光电测试考试资料整理 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X射线(Roentgen射线)与y射线(Gamma射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？ 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4.什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5.反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6.光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 1.人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？ 答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45min,充分暗适应则需要一个多小时。 2.何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？ 答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。 3.试述人眼的分辨力的定义及其特点。 答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。 [2]特点：眼睛的分辨力与很多因素有关,从内因分析,与眼睛的构造有关(此处不再讨论)。从外因分析,主要是决定于目标的亮度与对比度,但眼睛会随外界条件的不同,自动进行适应,因而可得到不同的极限分辨角。当背景亮度降低或对比度减小时,人眼的分辨力显著地降低。于中央凹处人眼的分辨力最高,故人眼在观察物体时,总是在不断地运动以促使各个被观察的物体依次地落在中央凹处,使被观察物体看得最清楚。 4.简述下列定义：(1)图像信噪比(2)图像对比度(3)图像探测方程 答:[1]图像信噪比:图像信号与噪声之比[2]图像对比度:指的是一幅图像中明暗区 域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小。 [3]当关系式成立时，表明图像可探测到，反之将不能探测。
光电成像原理及技术课后题 答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能有哪些方法和描述方式 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来 定量描述其成像特性。
第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。 维恩位移定律： 他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律： 一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章
2014-2015 第一学期 光电成像技术 ——红外热成像技术的发展及其应用 院系电子工程学院光电子技术系 班级光信1104 姓名王凯 学号05113123 班内序号14 考核成绩
红外热成像技术的发展及其应用 摘要：用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。 关键字：红外线，红外热成像技术，发展及其应用 一、引言 1800年英国的天文学家Mr.William Herschel 用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应。他发现，当水银温度计移到红色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，也就是“红外辐射”。 二、红外热成像技术 我们人眼能够感受到的可见光波长为：0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。红外热成像仪大致分为致冷型和非致冷型两大类。 目前，世界上最先进的红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪），其温度灵敏度可达0.03℃。 1、红外热像仪的工作原理 红外热像仪可将不可见的红外辐射转换成可见的图像。物体的红外辐射经过镜头聚焦到探测器上，探测器将产生电信号，电信号经过放大并数字化到热像仪的电子处理部分，再转换成我们能在显示器上看到的红外图像。
图像光电转换的基本过程
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图像光电转换的基本过程 电视图像的传送是基于光电转换原理，而实现光电转换的关键器件是发送端的摄像管和接收端的显像管。 1. 图像的分解 电视系统处理和传送的对象是光的景物，景物存在于三维空间，其光学特性（即景物的亮度和色度信息）不仅随空间位置的不同而不同，而且还与时间有关系（静止景物除外）。因此，景物信息是三维空间和时间的函数，可用光学信息表达式为：。 但是目前的电视系统仍为平面彩色电视，只传输景物的二维光学信息，因此上式中的z可不考虑。另外，这里仅讨论黑白平面活动图像，只需传输各像素的亮度信息，其光学信息表达式简化为：。 但是，亮度仍然是x、y、t的三维函数，而经传输通道传送的电信号为电压（或电流），只能是时间的一维函数为：。实现转换的方法是：将景物信息分解成很多小点，这样
