《光電成像導(dǎo)論》知識點(diǎn)復(fù)習(xí)(吐血推薦).doc

1、1，直接帶隙材料和間接帶隙材料（直接帶隙半導(dǎo)體材料就是導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最大值在 k 空間中同一位置。電子要躍遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴（形成半滿能帶）只需要吸收能量。）2，直接躍遷和間接躍遷3，什么是散射，原因4，光學(xué)的兩個(gè)特殊角，全反射角和布魯斯特角光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí), 當(dāng)入射角 增加到某種程度，會發(fā)生全反射。折射角為90 度所對應(yīng)的入射角為臨界角。自然光在電介質(zhì)界面上反射和折射時(shí)，一般情況下反射光和折射光都是部分偏振光，只有當(dāng)入射角為某特定角時(shí)反射光才是線偏振光，其振動方向與入射面垂直，此特定角稱為布儒斯特角或起偏角，用 b 表示。此規(guī)律稱為布儒斯特定律。光以布儒斯特

2、角入射時(shí)，反射光與折射光互相垂直。5，在迪拜長度后面那個(gè)，具體得翻書才能知道，好像是折射率的證明（p77）6，關(guān)于散射的應(yīng)用題，給一個(gè)波長函數(shù)，有兩個(gè)參數(shù)待定，然后給兩組數(shù)據(jù)，求出兩個(gè)參數(shù)，然后再給一個(gè)數(shù)據(jù)，求解。不難，需要求導(dǎo)7，一個(gè)關(guān)于光吸收能量轉(zhuǎn)化的應(yīng)用題，給出一堆參數(shù)， 根據(jù)能量守恒， 需要知道一些常量，比如 h，e 等8，速率方程，教材最后一節(jié)內(nèi)容，知道怎么列出的9，可見光范圍 380nm 760nm 10，光子頻率能量范圍本征吸收：本征吸收是指在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間電子的躍遷產(chǎn)生與自由原子的線吸收譜相當(dāng)?shù)木w吸收譜，它決定著半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì). 本征吸收最明顯的特點(diǎn)是具有基本的吸收邊（吸收

3、系數(shù)陡峭增大的波長）這種由于電子由帶與帶之間的躍遷所形成的吸收過程稱為本征吸收。輻射復(fù)合：根據(jù)能量守恒原則，電子和空穴復(fù)合時(shí)應(yīng)釋放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，這種復(fù)合稱為輻射復(fù)合（RadiativeRecombination ）。輻射復(fù)合可以是導(dǎo)帶電子與價(jià)帶的空穴直接復(fù)合，這種復(fù)合又稱為直接輻射復(fù)合，是輻射復(fù)合中的主要形式。此外輻射復(fù)合也可以通過復(fù)合中心進(jìn)行。 在平衡態(tài)， 載流子的產(chǎn)生率總與復(fù)合率相等。輻射復(fù)合 （ RadiativeRecombination ）是等離子體中電子與離子碰撞的主要復(fù)合過程之一，它是光電離的逆過程，對等離子中電離平衡的建立和維持以及等離子體的輻射輸運(yùn)都起

4、著重要作用。光電成像導(dǎo)論復(fù)習(xí)提綱（ 2012-12-18 ）第 1 章 光電陰極及其半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 1.1光電發(fā)射體的半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)1.1.2載流子復(fù)合過程的動力學(xué)總復(fù)合包括兩個(gè)過程：(1)一個(gè)電子從導(dǎo)帶中消失（過程a）；(2) 一個(gè)空穴從價(jià)帶中消失（過程 c）。四個(gè)過程的幾率：1. 電子的俘獲幾率raVth nnNt( 1 f)r ：(1-1)a2. 電子的發(fā)射幾率 r b：3. 空穴復(fù)合率 r c：4. 空穴發(fā)射幾率 r d:rben N t f(1-2)rcVth p PN t f(1-3)rdep N t ( 1f)（1-4 ）以上公式的應(yīng)用范圍：非平衡條件和熱平衡條件非平衡、熱穩(wěn)定條

