光电成像原理与技术 第一章 绪论
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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。
光电成像原理与技术答案【篇一:光电成像原理与技术总复习】t>一、重要术语光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管(器)、明适(响)应、暗适(响)应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光谱灵敏度(光谱光视效率)、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮度、光出射度,照度,发光强度,光亮度;坎(凯)德拉、流明、勒克司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消光、大气散射、大气吸收、大气能见度(能见距离)、大气透明度、电子透镜、光电子图像、亮度增益、等效背景照度、畸变、像管分辨力(率)、正(负)电子亲(素)和势、负电子亲和势、光电发射的极限、电流密度、mcp的饱和电流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰性(上升惰性、衰减惰性)、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里温度、热释电靶的单畴化、ccd的开启电压、ccd的转移效率、界面态“胖0”工作模式、光注入、电注入。
二、几个重要的效应1. 光电转换效应(内/外)2. 热释电能转换效率(应)3. 三环效应4. mcp的电阻效应/充电效应三、几个重要定律1. 朗伯余弦2. 基尔霍夫3. 黑体辐射(共4个)4. 波盖尔15. 斯托列托夫6. 爱因斯坦四、重要结构及其工作原理、特点1. 直视型光电成像器件的基本结构、工作原理2. 非直视型(电视型)光电成像器件的基本结构、工作原理3. 人眼的结构及其图像形成过程4. 大气层的基本构成、结构特点5. 像管的结构及其成像的物理过程6. 光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程(光电发射过程)7. 电子光学系统的基本结构及其成像过程8. 荧光屏的结构及其发光过程9. 光谱纤维面板的结构及其成像原理10. 微通道板(mcp的结构及其电子图像的倍增原理)11. 主动红外成像系统结构及其成像过程12. 夜视成像系统结构及其成像过程13. 摄像管的结构及其工作原理14. 光电导摄像管的结构及其工作原理15. 热释电摄像管的结构及其工作原理16. 电子枪的结构及其工作原理17. mos电容器的结构及其电荷存储原理、18. ccd的结构及其电荷传输原理19. 埋沟ccd(bccd)的结构及其工作原理220. 线阵ccd的结构及其成像原理五、关键器件、系统的性能参数1. 表征光电成像器件的性能参数2. 大气辐射传输过程中,影响光电成像系统的因素3. 表征像管的性能参数4. 表征mcp的性能参数5. 微光成像系统的性能影响因素6. 摄像管的主要性能参数7. 热释电靶的主要性能参数8. 表征ccd的物理性能参数六、其他1. 辐射源的辐射能量所集中的波段2. mcp的自饱和特性3. 像管的直流高压电源的要求4. 受激辐射可见光的条件5. 计算第三章、第四章题型及分值分布:1. 术语解释(15分)2. 选择题(20分)3. 简述题(35分)4. 计算题(30分)各章习题:3第一章(29页):4、5、6、7第二章(53页):6、9第三章(84页):2、3、8、9、13、14第四章(106页):1、6第五章(209页):1、3、4、8、10第六章(244页):1、3、5、24、26第七章(295页):1、2、5、6、7、10、12、16、18第八章(366页):1、2、4、6、7整理by:??/???4【篇二:《光电成像原理与技术》教学大纲】英文名称:principle and technology of photoelectric imaging学分:3.5 学时:56(理论学时:56)先修课程:半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学一、目的与任务本课程为电子科学与技术专业(光电子方向)的专业教育必修课程。