就能以每个小点为单位进行光电转换和传送。因此，对于每个小点来说，其光学特性以及经光电转换得到的电信号就只与时间有关了，也就是将景物信息转化成时间的一维函数。 将景物图像化整为零的方法称为图像的分解，分解之后的小点称为像素。所谓像素，就是组成图像的元素，即基本单位，具有单值的亮度信息和空间位置。一幅电视图像由许许多多个像素组成，电视系统能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。在我国的黑白广播电视标准中，一幅图像包含大约40～50万个像素。图像的结构—导学。 图像的分解是在摄像端的光电转换和扫描过程中完成的。在接收端，通过显示装置的扫描和电光转换作用，这些被分解的像素又会在屏幕上合成出原来的图像，从而实现电视的全过程。 2.图像的传送 一幅图像由许多像素组成，这些像素的亮度信息经光电转换之后变成相应的电信号。电视系统的任务是将各像素的变换成, 实现转换的方式，有同时传输制和顺序传输制。 ●像素信息同时传输制
复习指南 注：答案差不多能在书上找到的都标注页数了，实在找不到的或者PPT上的才打在题后面了，用红色和题干区分。特此感谢为完善本文档所做出贡献的各位大哥。(页码标的是白廷柱、金伟其编著的光电成像原理与技术一书) 1.光电成像系统有哪几部分组成?试述光电成像对视见光谱域的延伸以及所受到的限制(长波限制和短波限制)。(辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。P2-4) 答:辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。 [1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用?光电成像技术突破了人眼的哪些限制?(P5) 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节( 4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类?各有什么特点?(P8)固体成像器件主要有哪两类?(P9，CCD CMOS) 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 电荷耦合器件，简称CCD；自扫描光电二极管阵列，简称SSPD，又称MOS图像传感器 4.什么是像管?由哪几部分组成?(P8第一段后部) 器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，它的工作方式是：通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。这样的器件通常称为像管。 基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板(电子倍增器件)、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。 5.像管的成像包括哪些物理过程?其相应的物理依据是什么?(P8第一段工作方式) （1）像管的成像过程包括3个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图 像B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增C、将获得增强后的电子图像转
光电成像原理与技术考试要点 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？ 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以 捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来 3. 光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f 噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 1. 人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？ 答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3 min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45 min,充分暗适应则需要一个多小时。 2. 何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？ 答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。 3. 试述人眼的分辨力的定义及其特点。 答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。
