光電成像原理與技術(shù)考試要點(diǎn)

1、光電成像原理與技術(shù)考試要點(diǎn)第一章:1. 試述光電成像技術(shù)對(duì)視見(jiàn)光譜域的延伸以及所受到的限制。答 :1電磁波的波動(dòng)方程該方程電磁波傳遞圖像信息物空間和像空間的定量關(guān)系,通過(guò)經(jīng)典電磁場(chǎng)理論可以處理電磁波全部的成像問(wèn)題2收到的限制:當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)增大時(shí),所能獲得的圖像分辨力將顯著降低。對(duì)波長(zhǎng)超過(guò)毫米量級(jí)的電磁波而言,用有限孔徑和焦距的成像系統(tǒng)所獲得的圖像分辨力將會(huì)很低。因此實(shí)際上己排除了波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波的成像作用。目前光電成像對(duì)光譜長(zhǎng)波闊的延伸僅擴(kuò)展到亞毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了將長(zhǎng)波電磁波用于成像外, 用于成像的電磁波也存在一個(gè)短波限。通常把這個(gè)短波限確定在 X 射線 (Roentg

2、en 射線 與 y 射線 (Gamma 射線 波段。 這是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)更短的輻射具有極強(qiáng)的穿透能力,所以,宇宙射線難以在普通條件下聚焦成像。2. 光電成像技術(shù)在哪些領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?光電成像技術(shù)突破了人眼的哪些限制?答:1應(yīng)用:(1人眼的視覺(jué)特性 (2各種輻射源及目標(biāo)、背景特性 (3大氣光學(xué)特性對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊?(4成像光學(xué)系 統(tǒng) (5光輻射探測(cè)器及致冷器 (6信號(hào)的電子學(xué)處理 (7圖像的顯示2突破了人眼的限制 :(1可以拓展人眼對(duì)不可見(jiàn)輻射的接受能力 (2可以拓展人眼對(duì)微弱光圖像的探測(cè)能力 (3可以 捕捉人眼無(wú)法分辨的細(xì)節(jié) (4可以將超快速現(xiàn)象存儲(chǔ)下來(lái)3. 光電成像器件可分為哪兩大類?各有什么

3、特點(diǎn)?答:1直視型:用于直接觀察的儀器中,器件本身具有圖像的轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)及顯示等部分,可直接顯示輸出圖像,通常 使用光電發(fā)射效應(yīng),也成像管 .2電視型:于電視攝像和熱成像系統(tǒng)中。器件本身的功能是完成將二維空間的可見(jiàn)光 圖像或輻射圖像轉(zhuǎn)換成一維時(shí)間的視頻電信號(hào)使用光電發(fā)射效應(yīng)或光電導(dǎo)效應(yīng),不直接顯示圖像 .4. 什么是變像管?什么是像增強(qiáng)器?試比較二者的異同。答:1變像管:接收非可見(jiàn)輻射圖像,如紅外變像管等,特點(diǎn)是入射圖像和出射圖像的光譜不同。 2像增強(qiáng)器:接 收微弱可見(jiàn)光輻射圖像,如帶有微通道板的像增強(qiáng)器等,特點(diǎn)是入射圖像極其微弱,經(jīng)過(guò)器件內(nèi)部電子圖像能量增強(qiáng) 后通過(guò)熒光屏輸出人眼能夠正常觀看的

4、光學(xué)圖像。 3異同、相同點(diǎn):二者均屬于直視型光電成像器件。不同點(diǎn):主要 是二者工作波段不同,變像管主要完成圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換,像增強(qiáng)器主要完成圖像的亮度增強(qiáng)。5. 反映光電成像系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換能力的參數(shù)有哪些?答:1轉(zhuǎn)換系數(shù)(增益 2光電靈敏度(響應(yīng)度-峰值波長(zhǎng),截止波長(zhǎng)6. 光電成像過(guò)程通常包括哪幾種噪聲?答:主要包括:(1散粒噪聲 (2產(chǎn)生一復(fù)合噪聲 (3溫度噪聲 (4熱噪聲 (5低頻噪聲 (1/f 噪聲 (6介質(zhì)損耗噪聲 (7電 荷藕合器件 (CCD的轉(zhuǎn)移噪聲第二章 :1. 人眼的視覺(jué)分為哪三種響應(yīng)?明、暗適應(yīng)各指什么?答:1三種響應(yīng):明視覺(jué)、暗視覺(jué)、中介視覺(jué)。人眼的明暗視覺(jué)適應(yīng)分為明適應(yīng)和