光电成像原理与技术答案【篇一:光电成像原理与技术总复习】t>一、重要术语光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管(器)、明适(响)应、暗适(响)应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光谱灵敏度(光谱光视效率)、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮度、光出射度,照度,发光强度,光亮度;坎(凯)德拉、流明、勒克司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消光、大气散射、大气吸收、大气能见度(能见距离)、大气透明度、电子透镜、光电子图像、亮度增益、等效背景照度、畸变、像管分辨力(率)、正(负)电子亲(素)和势、负电子亲和势、光电发射的极限、电流密度、mcp的饱和电流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰性(上升惰性、衰减惰性)、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里温度、热释电靶的单畴化、ccd的开启电压、ccd的转移效率、界面态“胖0”工作模式、光注入、电注入。
二、几个重要的效应1. 光电转换效应(内/外)2. 热释电能转换效率(应)3. 三环效应4. mcp的电阻效应/充电效应三、几个重要定律1. 朗伯余弦2. 基尔霍夫3. 黑体辐射(共4个)4. 波盖尔15. 斯托列托夫6. 爱因斯坦四、重要结构及其工作原理、特点1. 直视型光电成像器件的基本结构、工作原理2. 非直视型(电视型)光电成像器件的基本结构、工作原理3. 人眼的结构及其图像形成过程4. 大气层的基本构成、结构特点5. 像管的结构及其成像的物理过程6. 光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程(光电发射过程)7. 电子光学系统的基本结构及其成像过程8. 荧光屏的结构及其发光过程9. 光谱纤维面板的结构及其成像原理10. 微通道板(mcp的结构及其电子图像的倍增原理)11. 主动红外成像系统结构及其成像过程12. 夜视成像系统结构及其成像过程13. 摄像管的结构及其工作原理14. 光电导摄像管的结构及其工作原理15. 热释电摄像管的结构及其工作原理16. 电子枪的结构及其工作原理17. mos电容器的结构及其电荷存储原理、18. ccd的结构及其电荷传输原理19. 埋沟ccd(bccd)的结构及其工作原理220. 线阵ccd的结构及其成像原理五、关键器件、系统的性能参数1. 表征光电成像器件的性能参数2. 大气辐射传输过程中,影响光电成像系统的因素3. 表征像管的性能参数4. 表征mcp的性能参数5. 微光成像系统的性能影响因素6. 摄像管的主要性能参数7. 热释电靶的主要性能参数8. 表征ccd的物理性能参数六、其他1. 辐射源的辐射能量所集中的波段2. mcp的自饱和特性3. 像管的直流高压电源的要求4. 受激辐射可见光的条件5. 计算第三章、第四章题型及分值分布:1. 术语解释(15分)2. 选择题(20分)3. 简述题(35分)4. 计算题(30分)各章习题:3第一章(29页):4、5、6、7第二章(53页):6、9第三章(84页):2、3、8、9、13、14第四章(106页):1、6第五章(209页):1、3、4、8、10第六章(244页):1、3、5、24、26第七章(295页):1、2、5、6、7、10、12、16、18第八章(366页):1、2、4、6、7整理by:??/???4【篇二:《光电成像原理与技术》教学大纲】英文名称:principle and technology of photoelectric imaging学分:3.5 学时:56(理论学时:56)先修课程:半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学一、目的与任务本课程为电子科学与技术专业(光电子方向)的专业教育必修课程。
第一章_光电成像技术概论光电成像技术是指利用光电转换技术,将物体表面反射、散射、透射的光线转化为电信号,再经过信号处理、显示等环节,最终形成清晰可见的物体图像的一种技术手段。
光电成像技术广泛应用于军事、安防、医疗、工业等领域,对于实现目标检测、监控与控制、医学影像、工业检测等方面起着重要作用。
它通过将光信号转化为电信号,能够大大提高物体探测和识别的灵敏度和准确性,并且能够在远距离和恶劣环境条件下工作。
光电成像技术的基本原理是利用光电转换器件将可见光信号转化为电信号。
常见的光电转换器件包括光电二极管、CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)等。
其中,CCD和CMOS是最为常见和重要的光电转换器件。
CCD(Charge-Coupled Device)是一种利用电荷耦合来传输和存储电荷的器件。
它由若干个微小的感光单元组成,每个感光单元可以将光信号转化为电荷信号,并将其存储在感光单元中。