5、件下的半導(dǎo)體的費(fèi)米函數(shù)1fn np ni eEiEt / KT(nn eEt Ei / KT)( p neEi Et / KT)npii（(1-7）它與費(fèi)米函數(shù)不同，因?yàn)椋?1)PNV exp(EV EF ) / KT (2)nNC exp (EC EF ) / KT費(fèi)F本身在非平衡情況下是沒有意義的。F米能級 EE的概念只在平衡條件下有效。凈復(fù)合率V:Vn (nni結(jié)論： 只有當(dāng)復(fù)合中心處于有效，它應(yīng)平分 Eg。(3) 真實(shí)表面的復(fù)合表面的復(fù)合率為nVNt( pn n2 )p thieEtEi / KT )( pn eEi Et / KT )i（ 1-9）Eg 中心時(shí)，凈復(fù)合率最大。即復(fù)合中

6、心提供一些能級，要使這些能級復(fù)合最nVNst( P nsn2 )Vsp thsi( nne( E tE i ) / KT )( Pne( E i E t ) / KT)nspisi（ 1-17 ）(a)對于 P 型半導(dǎo)體的淺受主S pSoN Ap sns 2ni（1-18 ）(b) 對于 n 型半導(dǎo)體的淺施主，Sn So psNDns2ni（ 1-19）結(jié)論： 表面復(fù)合速度正比于雜質(zhì)濃度和表面復(fù)合中心密度Nst 。1.1.3載流子復(fù)合生成中心的來源1. 來源于晶體的結(jié)晶過程外延生長條件：hGK s2 在氣體質(zhì)量傳輸限制下進(jìn)行， 基底溫度足夠高，以改善表面分子的流動性2. 產(chǎn)生于某些深能級雜質(zhì)；

7、3. 產(chǎn)生于輻射損壞 1.2 半導(dǎo)體表面附近的能帶彎曲1.2.1 P 型半導(dǎo)體表面附近的能帶彎曲表面態(tài)的電子流向半導(dǎo)體的受主，使表面帶正電，半導(dǎo)體表面附近帶負(fù)電。電子親和勢的減少量：EaEa EF EFs結(jié)論： 表面態(tài)引起P 型半導(dǎo)體的能帶向下彎曲，降低 Ea。對于重?fù)诫sP 型 GaAs，能帶彎曲量為0.45ev 。1.2.2 n型半導(dǎo)體的能帶彎曲結(jié)論： n 型半導(dǎo)體的表面態(tài)引起能帶向上彎曲，增大電子親和勢。1.2.3 -V 族半導(dǎo)體表面附近的能帶彎曲（ 1）異質(zhì)結(jié)假說； （ 2）表面偶極子層假說； （ 3）雙偶極子層假說。公認(rèn)模型 ： GaAs未吸附前，能帶彎曲使 0.45ev ；彎曲區(qū) a

8、0 突起的高度是5.15ev （從 Ev=0 算）。1.2.4獲得負(fù)電子親和勢（NEA）的必要條件只有當(dāng) (Eg) = 0.8ev 時(shí)，才能使Ea 變成“負(fù)”。- 族光電發(fā)射體的本征閾值波長：0hc4.14 10 15 3 10141.24 1.55( m)(Eg )min0.80.8(1-33) 1.3光電發(fā)射的基本概念1.3.1光電發(fā)射中心與光電發(fā)射的三個(gè)基本過程1. 光電發(fā)射中心分 3 類：第 1 類：本征；第2 類：雜質(zhì)；第3 類：自由電子2光電發(fā)射的三個(gè)基本過程1.3.3光電陰極的光吸收0 ，本征光吸收， t 隨 的增加而增加；0i ；雜質(zhì)光吸收；i ，自由載流子光吸收。31.光電子

9、的逸出深度(1) NEA的光電子逸出深度LL LTLn(1-36)(2) PEA 的光電子逸出深度2. 能量散射機(jī)構(gòu) ( 4 種) ：a) 自由電子散射； b) 電離雜質(zhì)散射； c) 聲子散射； d) 對生成散射。 1.4粒子輸運(yùn)方程1.4.1粒子的流密度qqwF (x,t )k 2 e kT . N ( x,t) / xk 2 q kT.e kT .E.N (x,t )D(T ). N (x,t) / x(T ).E.N(x,t )(1-39)對于負(fù)電荷的粒子：F ( x, t )D (T ) N ( x, t )x1.4.2 粒子輸運(yùn)方程N(yùn)( x , t )2 N( x , t )tD(T

