率几十毫秒级；慢的目标，时间分辨率几十毫秒级；n照度动态范围有限：只能在白天有正常的视力，照度动态范围有限：只能在白天有正常的视力，照度范围照度范围10105lx；n空间分辨能力有限：正常照度下，正常视觉角分空间分辨能力有限：正常照度下，正常视觉角分辨能力辨能力1分（分（1度度=60分），对再远或细节再小的分），对再远或细节再小的目标就无能为力了。目标就无能为力了。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang6March, 2014光电子成像系统的技术特点光电子成

4、像系统的技术特点n宽光谱响应宽光谱响应n大动态范围昼夜兼容大动态范围昼夜兼容n快响应速度快响应速度n远距离传输远距离传输nHeilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang7March, 2014光学仪器的分类光学仪器的分类n光学成像仪器：显微镜、望远镜和照相机及各类光学成像仪器：显微镜、望远镜和照相机及各类光电子成像系统；光电子成像系统；n光谱分析仪器：棱镜光栅光谱仪器，傅里叶变光谱分析仪器：棱镜光栅光谱仪器，傅里叶变换光谱仪等；换光谱仪等；n光学计量仪器：长度、角度、平直度、表面粗糙光学计量仪器：长度、角度、平直度、表面粗糙度、光学

5、、光度、光谱计量设备；度、光学、光度、光谱计量设备；n光学测试仪器：测量显微镜、工具显微镜、侧角光学测试仪器：测量显微镜、工具显微镜、侧角仪、经纬仪、象限仪、水准仪等。仪、经纬仪、象限仪、水准仪等。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang8March, 2014光电子成像系统的分类光电子成像系统的分类n按光谱响应波段划分按光谱响应波段划分红外、微光、可见光红外、微光、可见光n按使用目的划分按使用目的划分观察系统、瞄准系统、测距系统观察系统、瞄准系统、测距系统Heilongjiang Institute of Technolog

6、y, China Jialu Tang9March, 2014成像过程：被观察景物的辐射或反射图像信息，通成像过程：被观察景物的辐射或反射图像信息，通过一定传输介质的衰减后，由过一定传输介质的衰减后，由PEI系统光学物镜聚系统光学物镜聚焦成像到光电子成像（焦成像到光电子成像（PEI）器件的光敏面上，借）器件的光敏面上，借助助PEI器件特有的光电转换、倍增、处理和显示等器件特有的光电转换、倍增、处理和显示等功能，可以把人眼不可见或不易见的微弱光、红外功能，可以把人眼不可见或不易见的微弱光、红外光、紫外光、光、紫外光、X光、光、光及其他电磁辐射下的静态和光及其他电磁辐射下的静态和动态景物，变为可见

7、图像。动态景物，变为可见图像。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang10March, 2014光电子成像系统的构成、工作原理光电子成像系统的构成、工作原理目标大气物镜成像器件n直视工作模式直视工作模式n电视工作模式电视工作模式n电脑可视化重构工作模式电脑可视化重构工作模式Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang11March, 2014光电子成像系统的工作模式光电子成像系统的工作模式n直视工作模式：指直视工作模式：指PEI期间输出的图像通过目镜期间输出的图像

8、通过目镜或放大镜，直接提供人眼观察，例如各种观察镜或放大镜，直接提供人眼观察，例如各种观察镜、瞄准镜、夜视眼镜等。、瞄准镜、夜视眼镜等。直视工作模式直视工作模式Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang12March, 2014电视工作模式电视工作模式Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang13March, 2014n电视工作模式：指电视工作模式：指PEI器件输出的图像通过光学器件输出的图像通过光学的、光纤的或其他手段，传递到电视摄像器件（的、光纤的或其他手段，

9、传递到电视摄像器件（如如CCD）上，并转换为监视器上显示的可见光图）上，并转换为监视器上显示的可见光图像，共人们观察和分析；或者像，共人们观察和分析；或者PEI器件本身就是器件本身就是视频器件，它们直接提供视频图像。已于处理、视频器件，它们直接提供视频图像。已于处理、压缩、传输。压缩、传输。电脑可视化重构工作模式电脑可视化重构工作模式n电脑可视化重构工作模式：指的是它不直接从电脑可视化重构工作模式：指的是它不直接从PEI器件的输出端取得图像信号，而是根据大量器件的输出端取得图像信号，而是根据大量已知的及测得的数据矩阵，或作者的经验及灵感已知的及测得的数据矩阵，或作者的经验及灵感，按照被考察物理

10、量与再现图像细节，按照被考察物理量与再现图像细节-灰度灰度-色彩色彩-投影等参数相关的数理模型，通过电脑重构出来投影等参数相关的数理模型，通过电脑重构出来的一幅幅三维图像。的一幅幅三维图像。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang14March, 2014光电子成像器件和显示器件的一般原理光电子成像器件和显示器件的一般原理n固体光电子成像器件成像原理固体光电子成像器件成像原理n真空管电子成像器件成像原理真空管电子成像器件成像原理n图像显示器件成像原理图像显示器件成像原理Heilongjiang Institute of Tec

11、hnology, China Jialu Tang15March, 2014固体光电子成像器件成像原理固体光电子成像器件成像原理n图像显示器件成像原理：其结构形式是单元探测图像显示器件成像原理：其结构形式是单元探测器、线阵列探测器或面阵列探测器；工作原理基器、线阵列探测器或面阵列探测器；工作原理基于半导体内光电效应，即光生伏特或光电导效应于半导体内光电效应，即光生伏特或光电导效应，工作时，将光敏面上的景物辐射图像转换为各，工作时，将光敏面上的景物辐射图像转换为各像素上与输入光子数成正比的光生电荷（光电压像素上与输入光子数成正比的光生电荷（光电压、光电导）信号，然后在内外驱动信号的控制下、光电导

12、）信号，然后在内外驱动信号的控制下，按照一定的电视制式，逐帧逐行扫描，输出视，按照一定的电视制式，逐帧逐行扫描，输出视频信号。频信号。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang16March, 2014固体光电子成像器件成像原理固体光电子成像器件成像原理n例：数码相机成像原理例：数码相机成像原理Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang17March, 2014电信号的后端通过AD进来量化，方便进行DSP处理。真空管电子成像器件成像原理真空管电子成像器件成像原理n

13、真空管电子成像器件结构：形式多为超高真空象真空管电子成像器件结构：形式多为超高真空象增强器模式，内含光阴极、微通道板（增强器模式，内含光阴极、微通道板（MCP）、）、荧光屏、电子光学透镜和集成高电压电源等。荧光屏、电子光学透镜和集成高电压电源等。n真空管电子成像器件成像原理：基于半导体外光真空管电子成像器件成像原理：基于半导体外光电效应，即利用不同光谱响应光阴极的外光电子电效应，即利用不同光谱响应光阴极的外光电子效应，把输入到其光敏面上的景物辐射或反射图效应，把输入到其光敏面上的景物辐射或反射图像，转换为各像素上与输入光子数成正比例的真像，转换为各像素上与输入光子数成正比例的真空光电子图像。空

14、光电子图像。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang18March, 2014真空管电子成像器件成像原理真空管电子成像器件成像原理n例：光电倍增管例：光电倍增管Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang19March, 2014图像显示器件成像原理图像显示器件成像原理nLCD成像原理：液晶面板是以液晶材料为基本组成像原理：液晶面板是以液晶材料为基本组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。当通固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。当通电时，液晶排列变的有秩序，使光线容易通过；电时，液晶