5、暗適應(yīng) 2明適應(yīng):對(duì)視場(chǎng)亮度由 暗突然到亮的適應(yīng) , 大約需要 23 min3暗適應(yīng):對(duì)視場(chǎng)亮度由亮突然到暗的適應(yīng) , 暗適應(yīng)通常需要 45 min, 充分暗適應(yīng) 則需要一個(gè)多小時(shí)。2. 何為人眼的絕對(duì)視覺(jué)閾、閾值對(duì)比度和光譜靈敏度?答:1人眼的絕對(duì)視覺(jué)閾:在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下,全黑視場(chǎng)中,人眼感覺(jué)到的最小光刺激值。 2閾值對(duì)比度:時(shí) 間不限,使用雙眼探測(cè)一個(gè)亮度大于背景亮度的圓盤,察覺(jué)概率為 50%時(shí),不同背景亮度下的對(duì)比度。 3光譜靈敏度 (光譜光視效率:人眼對(duì)各種不同波長(zhǎng)的輻射光有不同的靈敏度(響應(yīng)。3. 試述人眼的分辨力的定義及其特點(diǎn)。答:1定義:人眼能區(qū)分兩發(fā)光點(diǎn)的最小角距離稱為極限

6、分辨角,其倒數(shù)為人眼分辨力。2特點(diǎn):眼睛的分辨力與很多因素有關(guān) , 從內(nèi)因分析 , 與眼睛的構(gòu)造有關(guān) (此處不再討論 。從外因分析 , 主要是決定于 目標(biāo)的亮度與對(duì)比度 , 但眼睛會(huì)隨外界條件的不同 , 自動(dòng)進(jìn)行適應(yīng) , 因而可得到不同的極限分辨角。當(dāng)背景亮度降低或?qū)?比度減小時(shí) , 人眼的分辨力顯著地降低。于中央凹處人眼的分辨力最高 , 故人眼在觀察物體時(shí) , 總是在不斷地運(yùn)動(dòng)以促使 各個(gè)被觀察的物體依次地落在中央凹處 , 使被觀察物體看得最清楚。4. 簡(jiǎn)述下列定義:(1圖像信噪比 (2圖像對(duì)比度 (3圖像探測(cè)方程答 :1圖像信噪比 :圖像信號(hào)與噪聲之比 2圖像對(duì)比度 :指的是一幅圖像中明暗

7、區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級(jí)的測(cè)量,即指一幅圖像灰度反差的大小。3當(dāng)關(guān)系式成立時(shí),表明圖像可探測(cè)到,反之將不能探測(cè)。5. 目標(biāo)搜索的約翰遜準(zhǔn)則把探測(cè)水平分為幾個(gè)等級(jí)?各是怎么定義的?答:分為四個(gè)等級(jí)分別為:1探測(cè)(發(fā)現(xiàn):在視場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo) 2定向:可大致區(qū)分目標(biāo)是否對(duì)稱及方位 3識(shí) 別:可將目標(biāo)分類 4辨別:可區(qū)分出目標(biāo)型號(hào)及其他特征6. 人眼的凝視時(shí)間和瞥見(jiàn)時(shí)間答:搜索時(shí),人眼注視一點(diǎn)后迅速地移到另一點(diǎn)進(jìn)行注視,這一過(guò)程稱為掃視,固定的注視稱為凝視,被凝視的點(diǎn)稱 為凝視中心,凝視時(shí)間稱瞥見(jiàn)時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn),通常人眼大約以每秒三點(diǎn)間斷地移動(dòng),瞥見(jiàn)時(shí)間約為 1/3 s 。第三章:1.

8、波長(zhǎng)為 0.7m 的 1W 輻射能量約為多少光子 /秒 ?答:2. 通常光輻射的波長(zhǎng)范圍可分為哪幾個(gè)波段?如:紅外,可見(jiàn)光波長(zhǎng)是什么?答:3. 試述輻射度量與光度量的聯(lián)系和區(qū)別。答:光輻射度量在歷史上形成了輻射度學(xué)和光度學(xué)兩套度量系統(tǒng)。輻射度學(xué):是建立在物理測(cè)量的基礎(chǔ)上的輻射能量客觀度量 , 不受人眼主觀視覺(jué)的限制,其概念和方法適用于整個(gè)光輻射范圍(紅外、紫外輻射等必須采用輻射度學(xué)。光度學(xué):是建立在人眼對(duì)光輻射的主觀感覺(jué)基礎(chǔ)上,是一種心理物理法的測(cè)量,故只 適用于電磁波譜中很窄的可見(jiàn)光區(qū)域。4. 根據(jù)物體的輻射發(fā)射率可將物體分為哪幾種類型?答:通常 , 依發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系 , 將地物分為三種