随后,通过移位寄存器的操作,将电荷信号逐个传递到输出端,最终形成整个图像。
CCD具有高灵敏度、低噪声等优点,被广泛应用于照相机、摄像机等成像设备中。
除了光电转换器件,光电成像技术还需要配备适当的光源。
常见的光源包括白炽灯、荧光灯、激光等。
光源的选择要根据不同的应用需求,如照明要求、环境条件等进行合理选择。
光电成像技术不仅仅局限于可见光范围,还可以应用于红外、紫外、X射线等不同波段的成像。
例如,红外光电成像技术可以实现夜视、隐蔽目标探测、热成像等功能;X射线成像技术可以应用于医学影像、安全检查等领域。
总结起来,光电成像技术是利用光电转换器件将物体表面反射、散射、透射的光信号转化为电信号,再经过信号处理和显示等环节,最终形成清晰可见的图像的一种技术手段。
它在军事、安防、医疗、工业等领域有着广泛的应用,并且能够应用于多种波段的成像。
随着科技的不断进步和需求的增加,光电成像技术也将不断发展和完善,为人们的生活和工作带来更多的便利和安全。
光电图像处理答案Chapter01 绪论1.光电成像技术可以从哪⼏个⽅⾯拓展⼈的视觉能⼒?请每个⽅⾯各举⼀例。
可以开拓⼈眼对不可见辐射的接收能⼒;变像管、红外夜视仪可以扩展⼈眼对微弱光图像的探测能⼒;像增强器可以捕捉⼈眼⽆法分辨的细节;电⼦显微镜可以将超快速现象存储下来;数码摄像机2.为什么CMOS 图像传感器的像素⼀致性要⽐CCD 差?CCD 的每个像元都通过同⼀个放⼤器及电荷/电压转换器进⾏处理,⽽CMOS 图像传感器的每个像元都有独⽴的放⼤器和转换器,由于⼯艺差别,导致像素⼀致性降低。
3.图像处理技术有哪些⽤途?为每种⽤途举出⼀个应⽤实例。
通过增强技术和变换技术来改善图像的视觉效果。
⼴告与平⾯设计;数码照⽚处理对图像进⾏分析以便从图像中⾃动提取信息。
红外成像制导;医学图像分析对图像进⾏编码、压缩、加密等处理,便于图像的存储、传输和使⽤。
图像⽔印4.举出⽣活中使⽤微显⽰技术的例⼦。
家⽤背投电视;商⽤投影仪;近眼显⽰器Chapter02 光度学与⾊度学1.⽇常⽣活中⼈们说40W 的⽇光灯⽐40W 的⽩炽灯亮,是否指⽇光灯的光亮度⽐⽩炽灯的光亮度⾼?解释此处“亮”的含义。
不是。
⼈们所说的“亮”,并⾮指光度学中的物理量-亮度,⽽是指光通量。
在相同的供电功率条件下,⽇光灯由于发光效率较⾼,发出的光通量⽐⽩炽灯要⼤,照明效果更好,主观上认为更“亮”。
2.设有⼀个光通量为2000lm 的点光源,在距点光源1m 的地⽅有⼀个半径为2cm 的圆平⾯,点光源发出的经过圆平⾯中⼼的光线与圆法线夹⾓为60 度,求圆平⾯表⾯的平均照度。
由于圆平⾯的直径远⼩于到点光源的距离,因此可作近似计算。
照度E=(φ*ω/4π)/S,其中ω=(0.02*π^2cos60)/(1^2)。
3.设有⼀台60 英⼨的投影机,幅⾯⽐为16:9,投影屏幕的反射率为80%。
已知投影光源(⾼压汞灯)向屏幕发出的总光通量为1000lm,试求屏幕亮度。
《光电成像原理与技术》课程教学大纲课程代码:090642001课程英文名称:The Principle Of Photo-electronic Imaging and Technology课程总学时:32 讲课:32 实验:0 上机:0适用专业:光电信息科学与工程大纲编写(修订)时间:2017.10一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标本课程是光电信息科学与工程专业的专业选修课。
本课程是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的综合性课程。
通过本课程的学习,可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识,提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识,为他们走上工作岗位从事相关工作奠定基础。
通过对本学科新理论、新器件、新系统的介绍,还可以使学生了解本学科的最新发展动态和技术前沿,为将来从事相关领域的研究或工作奠定基础。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求1.通过本科程的学习,使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理,并在此基础上掌握光电成像系统的结构以及相关的学科和技术。
2.通过本科程的学习,培养学生应用所学习的基础理论和方法,分析光电成像器件各环节的物理过程,理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用,掌握光电成像技术的基本理论和思想方法等,逐渐形成观察、思考、分析和解决有关理论和实践问题的能力。