光学图像处理 实 验 报 告 学生姓名： 班级： 学号： 指导教师： 日期：
一、实验室名称： 二、实验项目名称： 图像变换 三、实验原理： 傅立叶变换是信号处理领域中一个重要的里程碑，它在图像处理技术中 同样起着十分重要的作用，被广泛的应用于图像特征提取、图像增强与恢复、噪声抑制、纹理分析等多个方面。 1、离散傅立叶变换（DFT ）： 要把傅立叶变换应用到数字图像处理当中，就必须处理离散数据，离散傅 立叶变换的提出使得这种数学方法能够和计算机技术联系起来。 正变换： 逆变换： 幅度： 相位角： 功率谱： 2、快速傅立叶变换（FFT ）： 离散傅立叶变换运算量巨大，计算时间长，其运算次数正比于N^2,当 N 比较大的时候，运算时间更是迅速增长。二快速傅立叶变换的提出将傅立叶变换的复杂度由N^2下降到了NlgN/lg2,当N 很大时计算量可大大减 少。 而快速傅立叶变换(FFT)需要进行基2或者基4的蝶形运算，算法上面 较离散傅立叶变换困难。 ∑∑-=-=+-=1010)//(2),(1),(M x N y N vy M ux j e y x f MN v u F π∑∑-=-=+=1010) //(2),(),(M x N y N vy M ux j e v u F y x f π
3、离散余弦变换(DCT)： 为FT 的特殊形式，被展开的函数是实偶函数的傅氏变换，即只有余弦项。变换核固定，利于硬件实现。具有可分离特性，一次二维变换可分解为两次一维变换。 正变换： 逆变换： 其中： 四、实验目的： 1． 了解各种图像正交变换的作用和用途； 2． 掌握各种图像变换的方法和原理； 3． 熟练掌握离散傅立叶变换(DFT)、离散余弦变换(DCT)的原理、方法和实 现流程，熟悉两种变换的性质，并能对图像傅立叶变换的结果进行必要解释； 4． 熟悉和掌握利用Matlab 工具进行图像傅立叶变换及离散余弦变换的基本 步骤、MATLAB 函数使用及具体变换处理流程； 5． 能熟练应用Matlab 工具对图像进行FFT 及DCT 处理，并能根据需要进行 必要的频谱分析和可视化显示。 五、实验内容： 1、读取以下两幅图像，分别对其进行离散傅立叶变换(FFT)。变换处理中，要求进行频谱原点平移到(0,0)，并能分别显示出其2D 频谱图。通过对变换结果的分析，可以看出变换结果满足傅立叶变换（FT ）的什么性质。 2、任意读取一幅灰度图像，对其进行FFT 变换，变换结果要求分别展示其64×64、128×128、256×256 的频谱图（注：为便于分析，要求变换结果的频率原点移动到(0.0)），且对64×64 频谱图能进行3D 显示。 3、任意读取一幅灰度图像，对其进行DCT 变换。变换处理过程要求利用正交变换矩阵法及matlab 的dct2()函数两种方法分别进行，并对变换结果进行比较和分析。 六、实验器材（设备、元件）： ()()()()??? ??+??? ??+=∑∑-=-=N y v N x u y x f v c u c v u F N x N y c 212cos 212cos ,)()(,1010ππ∑∑-=-=??????+??????+=101 02)12(cos 2)12(cos ),()()(),(N u N v c N v y N u x F y c x c y x f ππυμ?????-≤≤==1 1201)(N k N k N k c
1.简述： （1）CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同点和不同点； 答：CMOS图像传感器的光电转换原理与CCD基本相同，其光敏单元受到光照后产生光生电子。而信号的读出方法却与CCD不同，每个CMOS源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以被单独选址和读出，工作时仅需工作电压信号，而CCD读取信号需要多路外部驱动。 （2）在应用上各自有什么优缺点，以及各自的应用领域是什么 答：优缺点比较：CMOS与CCD图像传感器相比，具有功耗低、摄像系统尺寸小，可将图像处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD的相比相对较低。灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力，而CCD灵敏度较CMOS高30%～50%。电子-电压转换率表示每个信号电子转换为电压信号的大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构，其电压转换率略优于CCD。 运用的领域：CMOS传感器在低端成像系统中具有广泛运用，如数码相机，微型和超微型摄像机。CCD在工业生产中的应用广泛，如冶金部门中的各种管、线轧制过程中的尺寸测量。 （3）全球生产CMOS器件和CCD几件的企业有哪些分别位于哪些国家，并对先关企业进行简要描述。 2、简要概述《光电成像原理与技术》各章的主要内容，并用自己的语言陈述各章之间的联系（文字在1000字以上）。 答： 1.