10、 )X 2GL在穩(wěn)定條件下(2( ,t)(,t)N xN xD TX 2GL 1.5 光電陰極的量子產(chǎn)額單位時(shí)間從單位面積上發(fā)射的電子數(shù)為：dn x()NDn()AdxPmx 01.5.1 光電子的發(fā)射概率T（ E）(T ). E .N ( x, t )（ 1-41 ）N( x , t )(1-44)0(1-45)T( E)(1-46)4()J D|A2|2 K2|2K1|2 K2T EJK1K1 K2K1（ 1-49）2.NEA 的 T（ E）T( E)JD( a3 )2K3 ( a3 )2K3J入( a1 )2K1K14KK K2132KK)2( K2K2)( K2K2)sinh2( K

11、a )( K K1 22 323212 0(1-50)1. 反射式負(fù)電子親和勢（ NEA）光電陰極的量子產(chǎn)額(2) 反射式負(fù)電子親和勢（ NEA）光電陰極的量子產(chǎn)額YJLn t (1R)I 0Pt Ln1（ 1-62）Ln t(1R)(x0/ Lp )mx0/ Lp 3/ 2(m1) Yt Ln m 0eT E1KT1m!， (1-63)(3) 透射式負(fù)電子親和勢（ NEA）光電陰極的量子產(chǎn)額(1) t Ln()tt(Scosh( /Ln)t D S etY PTR(/)cosh( /)sinh(/)s2 2DLnLnLnt Lntt(1-68 ）1.5.4正電子親和勢（PEA）光電陰極的量子

12、產(chǎn)額1. 反射式正 PEA光電陰極的量子產(chǎn)額YnR).T( h )(1E)1/ LI 0t (h )(1-75)2. 透射式 PEA光電陰極的量子產(chǎn)額L(1RT)( E)L1 e ( t 1 / L)t Yn / I 0Le t /1-77)t1 1.6金屬和半導(dǎo)體的熱電子發(fā)射5Richardson-Dushman s（理查生德西曼）公式j(luò) 02m / KTAT e(1-89)理查生德西曼公式的適用條件：“零場發(fā)射電流密度” 。1.6.2半導(dǎo)體的熱電子發(fā)射1. n 型半導(dǎo)體的熱電子發(fā)射j 0e.(nsurface)semi155Ea(2m*) 4K 42egNDT 4eKT3h 2(1-96)

13、或，eg1*2N DEa222jm KT2eKT0h 3NC(1-97)2. P 型半導(dǎo)體的熱電子發(fā)射g1EaEg2j2* 22NVeKT0h3e 2mK TNA， (1-102)或：71EaEgeg g (2)4 m* m*K 412j109T 4eKTh2NA， (1-103)3. n 型半導(dǎo)體與 p 型半導(dǎo)體的熱電子發(fā)射比較(1) j0 的比較npj0ND型半導(dǎo)體：j 01/ NA型半導(dǎo)體：6結(jié)論： 從降低暗電流的觀點(diǎn)，希望光電陰極是一個(gè)重?fù)诫s的P 型半導(dǎo)體。第 2 章光電成像器件 2.1光電成像器件中的電子透鏡2.1.2近貼聚焦電子透鏡2.1.3同心球聚焦電子透鏡2.1.4靜電陰極透鏡

14、 ( 靜電聚焦成像系統(tǒng) )2.1.5電磁聚焦電子透鏡磁聚焦透射式二次電子發(fā)射像增強(qiáng)器具有倍增屏的串聯(lián)磁聚焦像增強(qiáng)器 2.2光電導(dǎo)攝像管2.2.2視頻信號的產(chǎn)生 ( 圖 2-19) 2.3 微光像增強(qiáng)器物理機(jī)制：用光電轉(zhuǎn)換、電子倍增和電光顯示過程的若干規(guī)律來描述。圖像信息的載體是代表了景物光子強(qiáng)度空間分布的光電子。3 大類： 1貼聚焦類；2電聚焦類； 3磁聚焦類2.3.1像增強(qiáng)器的原理及功能像增強(qiáng)器組成：由光電陰極、電子透鏡、電子倍增器和熒光屏等組成。2.3.3微光像增強(qiáng)器的典型結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)1. 雙面近貼像管（代近貼管）2. 電磁復(fù)合聚焦像管3. 靜電聚焦像管 ( 代倒像式微光管 )4. 一代

