光电成像原理与技术第一节

周燕zhouyan@

王新伟wangxinwei@

电子电气与通信工程学院光电成像原理与技术光电成像原理与技术基本要求：1、考试：平时成绩30%，闭卷考试70%；2、参考书：白廷柱、金伟其，光电成像原理与技术，北京理工大学出版社向世明、倪国强，光电子成像器件原理，国防工业出版社安毓英、曾小东，光电探测原理，西安电子科技大学出版社王庆有，光电技术，电子工业出版社常本康、蔡毅，红外成像阵列与系统，科学出版社光电成像原理与技术Ch1:绪论什么是光电成像技术？光电成像技术沿革及应用光电成像器件分类与特性光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术距离选通三维计算成像应距离选通三维激光成像技术距离选通成像技术展望

Ch1（一）：什么是光电成像技术？1、光电成像技术定义？2、光电成像技术本质：扩展人眼的视觉特性光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术距离选通三维计算成像应距离选通三维激光成像技术距离选通成像技术展望

Ch2（一）：什么是光电成像技术？1、光电成像技术定义？胰腺癌光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术距离选通三维计算成像应距离选通三维激光成像技术距离选通成像技术展望

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Ch2（一）：什么是光电成像技术？1、光电成像技术定义？胰腺癌光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？1、光电成像技术定义？

以光电转换技术、光电子理论和半导体物理为基础，通过各类光电成像器件将目标的自然反射、辐射转换为图像的技术，称之为光电成像技术。光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术距离选通三维计算成像应距离选通三维激光成像技术距离选通成像技术展望

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：扩展人眼的视觉特性人眼视觉的局限性：空间时间灵敏度光谱分辨力80%信息来自于视觉

光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：扩展人眼的视觉特性

内蒙古呼伦贝尔可见光图像：

人眼对时间、空间的限制：突破时间、空间上的限制照相机光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：扩展人眼的视觉特性

照相机内蒙古呼伦贝尔

傍晚灰度图像：

人眼对灵敏度的限制：光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：扩展人眼的视觉特性

漆黑夜晚：照相机内蒙古呼伦贝尔

人眼对灵敏度的限制：光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：

漆黑夜晚：

微光夜视仪扩展人眼的视觉特性人眼对灵敏度的限制：光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：

漆黑夜晚：

内蒙古呼伦贝尔

激光夜视仪扩展人眼的视觉特性人眼对灵敏度的限制：光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：

漆黑夜晚：热像仪突破灵敏度的限制扩展人眼的视觉特性人眼对灵敏度的限制：光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？对于电磁场：Maxwell方程组得出结论：全部电磁波段都可以成像，像空间两点的距离大于衍射极限，可分辨出其间的光强分布，也就构成图像信息。成像分辨力决定于：

光电成像的波谱范围：亚毫米波、红外辐射、可见光、紫外辐射、x射线，r射线，突破了人眼光谱的限制！光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：

扩展人眼的视觉特性距离选通三维计算成像应距离选通三维激光成像技术距离选通成像技术展望不同的成像方式，对比度不同，成像的分辨力也不同。光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（一）：什么是光电成像技术？2、光电成像技术本质：

扩展人眼的视觉特性人眼对分辨力的限制：视场角不同，分辨率不同；内蒙古呼伦贝尔变焦夜视仪突破分辨力的限制光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术距离选通三维计算成像应——远距离，遥视；电视

Ch2（一）：什么是光电成像技术？小结：光电成像技术利用各种光电成像器件，完成成像过程的技术，同时延伸扩展人眼的视觉特性。延伸的人眼视觉特性：空间时间灵敏度分辨力光谱——存储；照相机——夜视；微光像增强器、热成像——小；荧光寿命显微成像，变焦激光夜视——非可见光，微波、红外等光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术距离选通三维计算成像应距离选通三维激光成像技术距离选通成像技术展望

Ch1（二）：光电成像技术沿革及应用1、光电成像的技术沿革2、光电成像技术实现的途径及应用光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用范围光电效应的理论：1873年：史密斯（W.Smith）首先发现了光电导现象；1887年：赫兹（Hertz）发现了紫外辐射对放电过程的影响，第二年哈尔瓦克（Hallwacks）试验证实了紫外辐射可以使金属表面发射负电荷，其后由斯托列托夫、勒纳(Lenard)和爱因斯坦相继完善了光电发射（外光电效应）的基本定律。1900年：普朗克（Planck）提出了光的量子特性；1916年：爱因斯坦（Einstein）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，获得了1921年诺贝尔物理奖。1、光电成像技术的历史沿革光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术1、光电成像技术的历史沿革变像管与像增强器：1929年：科勒（Koller）制成了银氧铯光阴极，从此出现了光电管；1934年：Л.А.