光电成像技术的产生及发展，光电成像对视见光谱域的延伸，光电成像技术的应用范畴，光电成像器件的分类，光电成像器件的特性。 2.] 3.人眼的视觉特性与图像探测：人眼的视觉特性与模型，图像探测理论与图像探测方程，目标的探测与识别。 4.辐射源与典型景物辐射：辐射度量及光度量，朗伯辐射体及其辐射特性，黑体辐射定律，辐射源及其特性。 5.辐射在大气中的传输：大气的构成，大气消光及大气窗口，大气吸收和散射的计算，大气消光对光电成像系统性能的影响。 6.直视型电真空成像器件成像物理：像管成像的物理过程，像管结构类型与性能参数，辐射图像的光电转换，电子图像的成像理论，电子图像的发光显示，光学图像的传像与电子图像的倍增。 7.直视型光电成像系统与特性分析：直视型光电成像系统的原理，夜视光电成像系统的主要部件及特性，直视型夜视成像系统的总体设计，夜视系统的作用距离。 8.电视型电真空成像器件成像物理：电视摄像的基本原理，摄像管的主要性能参数，摄像管的分类，热释电摄像管，电子枪简介。 9.固体成像器件成像原理及应用： CCD的物理基础与工作原理， CDD的结构与特性，CCD 成像原理，增强型（微光）电荷耦合成像器件，CCD的应用，CMOS成像器件及其应用。10.电视型光电成像系统与特性分析：电视系统的组成与工作原理，电视型微光成像系统（微光电视），成像光子计数探测系统。 11.红外热成像器件成像物理：红外探测器的分类，红外探测器的工作条件与性能参数，光电导型红外探测器，光伏型红外探测器，红外焦平面阵列探测器，非制冷红外焦平面陈列探测器，量子阱红外探测器。
CT成像原理与临床应用 内容提要 ?CT发展概述 ?CT扫描仪的主要结构 ?CT成像的基本原理(重点、难点) ?CT图像特点 ?影响CT图像的因素(重点) ?CT检查方法与临床应用(难点) ?CT诊断方法 ?CT诊断报告的书写规范 ?CT的新进展 CT发展概述 ?CT(computed tomography)即计算机断层摄影。 ?发明人:英国科学家Hounsfield。 ?发明时间:1969年设计成功,1972年公诸于世的。 ?突出特点: ?就是X线成像与计算机技术相结合的产物。 ?就是横断面图像显示,没有重叠或重叠很少。 ?密度分辨率高,图像清晰,诊断准确。 ?CT问世的意义:大大扩展了影像检查的范围,就是影像诊断学发展史上的里程碑。Hounsfield因此获得了1979年诺贝尔奖。 CT的发展历程 2004年64层的螺旋CT问世(3D) ?2002年16层的螺旋CT问世 ?2000年8层的螺旋CT问世 ?1998年4层螺旋CT应用于临床 ?1993年双排CT研制成功 ?1989年螺旋CT应用于临床 ?1983年电子束CT(EBCT)研制成功 ?1978年国内开始引进CT ?1974年全身CT应用于临床 ?1972年CT正式应用于临床 CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第一代:平移/旋转一个直线形 4-5分/层头颅 ?第二代:平移/旋转几十个小扇形 18秒/层头腹
?第三代:旋转/旋转几百个大扇形 2-4秒/层全身 ?第四代:旋转/固定几千个大扇形 1-4秒/层全身 ?第五代: 电子束CT ?第六代: 螺旋CT CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第一代:平移/旋转一个直线形 4-5分/层头颅 CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第二代:平移/旋转几十个小扇形 18秒/层头腹 CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第三代:旋转/旋转几百个大扇形 2-4秒/层全身 CT发展史 ——传统CT 小结:X线成像与常规CT成像的异同点 相同点:X线、灰阶图像 不同点 X照片:X线穿透人体后在胶片上形成潜影,经显定影处理后得到X线图像。 CT成像:安装于扫描机架上的X线管发射X线,X线管与探测器环绕患者做机械性往复运动,X线穿透扫描层面后被探测器检测并转化为电流信号,再转化为数字信号,由计算机实现横断面图像重建。 CT发展史 ——电子束CT 的概念 ?1982年设计成功。由电子枪发射电子束,经偏转线圈偏转,形成4束电子束同时打击钨靶,产生X线,并用于成像。其显著特点就是扫描速度快(可短到40ms/层),密度与空间分辨率高。主要用于心脏大血管病变检查。设备非常昂贵,国内装机量少。 CT发展史
数字图像的盲复原研究