15、微光選通像5. 一代微光變倍像管6. 二代微光倒像管7. 二代微光近貼（薄片）像管8. 三代微光近貼（薄片）像管9. 超二代微光近貼（薄片）像管10. 雜交像增強(qiáng)器11. X 射線、紫外線和紅外線變像管或像增強(qiáng)器(1) 對紅外線敏感光電陰極(2) 對紫外線敏感（日盲）光電陰極(3) 對 X 射線敏感光電陰極2.4 X射線成像器件實(shí)現(xiàn) X 射線探測和成像的傳感器件：4 種(1)X 射線熒光轉(zhuǎn)換屏；(2) 光電陰極； (3)MCP 光電陰極； (4) 半導(dǎo)體光電元件。器件： X 射線成像器件系統(tǒng)： X 射線增感屏、 X 射線像增強(qiáng)器、線陣或面陣X 光二極管及其相應(yīng)的配套光、機(jī)、電系統(tǒng)等。顯示方式：

16、直視系統(tǒng)和電視遙感系統(tǒng)。物理： 分別依據(jù) X 光致熒光（轉(zhuǎn)換屏） 、X 光致光電子發(fā)射（光電陰極） 、X 光致 MCP二次電子發(fā)射（ MCP陰極）和 X 光生載流子（半導(dǎo)體光電元件）等物理機(jī)制。72.4.3 X射線光電陰極實(shí)現(xiàn) X 光子光電子轉(zhuǎn)換的光電陰極有三種模式：(1) 熒光屏用基底上的可見光光電陰極；(2) 做在透 X 光基底上的透射式 X 射線光電陰極；(3) 做在 MCP輸入端的反射式 X 射線光電陰極。1. X 射線光電陰極的一般原理及其特點(diǎn)當(dāng) X 射線光子與陰極材料中的原子相互作用時(shí)，一般會發(fā)生八種非彈性碰撞過程：八個(gè)過程中，二次電子發(fā)射是X 射線光電陰極產(chǎn)生光電流的主要機(jī)制（占

17、99以上）。 2.5固體攝像器件有 3大類：電荷耦合器件（Charge Coupled Device，即 CCD）；互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器（即CMOS）；電荷注入器件（Charge Injection Device，即 CID）。2.5.1電荷耦合攝像器件（CCD）1. 電荷耦合器件的基本原理(1) 電荷存儲； (2) 電荷轉(zhuǎn)移。SCCD（Surface Channel CCD）優(yōu)點(diǎn)： 工藝簡單，動態(tài)范圍大；缺點(diǎn)： 信號電荷在轉(zhuǎn)移過程中受到表面態(tài)的影響，使轉(zhuǎn)移速度和轉(zhuǎn)移效率降低，不宜制成長線陣及大面陣器件，工作頻率一般在10MHz以下。體內(nèi)溝道（或埋溝道CCD），即 BCCD（ Bul

18、k or Buried Channel CCD）優(yōu)點(diǎn)： 轉(zhuǎn)移效率高達(dá)99.999%以上，工作頻率可高達(dá)100MHz，能做成大規(guī)模器件。2. CCD 的工作原理按結(jié)構(gòu)可分為：線陣CCD和面陣 CCD；按光譜可分為可見光CCD、紅外 CCD、 X 光 CCD和紫外 CCD?？梢姽釩CD又可分為黑白CCD、彩色 CCD和微光 CCD。MOS結(jié)構(gòu)和光電二極管結(jié)構(gòu)(CCPD)。CCPD的優(yōu)點(diǎn)：無干涉效應(yīng)、反射損失和對短波段的吸收損失等， 在靈敏度和光譜響應(yīng)等光電特性方面優(yōu)于MOS結(jié)構(gòu)光敏元。(2) 面陣 CCD面陣 CCD攝像器件有2 種：行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)與幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。(3) 彩色 CCD2.5.2 CMO

