第五章光电成像器件

，它可以使不可见光图象或 亮度很低的光学图象，变成光电子发射图象。
常用的光电阴极有：对红外光敏感的银氧铯光电阴极；对 可见光敏感的单碱或多碱光电阴极；对紫外光敏感的各种紫外 光电阴极；以及灵敏度特别高，波长响应范围较宽的负电子亲 和势光电阴极。
2、电子光学部分，
2．分辨率
摄象管的分辨率是指摄象管对于光学图象明暗细节的鉴别 能力。一般有两种表示法：
1）极限分辨率
最佳照度下，使高对比度的 黑白相间条形图案投射到摄象管 的光敏面上，然后在监视器上去 观察可分辨的最高空间频率数。 在电视中，通常是指在光栅高度 范围内可分辨的最多电视行数 （TVL/H）。有时也采用“线对/mm”的单位，它等于可分辨的电 视行数一半除以靶的有效高度（mm）。例如25mm的视象管，靶 面的有效高度约为10mm，若可分辨的最多电现行数为400时，相 当于20线对/mm。按这种方法表示的分辨率称为极限分辨率。
图象增强管是指能够把 亮度很低的光学图象变为有 足够亮度图象的真空光电管。
由于象管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对它的 使用就跟使用望远镜去观察远处景物一样，观察者必须通过它 来直接面对着景物。
一、象管的结构和工作原理
如图，象管有三个基本部分：光电阴极使不可见或亮度很低 的辐射像转换成光电子图像，经电子透镜加速后，电子获得更 高的能量，轰击荧光屏从而获得高亮度的光学图像
装有光电导靶的反射式变象管
红外变象管多应用于军事、公安等方面，供夜间侦察用。 在民用方面，可用于暗室管理、物理实验、激光器校淮和夜间 观察生物活动等。另外，温度高于400℃的物体都会发出大量 的红外线，可通过红外变象管观察到它的象。如果与标准光源 的亮度比较，即可求出它的强度。这就是夜视温度计的原理。

➢ 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）

C E hv h λ 1 2 Wmax mvmax h v v0 2

电子图像的能量增强
像管中的电子图像通过特Βιβλιοθήκη 的静电场或电磁复合场获 得能量增强。


低能量的电子图像在静电场或电磁复合聚焦场的洛伦 兹力作用下得到加速并聚焦到荧光屏上。 像管中特定设置的静电场或电磁复合场称之为电子光 学系统，具有聚焦电子图像的作用。也称电子透镜。 有些像管中还有MCP（微通道板），通过电子图像的 电子流密度倍增来进行图像增强。
– 点扩散函数p (ξ,ζ)是输入δ(x,y) 函数分布的图像所得的图像 H ( f , f ) G( f , f )O( f , f ) x y x y x y 分布函数； – O(fx,fy)即光学传递函数OTF是 点扩散函数p (ξ,ζ)的傅氏变换 O ( f , f ) T ( f , f ) exp j ( f , f ) x y x y x y 对； – OTF可写成调制传递函数MTF 与相位传递函数PTF的乘积。 n f – 实际应用中的经验公式
2 2 m12 m2 m3
5.2 像管结构类型与性能指标
• 背景特性
在输出荧光屏的图像上， GL 除了有用的成像（信号） 亮度以外，还存在着一 种非成像的附加亮度， 1 Cb Lmax Lmin r , C0 , Lb Ldb Lsb 称为背景（背景亮度）。 C0 Lmax Lmin 产生原因： 1 • 暗背景：阴极热发射， ( Lmax Lb ) ( Lmin Lb ) 2 Lb C C 1 0 0 场致发射。 Lmax Lmin 2 Lb Lmax Lmin • 信号感生背景：阴极透 2 Ldb 2 Lsb 射光、管内散射光、离 r , r db sb 子反馈、光反馈。 Lmax Lmin Lmax Lmin – 等效背景照度 C 1 1 Cb C0 1 rdb rsb , r 1 1 rdb rsb b C0 – 对比恶化系数