(三)实施说明这个教学大纲是根据光电信息科学与工程专业的特点和学科内容要求而编写的,在执行本大纲时应注意以下几点:1. 在授课过程中要由易到难,循序渐进。
重点是物理概念和物理模型的讲解,其次是数学理论与方法的具体应用;2. 可根据实际情况安排各部分的学时,后面的课时分配表仅供参考;3. 对大纲中内容不相关部分可自行安排讲授顺序。
(四)对先修课的要求本课的先修课程:《光电子学》(五)对习题课、实验环节的要求各章内容学习结束后,根据教材内容选择习题,布置习题作业,根据习题的完成质量,随堂讲解各章重点习题,期末总复习全面讲解。
光电成像原理与技术电荷耦合器件1CCD简介CCD (charge-coupled device),一种用于探测光的硅片,由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化,实现存储和传递电荷信息的固态电子器件,比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。
是用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器,由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化,实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。
英文简称CCD 。
电荷耦合器件由美国贝尔实验室的W.S.博伊尔和G.E.史密斯于1969年发明,它由一组规则排列的金属-氧化物-半导体(MOS)电容器阵列和输入、输出电路组成。
2CCD发展初期的CCD存储和转移信号电荷的势阱都位于硅-二氧化硅界面处,即所谓表面沟道CCD。
1972年D.康首先设想了多数载流子CCD 形式,在此基础上人们研制出体沟道CCD和“蠕动”型CCD的新结构,有效地改善了CCD的性能。
1973年美国仙童公司制成CCD摄像传感器,CCD遂从实验室进入工业生产的实用阶段。
CCD的雏形是在N型或P型硅衬底上生长一层二氧化硅薄层,再在二氧化硅层上淀积并光刻腐蚀出金属电极,这些规则排列的金属-氧化物-半导体电容器阵列和适当的输入、输出电路就构成基本的CCD移位寄存器。
对金属栅电极施加时钟脉冲,在对应栅电极下的半导体内就形成可储存少数载流子的势阱。
可用光注入或电注入的方法将信号电荷输入势阱。
然后周期性地改变时钟脉冲的相位和幅度,势阱深度则随时间相应地变化,从而使注入的信号电荷在半导体内作定向传输。
CCD 输出是通过反相偏置PN结收集电荷,然后放大、复位,以离散信号输出。
电荷转移效率是CCD最重要的性能参数之一,用每次转移时被转移的电荷量和总电荷量的百分比表示。
转移效率限制了CCD的最大转移级数。
体沟道CCD的电荷转移机理和表面沟道CCD略有不同。
体沟道CCD又称为埋沟CCD。
所谓体沟道即用来存储和转移信号电荷的沟道是在离开半导体表面有一定距离的体内形成。
光电成像原理与技术第一章绪论光电成像是利用光学和电子学原理,通过将光信号转换为电信号,实现对图像的捕获、处理和显示的技术。
光电成像技术广泛应用于军事、安防、医学、工业检测等领域,具有重要的应用价值。
本章将对光电成像的原理和技术进行绪论性的介绍。
1.1光电成像技术发展历程光电成像技术的发展始于20世纪初的平面摄影,经过多年的研究和进步,逐渐演变为现代的数字摄影和光电成像技术。
20世纪60年代,CCD(Charge Coupled Device)影像传感器的发明标志着光电成像技术的重大飞跃。
随着CCD技术的不断发展和改进,光电成像技术也得到了广泛应用。
1.2光电成像原理光电成像的基本原理是将光信号转换为电信号。
当光线照射到物体上时,被照射的物体会吸收或反射部分光线,这些光线进入成像系统的镜头中,在镜头的作用下,光线被聚焦到光电传感器上。
光电传感器是光电成像系统的核心部件,一般采用CCD或CMOS技术。
光线在光电传感器上产生光电效应,将光信号转换为电信号。
这些电信号经过放大、滤波、数字化等处理后,最终形成一个数字图像。
光电传感器的性能是衡量光电成像技术性能的关键指标之一1.3光电成像技术的应用光电成像技术具有广泛的应用领域。
在军事方面,光电成像技术被广泛应用于导弹导航、夜视设备、侦察和监视等领域,提供了重要的战场情报支持。
在安防领域,光电成像技术被用于视频监控系统,实时捕捉和追踪安全隐患。
在医学方面,光电成像技术被应用于内窥镜、CT、MRI等医学影像设备中,帮助医生进行诊断和治疗。
在工业检测中,光电成像技术被用于制造业的产品检测和质量控制等领域。
1.4光电成像技术的发展趋势随着科技的不断进步,光电成像技术也在不断发展和改进。
一方面,光电传感器的性能不断提高,像元数量增加,动态范围扩大,噪声减少,使得图像的质量得到了显著提高。
另一方面,数字信号处理技术的发展,使得光电成像系统的功能更加强大,处理速度更加快速。