19、S 攝像器件1. CMOS 像素結(jié)構(gòu)1. 無源像素型（ PPS）； 2. 有源像素型（ APS）。2.5.3電荷注入器件(CID)優(yōu)點(diǎn)：(1) 由于有外延結(jié)構(gòu)，模糊現(xiàn)象低，無拖影；(2) 整個(gè)有效面都是光敏面，實(shí)際上相當(dāng)于減小了暗電流；(3) 工作靈活可工作在非破壞性讀出方式；(4) 設(shè)計(jì)靈活可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)讀取方式。8缺點(diǎn)：(1) 半透明金屬電極（或多晶硅電極）對光子的吸收，使光譜響應(yīng)范圍減??；(2) 視頻線電容大，輸出噪聲較大。2.5.4紅外焦平面器件1. IRFPA 的工作條件工作于 1 m 3 m， 3 m 5m和 8 m 12 m的紅外波段，多數(shù)探測 300K 背景中的目標(biāo)。 3. IR

20、FPA 的結(jié)構(gòu)IRFPA 組成：紅外光敏部分和信號處理部分。單片式 IRFPA：混和式IRFPA：(1) 單片式 IRFPA三種類型：第一種：非本征硅單片式 IRFPA；第二種：本征單片式 IRFPA；第三種：肖特基勢壘單片式 IRFPA。4.典型的 IRFPA(1) InSb IRFPA； (2) HgCdTe IRFPA； (3)硅肖特基勢壘IRFPA(4) 非制冷 IRFPA； (5) 多量子阱（ MQW） IRFPA 2.6紅外熱成像器件紅外探測器分類：1. 熱探測器； 2. 紅外光子探測器。1熱探測器：2 紅外光子探測器：2.6.1紅外探測器原理和結(jié)構(gòu)1. 紅外熱成像系統(tǒng)原理； 2.

21、 單元紅外探測器原理(1) 光電導(dǎo)型紅外探測器原理(2) 光生伏特（光伏）型紅外探測器原理(3) 紅外探測器材料3 5m的材料： InSb 、 InAs 、 Si ： Ni （摻鎳硅）、Si ： S（摻硫硅）和Si ： Ti （摻鈦硅）等；8 14 m的材料： HgCdTe、 PbSnTe、 Si:Sc( 摻鈧硅 ) 和 Si:Mg （摻鎂硅）等。3. 線陣列紅外探測器原理(1)并聯(lián)掃描攝像方式；(2)串聯(lián)掃描攝像方式；(3)串并掃攝像方式；(4) sprite線列紅外探測器。4. 面陣列（焦平面）凝視熱成像器件原理(1)單片式紅外焦平面陣列（單元紅外CCD）；(2)混合式紅外焦平面陣列（混合

22、式紅外CCD）?；窘Y(jié)構(gòu)：前照明結(jié)構(gòu)和背照明結(jié)構(gòu)第 3 章 光電成像傳感器的噪聲和信噪比 3.1光電成像傳感器的噪聲3.1.1散粒噪聲（圖3-1 ）3.1.2光電倍增器的噪聲( 圖 3-4) ：9irk 2 eI a B11/211 /G r 2 eI a B11/ 211 /(3-4) 3.2光電成像器件的信噪比3.2.1光電成像器件的噪聲1. 光電成像系統(tǒng)的方框圖 ( 圖 3-4)2. 系統(tǒng)的各級噪聲(1) 輸入光敏面噪聲(2) 預(yù)增益機(jī)構(gòu) Gf 噪聲(a) 信號噪聲； (b) 暗電流噪聲I G 2eIB11/ 21 1/(3) 后增益機(jī)構(gòu)噪聲(3-5)(4)預(yù)放器噪聲1）增大負(fù)載電阻R，

23、可使 I pre 下降，使信噪比上升2）減少攝像管的輸出電容C，可使I pre 下降使信噪比上升；3.2.2信噪比表達(dá)式( 圖 3-5)(信號 )outat nmax nmin GR( N ) (3-15)光電成像器件的噪聲為便于計(jì)算，將各相關(guān)噪聲均折合算到輸入面的噪聲值。1光電子的均方噪聲；2.光電陰極的暗發(fā)射和所有增益單元的暗電流的均方噪聲；3.預(yù)增益機(jī)構(gòu)的均方信號噪聲；4.后增益機(jī)構(gòu)均方噪聲；5.預(yù)放器均方噪聲輸出端的總均方根噪聲值為：（噪聲）（噪聲）outG光敏面G atnmax22at(i1i2in 2nmin ) Aeatisig2atir2atipre21/ 2GAeGf AeG