1 引言 图像复原，是指消除或减轻图像获取过程中所发生的质量下降，也就是退化，使它趋向于复原成退化前的理想图像。 图像复原的难易程度主要取决于对退化过程的先验知识掌握的精确程度。如果我们对退化的类型、机制和过程都十分清楚，那么就可以根据图像退化的先验知识建立退化模型，采用各种反退化处理方法，如维纳滤波等，对图像进行复原处理，这是比较典型的图像复原方法。然而，在实际的图像处理时，许多先验知识(包括图像的及成像系统的先验知识)往往并不具备。一方面，某些情况下，要获得图像的先验知识需要付出很大的代价，甚至有的还是物理不可实现的。如，在遥感和天文应用中，得出原始图像的统计模型或获得从未被拍摄过的景象的特定信息都是十分困难的;在航空拍摄和天文学中，因为点扩散函数(PSF)的变化难以把握，所以无法获得模糊过程的精确模型;在医学、电视会议等实时图像处理中，PSF的参数很难预知，从而也无法实时地恢复图像。另外，用于估计退化过程的识别技术还会产生很大的误差，以致于复原出的图像存在人为假象。由此看来，图像退化是不可避免的，同时又很难用硬件准确测出图像系统的PSF。基于以上原因，提出了图像盲复原技术这一课题。 图像盲复原是指在图像系统(即退化过程)的信息全部或部分未知的情况下，通过退化图像的特征来估计真实图像和模糊算子的过程。不管从理论上，还是从实际操作上，都是一个十分困难的问题。尽管对经典的线性图像复原己进行过深入的研究，但这些方法并不能直接应用于图像的盲复原，而是有待于进一步的探讨。 另外，对图像复原结果的评价也应确定一些准则，这些准则包括最小均方误差(MMSE)准则、加权均方准则、最大墒准则等。 本章通过对己有算法的研究来讲述图像盲复原的基本原理和方法，探讨它的发展趋势和价值。 2、图像的成像模型 图像复原的首要任务是建立图像的退化模型，即首先必须了解、分析图像退化的机理，并用数学模型表现出来。由于图像退化的原因很多，退化机理比较复杂，因此，要提供一个完善的数学模型是非常复杂和困难的。
光电检测器件的性能比较与应用选择 1.光电检测器件的分类 根据光电检测器件对辐射的作用形式的不同（也就是工作机理的不同），可将其分为热电检测器件和光子检测器件两大类。 热电检测器件目前常用的有热释电器件、热敏电阻、热电偶和热电堆等。他们的特点如下。 （1）响应波长无选择性。对从可见光到远红外的各种波长的辐射，热电检测器件都表现出同样的敏感。 （2）响应慢。热电检测器件吸收辐射后再产生信号所需要的时间长，一般在几毫秒以上。 光电检测器件应用广泛，通常所说的光电检测器件指的就是光子检测器件。这种器件可分两大类：一类是电真空或光电发射型检测器件，如光电管和光电倍增管；另一类是固体或半导体光电检测器件，如光导型（光敏电阻）和光伏型（光电池与光电二、三极管等）检测器件。它们的特点如下。 （1）响应波长有选择性，因这些器件都存在某一截止波长λ，超过此波长则器件无响应。 （2）响应速度快，一般为几纳秒或几百微秒。 2.光信号的类型 在应用光电检测器件的测量仪器和系统中，光电器件接收的光信号有以下几种。 （1）通断光信号光信号的通断是指由被测对象导致的投射到光电器件上的光信号的截断或通过，如光电开关、光电报警器等接收到的即是通断光信号。此时的光电器件不考虑线性，但要考虑灵敏度。 （2）按一定频率变化的光信号这种光信号是有一定频率的，必须使所选器件的上限截止频率（最好是最佳工作频率）大于输入信号的频率，这样才能测出输入信号的变化。 （3）幅度变化的光信号当被测对象对光的反射率、透过率发生变化或被测对象本身的光辐射强度变化时，光信号幅度大小亦随之改变。为准确测出光信号幅度大小的变化，必须选用线性好、响应快的器件，如光电倍增管、光电二极管等。 （4）有色度差的光信号当被测对象本身辐射的色温存在差异或者表面颜色变化时必须选择具有合适光谱特性的光电器件。
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光伏效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光伏模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为（可见）图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件电荷转移通道主要有两大类，一类是（SCCD），另一类是（BCCD）。 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（直流）、（交流）和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有（正电子亲合势光电阴极）和（负电子亲合势光电阴极），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把（微弱）增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为（），它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力。 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。 18、根据衬底材料的不同，硅光电电池可分为（2DR）型和（2CR）型两种。 19、根据衬底材料的不同，硅光点二、三级管可分为（3DU）型和（3CU）型两种。 20、为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V（f）, 视见函数有（明视见函数）和（暗视见函数）。 21、PMT有哪几部分组成？并说明店子光学系统的作用是什么？PMT的工作原理？ PMT主要由入射窗口、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。 电子光学系统的主要作用有两点: 1、使光电阴极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比. 2 . PMT的工作原理 1．