库别茨基提出光电倍增管的雏形；1936年：格利胥(Görlich)发现了锑铯光阴极；1955年：萨默(Sommer)研制了锑钾钠铯多碱光阴极；1963年：西蒙（Simon）提出了负电子亲和势光阴极理论，伊万思(Evans)等人成功研制了基于负电子亲和势的镓砷光阴极；

高量子效率的光阴极使得微光图像的增强技术达到实用化阶段，形成了现在各种各样的微光像增强器。

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用范围光电成像原理与技术距离选通三维计算成像技术1、光电成像技术的历史沿革电视摄像器件电真空类型：1934年：弗兰兹沃思(Fransworth)开发了基于光电像管的电视摄像机，照度：10000lx；1947年：超正析像管，照度：2000lx；1965年：氧化铅像管，灵敏度和分辨力很高；取代超正析像管，诞生了不同尺寸的彩色摄像机；固体摄像器件：1970年：玻伊尔和史密斯开发出了第一只电荷耦合器件，获得2009年度诺贝尔物理奖。近年来：互补金属氧化物导体（CMOS）的发展，使得器件向小型化、低成本、高清晰发展。

详细请参阅“现代光学与光子学的进展”周立伟，苏君红等人

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用范围2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术白天应用：观测、天文、地理等夜视应用：微光成像技术显微应用：显微成像红外热成像技术夜视应用：红外热成像技术透视成像：利用折射、散射等物理成像显微应用：红外显微镜热监测应用：温差成像紫外成像技术、X射线照相技术、γ射线成像光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术白天应用：CCD，CMOS，各种特殊相机最古老星系麒麟星座天文相机：行星相机光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术白天应用：CCD，CMOS，各种特殊相机科学研究军事领域汽车防撞等研究高速摄影：光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术夜视应用：主动成像：成像器件+光源

被动成像：成像器件激光辅助照明成像：安防监控小区、道路重要目标铁路港口边海防…….LED辅助：100~200米LD辅助：3000米光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术夜视应用：主动成像：成像器件+光源

被动成像：成像器件距离选通激光成像：远距离夜间、水下等脉冲激光选通ICCD或者ICMOS最远10公里以远光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术夜视应用：主动成像：成像器件+光源

被动成像：成像器件被动成像：军事应用光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用微光（可见光）成像技术显微应用：显微成像微结构观察、荧光成像：光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术目标和背景辐射差产生信号，被动成像，全时，全天候；对雾雨雪穿透能力比可见光强，远距离，20~30公里；透过伪装和复杂背景，甚至可以看到人、飞机、坦克等留下的影子；近红外（0.8~2.5μm）中红外（2.5~50μm）远红外（50~1000μm）光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术夜视应用：目标侦察、观瞄、导航、制导等军事应用

公安侦察、边海防、海上缉私等公安应用光电成像原理与技术FLIR公司2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术夜视应用：目标侦察、观瞄、导航、制导等军事应用

公安侦察、边海防、海上缉私等公安应用光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术透视成像：利用折射、散射等物理成像光电成像原理与技术

达芬奇的《三博士来朝》和红外光下的隐藏的草图2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术显微成像：矿物质研究、生物医学应用光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术热监测应用：钢铁、石化、电子电力、汽车、医学、消防领域光电成像原理与技术耐火材料脱落动机故障石油管道2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术热监测应用：钢铁、石化、电子电力、汽车、医学、消防等领域光电成像原理与技术电路板热管理电力线2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用红外热成像技术热监测应用：钢铁、石化、电子电力、汽车、医学、消防等领域光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用紫外成像技术光电成像原理与技术A波段（400~315nm，UVA）B波段（315~280nm，UVB）C波段（280~200nm，UVC，日盲区）；成像不受日光干扰，虚警率低，隐蔽性好；可以探测电弧、电晕放电；紫外成像方式和可见光类似；主要用于告警、跟踪等军事应用、指纹、血迹等警用以及电力、医学研究领域。2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用紫外热成像技术军事领域：告警、跟踪等光电成像原理与技术卢克望远镜

利用紫外辐射来探测导弹发射

美国“环球鹰”无人机2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用紫外热成像技术警用领域：指纹、体液（血迹、唾液等）、火药、麻醉品等；医学领域：DNA，肿瘤等；光电成像原理与技术2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用紫外热成像技术电力线监测、天文及其他光电成像原理与技术长光地球等离子体层图像2、光电成像系统实现的途径及应用

Ch2（二）：光电成像技术沿革及应用X光成像技术光电成像原理与技术波长很短约介于0.001~10