24、Ae(3-22)10光電成像傳感器系統(tǒng)的信噪比（S.N.R ）為：1(1c)rR(N)i光敏面.t1/2112(iii)(SN.R)2n1(1c)r 1/2Nek1 (1 c)r1i光敏面tisig2i 2ipre21/2kN2e(Gf2rG2 )G2(3-31)1(1 c)rR(N)SAEt1/212(i1i2in)(SN.R)(1c)r 1/2 11 (1 c)r1NekSAEt(isig2ir2ipre2)1/22222kN e GfGG(3-34)1(1 c)rR(N)At.0( )P( )d1/21(SNR.)(1 c)r 1/2 11Nk1 (1 c)r 1/2A. ( )P( )

25、d02(i1i2in)tisig2ir2ipre21/22(222 )kNe GfGG(3-35)3.2.3信噪比（ S.N.R ）公式的簡化1. 理想光敏面的信噪比（ S.N.R ）如果光敏面是光電陰極，則 1，那么：(S.N.R)C1SAEt 1/22id1/2所以1/2 1/1(3-40)(2c)Nek(2 c)SAE或者C1At0( )P( )d1/22id1/2(S.N.R)Nk 1/1(2 c)1/2(2 c)SAE(3-41)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)：（ S.N.R ）閾值 1.2理想條件下：11N Limitc1. SAEt1/ 2(2c)1/ 21.2ek(3-42)增加（ S.N.R ）的

26、方法：(1) 增加有效光敏面 A；(2) 延長積累時(shí)間 t （但對動態(tài)圖像卻受到限制） ；(3) 增加光敏面的積分靈敏度 S。計(jì)算在任何N下 R（ N）的方法MTFeKN2/ KN c2 ) ne( N 2/ N c2 ) ne( N / N c ) 2 n方波 ( 矩形波 ) 調(diào)制傳遞函數(shù)R(N) 與正弦波調(diào)制傳遞函數(shù)M(N)的關(guān)系：M (N)/ 4R(N)R(3N) /3R(5N) /5R(7N) /7R(N)4/ M(N)M(3N) /3M (5N) /5M (7N) /73-48)(3-49)第 4 章 光電微光成像 4.1 微光4.1.1微光微光的種類：3 種(1)夜間微光：月晴空，

27、無月晴空，陰天，霧天等;(2)為了觀察某一自然和科學(xué)現(xiàn)象的人為微光狀態(tài);(3) 物體本身的熱輻射產(chǎn)生的不可見的紅外光譜，紫外光譜。2. 微光的來源及其波長范圍來源：月光，星光，大氣輝光，高空 OH帶輻射和云層散射；來自物體本身的熱輻射；城市周圍的人為輝光或人造光。4.1.2夜天微光1. 夜天微光的光譜特性及其變化與日落、日出的時(shí)間和季節(jié)以及地理位置、大氣特性等有密切關(guān)系。4.1.3月光月光提供的地面最大照度：0.3lx 。照度容易變化：依賴于月亮的盈虧，月亮的高度角及氣候條件。1. 月相對月亮照度的影響（圖4-5 ）2. 月亮的高度角變化對月照的影響4.1.5星光 4.2海洋中的微光條件4.2

28、.1海面上的微光條件在日出和日落前后，海面進(jìn)入微光狀態(tài)。夜間微光：月光、星光和夜天光；海面對這些光的反射光。許多動植物的自然發(fā)光。海洋生物發(fā)光。 4.2.2 海水中的微光狀態(tài)12 4.3 夜間反射率 ( 圖 4-16) ：綠色草： 0.6m 處為 10， 0.8 和 1.1 m 之間迅速增加到 60 70；綠色涂料：在整個(gè)頻譜內(nèi)基本上保持不變；粗糙混凝土：有一些起伏。圖 4-16一些普通物質(zhì)的反射頻譜特性4.3.1月光輻射的反射率 4.5人眼視覺及其微光特性從目標(biāo)到微光電視再到人眼，構(gòu)成統(tǒng)一的觀察系統(tǒng)。自然光源的亮度與光源分布、景物照度、反射率與對比度、大氣透過率、微光電視的靈敏度、分辨率等，

