光电检测技术(第五章 光电成像检测器件)参考用

M0 T( f ) Mi
MTF随频率增加而衰减，一般将MTF值为10％所对 应的线数定为摄像管的极限分辨率。
光电成像器件
第二节：光电成像原理与电视摄像制式 一、成像原理 光电成像系统由光学像系统、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。
景物 光学成像 光电变换 图像分割 摄像部分 同步扫描 视频信号
光电成像器件
二、类型 1、扫描型（又称摄像器件） 通过电子束扫描或自扫描方式将被摄景物通过光 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 号成为视频信号。 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
光电成像器件
三、摄像管的性能参数 1、光电转换特性
曲线的斜率为管子 的灰度系数γ。超正 析像管在高光照时 输出信号电流饱和， 曲线弯曲。
光电成像器件
2、光谱响应
光电成像器件
3、时间响应特性
在摄像管输 入光照度突然截 止后，取其第三 场或第十二场衰 减的输出信号电 流占未截止光照 时的输出信号电 流的百分比值为 表示摄像管滞后 特性的指标。
光电成像器件
4、输出信噪比
输出信噪比取决于 光阴极的量子噪声， 靶噪声，扫描电子 束噪声，二次电子 倍增器以及前置放 大器的噪声等。
光电成像器件
5、动态范围
其取决于摄像管 的暗电流＆饱和电流。 暗电流所引起的噪声 决定了摄像管的最低 输入照度，饱和电流 决定了摄像管的最高 入射照度。而最高入 射照度与最低输入照 度的比值为改摄像管 的动态范围。
亮度 光出射 •像增强管：亮度转换增益GL来表示 度

➢ 输入的光学图象变成电荷(或电位)图像 ➢ 对电荷图像进行存贮和积累 ➢ 对电信号进行放大和增强 ➢ 对存贮的电荷图像的各个像素进行顺序扫描， 输出与输入信息相一致的一维电信号。
摄像管的分类
❖ 按光电变 内光电变换型(光电导型、PN结型) 换形式分 外光电变换型(光电发射型)
❖ 按是否带移像部分分
人眼对电视图像的分辨能力所确定 的扫描的水平行数至少应大于600行， 因此对于逐行扫描方式，扫描频率必须 大于29000HZ才能保证人眼对视觉图像 的最低要求。
逐行扫描：电子枪
以连续的方式扫描 显示器而形成的画 面，这种方式比隔 行扫描好的图像稳 定，电脑显示器基 本上都是此类。
隔行扫描：电子束在扫 描形成画面时，先扫描 奇数线条，再扫描偶数 线条，这种扫描方式画 面较闪烁，容易引起视 觉疲劳，电视机一般是 这种扫描方式。
§5.3 真空摄像管
一、光电成像器件的分类（成像原理）
➢摄像器件 使光学图像变成视频信号
（扫描型） 真空管摄像器件-光电பைடு நூலகம்、热电型
➢摄像器件
电荷传输型：CCD
固体摄像器件
金属氧化物半导体型：
MOS
使光学图像增强或改变光谱
（非扫描型） 变像管-红外、紫外、X射线
像增强管-串联式、级联式、微通道板式、
§5.1 概述
一、光电成像器件的发展
• 1934年，光电像管（Iconoscope），应用于室内外的 广播电视摄像。灵敏度非常低，需要10000lx的照度 ，达到图像信噪比的要求；
• 1947年，超正析像管（Image Orthicon），照度降低 到2000lx；
• 1954年，视像管，灵敏度＆分辨率高，成本低，体积 小，惯性大，不适用于高速运动图像测量，不能取代 超正析像管用于彩色广播电视摄像机；

100%的原因时表钟面频态率对过电高子俘获
预先输入一定的背景电荷，零信号也有一 定电荷－－“胖零”技术。
2、 驱动频率 下限——热生载流子影响
f 1
3 g
少数载流子平均寿命
上限——电荷来不及转移
1 f
3 g
电荷从一个电极转移到另 一个电极的固有时间
3、光电转换特性(γ) γ1决定光电转换部件的特性，光电导摄像管的 γ1值小于1。Sb2S3管的γ1值为0.6~0.7，PbO管 的γ1值为0.95，而硅靶管的γ1值接近于1。
CCD数码摄像机
5.5 CMOS图像传感器
（互补金属氧化物半导体－
Complementary Metal Oxide Semiconductor）
一、概 况
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传 感器出现于1969年,它是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、 放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路 等集成在一块硅片上的图像传感器件，这种器件的结构简单、处 理功能多、成品率高和价格低廉，有着广泛的应用前景。
4、分辨率
分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能率， 分辨率通常用两种方式表达，即极限分辨率和 调制深度。
极限分辨率是以在等于光栅（图像）高度的范 围内所能分辨的等宽度黑白线条纹数来表示。 分为水平分辨率和垂直分辨率。
客观表示摄像管的分辨率，用调制深度来表示。 在摄像管的光敏面上投射40条和400条两组黑白条纹。 沿箭头方向扫描，在示波器上就得到如图b所示的电信号。
10－>2V
复位脉冲RS
5V
Id Qs 信号电荷
衬底P和N+区构成输出二极管（反偏压）

生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
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常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。