光子透过入射窗口入射在光电阴极K上 2．光电阴极K受光照激发，表面发射光电子 3．光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，将 发射出比入射电子数更多的二次电子。入射电子经N级倍增后， 光电子数就放大N次. 4．经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流I p，在负载R L上产生信号电压Ｕ0。 22、PMT的倍增极结构有几种形式？个有什么特点？ 鼠笼式,盒栅式，直线聚焦型，百叶窗式，近贴栅网式，微通道板式。 23、什么是二次电子？并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么？光电子发射过程的三步骤？ 答：当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二次电子。 二次电子发射过程的三个阶段： 1) 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子； 2) 内二次电子中初速指向表面的那一部分向表面运动，在运动中因散射而损失部分能量； 3) 到达界面的内二次电子中能量大于表面势垒的电子发射到真空中，成为二次电子。 24、简述Si-PIN光电二极管的结构特点，并说明Si-PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？p69 25、简述常用像增强器的类型？并指出什么是第一、第二和第三代像增强器，第四代像增强器在在第三代基础上突破的两个技术室什么？p130 1). 级联式像增强器2) 第2代像增强器（微通道板像增强器）3).第3代像增强器4).第4代像增强器 26、什么是光电子技术?光电子技术以什么为特征？ 光电子技术是：光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术。主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转
光 电 图 像 处 理 XX XXXXX XXXXXXXX
一、论述光电图像处理的概念、内容及意义。 概念：光电图像处理是指计算机系统通过光学系统和光电图像传感器，对图像采集和对原始图像的加工，将自然界中的模拟图像转换为计算机中的数字图像，进而对图像进行处理和分析，使之能具备更好的视觉效果或能满足某些应用的特定要求。 内容：光电图像处理是一门多学科的综合学科，它会聚了光学、电子学、数学、摄影技术和计算机技术等众多学科方面。主要内容包括两方面的，一是光电成像技术，它是为弥补人类视觉缺陷和扩展人类自身的视觉功能；二是数字图像处理技术，它为改善图像的视觉效果，使计算机具有与人类一样的视觉功能。 意义：图像处理的目的是改善图像质量，提取有用信息，识别预定目标等，以此极大改变，方便人们的生活。
二．车牌识别技术 1.引言 近年来，随着全球经济化形式的不断发展人们的物质生活需要日益提高，私人拥有机动车辆的数量呈几何增长态势，车辆的普及成为了目前的必然趋势。在此情况下仅仅依靠大力发展交通设施已不能解决现在已经存在的交通拥挤，环境污染加剧，交通事故频发等问题。汽车数量的增加日益成为制约城市发展的重要因素之一，由于城市空间的严格限制，修建新道路所需的巨额资金以及环境的压力，相比于建设更多的道路基础设施，建立完善的道路网络缓解道路交通增长的需求，大力发展智能交通系统，才有可能真正解决日益严重的交通问题。 2.车牌识别技术简介 随着模式识别技术的发展，车牌字符识别已成为智能交通系统的重要组成部分它可以从复杂的背景中准确地提取，识别汽车牌照，车辆类型等信息，在交通控制和监视中占有很重要的地位，具有广泛的应用前景。所以汽车牌照的识别问题已经成为现代交通工程领域中研究的重点和热点问题之一。 由于受环境待识别车辆的车型复杂和车牌位置不固定等的影响，给车牌定位方法的选择带来一定的困难。车牌本身的污染，缺损也会影响识别率。一些车辆由于天气或是路况不好使得车牌被灰尘，泥土沾染，另外还有一些车辆行驶时间较长车牌上的字符已经部分缺损了，严重的时候，人眼也很难辨别车牌上的字符，这些情况都会影响系统的识
第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？ 答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1， 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？ 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不
变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。
电子科技大学 实 验 报 告 学生姓名： XXX 学号： XXXXXXXXXX 指导教师： XXX 日期： 2010年3月25日