29、最終都要與人眼的有關(guān)參量獲得統(tǒng)一，以滿足人眼視覺的需要。4.5.4微光視覺與探測方程1. 戴維斯羅斯定律及其發(fā)展(1) 光子噪聲極限信噪比小到臨界最低值時(shí)就再也不能探測信號。(2) 羅斯定律理想成像器件是指其性能僅受輸入端光電轉(zhuǎn)換中光量子隨機(jī)起伏現(xiàn)象限制的器件；針對 10 5 10 1asb 的光。輻射是一隨機(jī)過程，其輻射量子數(shù)的概率分布為泊松分布；漲落噪聲決定于均方根 (n) 1/2 。圖 4-41 表示從目標(biāo)到探測器的有關(guān)參量取如下單位：( ) ； D(in) ； h2(ft2) ； t(s)；L(fL)；相應(yīng)系數(shù)為：22 5.2107 K t2constLC t2tPD(4-26)13適

30、用：人眼及探測器。(3)謝根探測方程ALC 224 K2const2CD 2 tP(4-27)(4) 謝根探測方程 B取相應(yīng)單位：L(cd/m 2) ； （弧度）； D（厘米）；則有：Lm C227.5221010 K t2Dt P(4-29)(5) 科爾特曼探測方程LC 224 K 22CD 2t P(4-30)4.5.5人眼在微光下的調(diào)節(jié)與夜視能力的改造途徑1. 人眼在微光下的適應(yīng)與調(diào)節(jié)四個(gè)方面：(1) 眼睛瞳孔； (2) 感光細(xì)胞； (3) 空間積累； (4) 時(shí)間積累2. 改善人眼夜視能力的途徑(1) 增大物體在視網(wǎng)膜上的圖像； (2) 增大光的接收面積； (3) 提高接收光的效率；

31、(4) 將接收到的光信息增強(qiáng)放大； (5) 擴(kuò)展響應(yīng)光譜 4.6微光透鏡4.6.1透鏡參數(shù)對圖像性質(zhì)的影響1. 對物鏡要求(a) 像增強(qiáng)器光電陰極的響應(yīng)波段是0.4 0.9 m，物鏡要在該范圍內(nèi)消色；(b)最大限度地消除雜散光。2.微光成像系統(tǒng)的物鏡3.物鏡參數(shù)優(yōu)選設(shè)計(jì)的考慮(1) 物鏡相對孔徑對視距的影響；(2) 儀器視場與物鏡焦距及成像器件光敏面尺寸間的關(guān)系； (3) 軸外點(diǎn)光源成像慧差剖面分布 4.7像增強(qiáng)器電子照相4.7.1微光像增強(qiáng)器3. 微光攝像 CCD器件(1) 帶像增強(qiáng)器的CCD器件； (2)薄型、背向照明CCD器件； (3)電子轟擊型CCD器件 4.8微光電視4.8.1微光電

32、視的定義1. 微光電視的定義； 2. 微光電視量的定義4.8.3微光電視系統(tǒng)分析1. 夜視系統(tǒng)的分類及組成(1) 夜視系統(tǒng)的分類：可按表 4-13 方法分類(2) 微光系統(tǒng)的組成14(a) 景物目標(biāo)與背景、環(huán)境照度、大氣。(b) 儀器微光電視攝像機(jī)（物鏡攝像管電路）和輸出顯示裝置；微光夜視議（物鏡象增強(qiáng)器目鏡）。(c) 觀察者人眼與腦的組合視覺系統(tǒng)。4.8.4目標(biāo)探索要求與距離公式1. 目標(biāo)探求要求發(fā)現(xiàn)、識別、看清圖 4-50 微光系統(tǒng)示意圖(1) 發(fā)現(xiàn)、識別、看清目標(biāo)的最低分辨率（表4-14 ）(2) 發(fā)現(xiàn)識別概率(3) 目標(biāo)的模型化2. 視場角、目標(biāo)張角與分辨角（圖4-50 ）3. 微光系

