第七章：光电成像技术

2024/11/811光电成像器件的发展近年来，利用光电成像器件构成图像传感器进行光学图像处理与图像测量已成为现代光学仪器、现代测控技术的重要发展方向。它广泛应用于遥感、遥测技术、图形图像测量技术和监控工程等，成为现代科学技术的重要组成部分。2024/11/821934年研制出光电像管，应用于时内外的广播电视摄像。它的灵敏度相当低，要达到现在图像信噪比的要求，需要不低于10000lx的照度，这是它的应用范围受到很大限制。1947年超正析摄像管面世，使最低照度降至2000lx。1954年灵敏度较高的视像管投入市场。其成本低，体积小，灵敏度和分辨率都较高，但不是适用于高速场合和彩色应用。2024/11/831965年，氧化铅管成功代替正析摄像管，广泛应用于彩色电视摄像机。它使彩色电视广播摄像机的发展产生了一个飞跃。1976年前后，又相继出现灵敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。1970年，美国贝尔实验室发表电荷耦合器件（CCD）原理，从此光电成像器件的发展进入了一个新的阶段——CCD固体摄像器件的发展阶段。2024/11/842光电成像器件的类型

一、扫描型真空电子束扫描型光电型：光电导式和光电发射式热电型：热释电摄像管固体自扫描型：电荷耦合摄像器件

2024/11/85扫描型光电成像器件又称为摄像器件。这种器件通过电子束扫描或自扫描方式将被设景物将光学系统成像在器件光敏面上的二维图像转变为一维时序电信号输出出来。这种运载图像信息的一维时序信号称为视频信号。2024/11/86二、非扫描型：直视型电真空像管 红外变像管变相管 紫外变像管

X射线变像管 串联式像增强管像增强管 级联式像增强管 微通道板式像增强管负电子亲和势阴极摄像管2024/11/873、光电成像器件的基本特征一、光谱响应二、线性三、空间分辨率2024/11/884光电成像原理系统由光学像系统、光电变换系统、图像分割、同步扫描和控制系统、视频信号处理系统、荧光屏显示系统等构成。2024/11/89$5、电视制式1．电视图像的宽高比：观测试验得，W:H=4:32．帧频与场频：电影画面重复频率不得低于每秒48次。电影采用每秒投影24幅画面，两幅之间用遮光伐挡一次。电视场采用隔行扫描，奇数场/偶数场，两场合为一帧。即场频50Hz，帧频25Hz。PAL制式，每帧画面625行，行正程52us，行逆程12us。NTSC制式60Hz.2024/11/810光电导型真空摄像管2024/11/811二、光电发射型摄像管2024/11/812电荷耦合器件Charge-CoupledDevices1970年由贝尔实验室首先研制出来。特点：体积小、重量轻、灵敏度高、寿命长、功耗低、动态范围大。主要应用领域：摄像、信号处理、存储、测量方位测量、遥感遥测、图像制导、图像识别传真、扫描仪、自动精密测量高分辨率、高可靠性、高准确度。2024/11/813P沟道型CCD原理金属-氧化物-半导体结构（MOS)在外加电场作用下，半导体中空穴被推离界面，形成表面势井；光照产生的电子填充势井，使势井变浅。势井变化率与光生载流子成正比。势井中的电子在交替变化的电位作用下耦合到下一个势井中，顺序移出。2024/11/8142024/11/8152024/11/8162024/11/8172024/11/818单沟道线阵CCD2024/11/819双沟到线阵CCD2024/11/8202024/11/8212024/11/822四、像管成像物理过程：（三个环节）微弱的光或不可见的输入辐射图像转换成电子图像（光阴极完成）电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像（电子光学系统）将增强的电子图像转换成可见光的图像（荧光屏）2024/11/8231．辐射图像的光电转换：利用外光电效应。光敏面采用光电发射型材料。发射的电子流分布正比于人射的辐射通量分布。由此完成辐射图像转换为电子图像的过程。2．电子图像增强：电场加速或微通道板中二次电子发射。2024/11/8243电子图像的发光显示高能电子轰击荧光屏，发出可见光。荧光屏是利用掺杂的晶态磷光体受激发光。2024/11/825五、像管的主要结构类型近贴式静电聚焦倒像式（单级，多级）电磁复合聚焦带微通道板的像管（第二代，2，3之上）负电子亲和势像管（