一、实验室名称： 光电楼327机房 二、实验项目名称： 图像增强 三、实验原理： 图像在生成、获取、传输等过程中，受照明光源性能、成像系统性能、通道带宽和噪声等因素的影响，造成对比度偏低、清晰度下降、并引入干扰噪声。 因此，图像增强的目的，就是改善图像质量，获得更适合于人眼观察、或者对后续计算机处理、分析过程更有利的图像。图像增强是有选择地突出某些对人或计算机分析有意义的信息，抑制无用信息，提高图像的使用价值。 1、 对数与指数变换提高对比度 (1) 对数变换，低灰度区扩展，高灰度区压缩。 (2) 指数变换，高灰度区扩展，低灰度区压缩。 对合适的图像选择对数变换或者指数变换，均可提高图像对比度。 c b y x f a y x g ln ] 1),(ln[),(++ =1 ),(]),([-=-a y x f c b y x g
2、中值滤波 中值滤波法是把邻域内所有像素按灰度顺序排列，然后取中间值作为中心像素的输出。中值滤波可以有效的去除椒盐噪声。 四、实验目的： 1、熟练掌握各种灰度域变换的图像增强原理及方法； 2、熟悉直方图均衡化和直方图规格化的原理及方法； 3、了解空域滤波中常用的平滑和锐化滤波器； 4、熟悉和掌握利用Matlab 工具进行图像的读、写、显示及基本的图像处理 步骤； 5、利用Matlab 工具进行图像增强处理。 五、实验内容： 1、读取一幅低对比度图像，分别对其进行对数变换与指数变换。进行变换前， 应根据需要分别选取合适的指数和对数函数（即确定a、b、c 等调节因子），画出指数和变换曲线。程序设计及处理过程中，要求在同一窗口中分别显示 原始图像、变换结果及其直方图。 2、读取一幅含有椒盐噪声的被污染图像，并对其进行中值滤波处理。要求在 同一窗口中显示原始图像及中值滤波的结果。（选作内容） 六、实验器材（设备、元件）： 计算机，Matlab软件 七、实验步骤： 1、对数与指数变换提高对比度 ⑴打开计算机，从计算机中选择一幅对比度较低的图像作为原始图像。 ⑵观察图像类型，选择合适的提高对比度的方法，指数变换或者对数变换。 ⑶画出程序设计流程图（图一），在Matlab中输入代码调入图像。 ⑷选择将图像进行指数变换，设置常数a,b,c，并输出显示变换曲线。 ⑸输出显示原图像和变换后图像以及其直方图，观察直方图和图像，看是 否达到提高对比度的效果，若未达到，重新设置常数a,b,c。直到图像对 比度提高，并且变换后直方图上灰度分布较原直方图广。 ⑹记录下数值，并将各图存储。
MRU成像技术和临床应用 John R. Leyendecker, MD; Craig E. Barnes, MD; Ronald J. Zagoria, MD 磁共振尿路成像（MRU）是一组成像技术，可无创性的评价尿路的病变。临床上，MRU用于评价可疑的尿路梗阻、血尿和先天畸形，以及术后解剖的改变，特别在儿童、怀孕患者，及需要避免辐射的情况。最常用的MRU技术可分为两类：静态液体MRU（简称静态MRU）和动态排泄期MRU （简称排泄MRU）。静态MRU采用重T2加权技术获得静态下的尿路影像，能够连续的重复使用（电影MRU）来更好显示尿路的全貌从而发现狭窄的部位，这项技术在集合系统扩张或梗阻的患者中应用得非常成功。排泄MRU用于经静脉注射造影剂后获得增强的排泄期影像。但要求患者肾功能良好，能够正常排泄和分泌造影剂。做排泄性MRU前的尿路准备也很重要，这能更好显示无扩张的集合系统。临床上，一般将静态和排泄MRU与传统的MRI一起应用来综合评价尿路情况。对MRU检查影像的观察要求医师对此项技术的缺点和伪影要非常熟悉。 概述 已经发展的尿路成像的技术有多种，其中只有CTU和MRU能够全面的综合评价尿路集合系统、肾实质和周围结构。虽然CTU在空间分辨率、组织分辨率和肾脏解剖的显示方面已接近极致，但MRU是一项更新的技术。MRU是一组能够无创性提供全面和特异的尿路检查的影像技术，而且无辐射。但同时，MRU的局限性和缺点是对钙化不敏感，成像时间长，对移动敏感，（与CT和X线比较）空间分辨率低。在本文中，我们回顾最常用的MR尿路成像技术，并讨论与MRU有关的特殊情况（如儿童患者、怀孕患者，肾功能不全、3T成像）。此外，我们还讨论MRU的临床应用范例，关于尿路结石性和非结石性的尿路梗阻、血尿、先天畸形，以及手术前后的评价。我们也讨论这项技术的局限性和常见伪影。 MRU技术 最常用的MRU技术可分为两类：（a）静态液体MRU（也称为静态MRU、T2加权MRU，或MR水成像）；（b）动态排泄期MRU（也称为增强T1加权MRU）。 静态液体MRU T2加权技术是最先采用的MR尿路成像方法。静态MRU将尿路当作一个装有静态液体的容器，采用T2加权技术利用液体长T2驰豫时间的特性来显像。因此，静态MRU尿路成像技术类似MRCP，屏气T2加权MRU可用于厚层单激发快速自旋回波技术或类似的薄层技术（如驰豫增强半傅立叶快速采集、单激发快速自旋回波，单激发双回波）。背景组织的信号强度可通过回波时间和脂肪抑制来调节。三维呼吸门控序列应用于获得薄层数据，经后处理获得尿路的容积显示（VR）或最大密度投影（MIP）。重T2加权静态MRU类似传统的排泄性尿路造影，用于快速确定尿路梗阻。可是，确定梗阻原因常常需要额外的序列（图1）。静态MRU不需要对比剂，因此可用于显示肾功能不齐的尿路梗阻。 图1 53岁，男性，前列腺癌淋巴结转移。（a）冠状位静态MRU显示右侧输尿管远端梗阻（箭头）。（b）冠状位单激发快速自旋回波图像显示增大的前列腺和转移的淋巴结（箭头）是导致输尿管梗阻的原因。