33、統(tǒng)距離公式hfNhfNR0 .6 D c n微光電視距離公式：H n(4-49)hfNcR微光夜視儀距離公式：n c(4-50)式中， n c象高 h在光敏面上所占的線對數(shù)。將視距與視場聯(lián)系后：hNR(4-51)0.6 n .tg式 (4-49) (4-51)為：幾何光學(xué)角度導(dǎo)出的用分辨率估算的距離公式(RN)。4. 微光系統(tǒng)照度公式(1) 景物照度與光敏面的關(guān)系景物亮度通過物鏡在探測器光敏面（如光電陰極面或靶面）上形成的照度L 00 aL 0aE c24 T 24 F(4-53)當(dāng)距離很近時(shí)，如在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，引入放大率：15E cE0a 04 F2 (1m)2(2) 考慮對比度影響的照度關(guān)系式

34、a0 C2E c2E 04 F4 F 22 E c或E o0 Ca4.8.5微光電視系統(tǒng)的探測方程微光攝像器件的探測方程：對輸入信噪比則相應(yīng)有N (SNR)i Eo 關(guān)系式：(4-55)(4-57)N 1.53 109CDa 0tAS E01/ 2(4-65)(SNR)i f1. R (SNR)i Ec 公式R3.54109hfCtSEn (SNR)ic(4-66)2. R (SNR)E 公式iiR 1.7710 9hDCa 0tSE01/ 2n( SNR)i(4-67)3. R (SNR)i Eo 公式R1.7710 9hCDNRa 0 tSE 01/(4-68)2n(SNR )0微光系統(tǒng)探

35、測距離公式簡匯微光電視微光夜視儀1hfNhfNhfNcR0.6 D c nRH nnc162hfChfCR 3.54109tsEcR 3.54109tsEn ( SNR)ic2nc ( SNR)i3109hD cR1.77109hD cR1.77n (SNR) i2nc (SNR)iEoao tSEoaotS4hDc N9hDc N RR1.77109RR10n (SNR)01.772nc(SNR)0Eoa o tSEoaotS例題 1. 已知微光夜視儀的物鏡焦距f 100mm，若要求在1000m距離處識別汽車，攝像管的分辨率應(yīng)不低于多少？解：由距離公式：R hfNc /n c,得 Nc R

36、n c /(hf)，由圖 451 可知：對于車輛，識別概率為100時(shí)，分辨率nc 6 線對 / 目標(biāo)尺寸，車高h(yuǎn) 2m，得：Nc 1000 6/ （ 2 100） 30 lp/mm。例題 2. 已知微光電視的視場角 H=7.5 o、 W=10o, 要在 102lx 景物照度下識別400m距離上的汽車，求所需分辨率N。解：目標(biāo)尺寸h 2m，識別條件n=no=6 lp / 目標(biāo)尺寸 12TVL， H/0.6=12.5o，由公式 (4-51) 得：N=0.6nR tg /h=0.6 12 400 tg12.5 o/2 320TVL/H 。例題 3. 已知微光電視的物鏡焦距 f=150mm,光電陰極面

37、有效直徑 Dc 40mm,如果要觀察距離 R=100m處一個(gè)身高 h=1.8m 的人，他在成像屏面上出現(xiàn)時(shí)的高度是多少？解：由距離公式 (4-49) 得： n/N hf/(0.6Dc R) 1.8 150/(0.6 40100) 11.3 。4.8.6分辨率、信噪比與面板照度的關(guān)系1. 三者間的關(guān)系式和計(jì)算值N ( SRN ) iC 1.5tASE c / e3.06 10 9 CtSAE c (TVL / H )(4-69）對微夜視儀可得：17N c1.77 10 6CtSE c( SNR ) i（ lp/mm ） (4-70) 4.9 微光 CCD固體攝像器件對低照度下有利：1、硅的光量子效率遠(yuǎn)比光電陰極高，大約比S-20 光電陰極高50 倍，特別是硅的光譜響應(yīng)延伸至近紅外區(qū)；2、硅 CCD是一個(gè)固有的低噪聲器件，均勻性較好；3、硅 CCD動態(tài)范圍寬，無畸變，體積小，功耗低，重量輕，壽命