9、類型。1黑體或絕對(duì)黑體 , 其發(fā)射率=1,即黑體發(fā)射率對(duì)所有波長(zhǎng)都是一個(gè)常數(shù) , 并且等于 1.2灰體 , 其發(fā)射率=常數(shù)< 1(因吸收率<1 。 即灰體的發(fā)射率始終小于 1, 不隨波長(zhǎng)變化 3選擇性輻射體 , 其發(fā)射率隨波長(zhǎng)而變化 , 而且< 1(因吸收率也隨波長(zhǎng)而變化并且<1。9. 試簡(jiǎn)述黑體輻射的幾個(gè)定律,并討論其物理意義。答:1普朗克輻射定律:普朗克定律描述了黑體輻射的光譜分布規(guī)律,是黑體輻射理論的基礎(chǔ) 2斯蒂芬一 玻爾茲曼定律:表明黑體在單位面積上單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量與黑體溫度 T 的四次方成正比 3維恩位移 定律:單色輻射出射度最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) m l4斯

10、蒂芬 -玻爾茲曼定律 :表明黑體的輻射出射度只與黑體的溫度有關(guān),而與黑體的其他性質(zhì)無(wú)關(guān)12. 星的等級(jí)是如何定義的? 8 等星的照度為多少?答 :1 (1星的亮度用星等衡量,以在地球大氣層外所接收的星光輻射產(chǎn)生的照度來(lái)衡得。(2規(guī)定星等相差五等照度比為 100 倍,即相鄰兩等星得照度比為 2.512 倍。(3規(guī)定零等星的照度為 2.65X10-4lx ,比零等星亮的星等為負(fù)。2 8 等星的吧照度為 -13. 黑體是什么,維恩位移公式,黑體輻射的計(jì)算答:1黑體模型的原理如下:取工程材料(它的吸收率必然小于黑體的吸收率制造一個(gè)球殼形的空腔,使空腔壁面 保持均勻的溫度,并在空腔上開(kāi)一個(gè)小孔。射入小孔

11、的輻射在空腔內(nèi)要經(jīng)過(guò)多次的吸收和反射,而每經(jīng)歷一次吸收, 輻射能就按照內(nèi)壁吸收率的大小被減弱一次,最終能離開(kāi)小孔的能量是微乎其微的,可以認(rèn)為所投入的輻射完全在空 腔內(nèi)部被吸收。2簡(jiǎn)化的普朗克公式:輻射的計(jì)算:-(1求出在 T 溫度下的峰值波長(zhǎng)(2由要求的波段選擇相應(yīng)的波長(zhǎng)(3查黑體表,確定輻射出射度(4反復(fù)(2步驟,求出所有波長(zhǎng)的輻射出射度(5繪制 T 溫度下的黑體光譜輻射曲線段輻射的計(jì)算(1求出峰值波長(zhǎng)(2求出 2個(gè) Z (X 函數(shù)(3利用公式求出在某個(gè)波段的輻射出射度第四章:1. 簡(jiǎn)述下述名詞:1氣溶膠粒子 :大氣中懸浮著的半徑小于幾十微米的固體和及液體粒子。2絕對(duì)濕度 :單位體積空氣中所

12、含水蒸汽的質(zhì)量 , 叫做空氣的“絕對(duì)濕度”。3相對(duì)濕度 :空氣中實(shí)際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值 , 叫做空氣的“相對(duì)濕度”。 4波蓋爾定律 :輻射通過(guò)介質(zhì)的消光作用與入射輻射能量、衰減介質(zhì)密度和所經(jīng)過(guò)的路徑成正比5大氣窗口 :大氣窗口是指太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光輻射 波段范圍。 6大氣傳遞函數(shù) :反映大氣消光使目標(biāo)與背景的對(duì)比度下降的程度。右式中 ,K 為地平天空亮度與背景亮度之 比。所以 Tc 是 K 和透過(guò)率的函數(shù) , 與目標(biāo)亮度無(wú)關(guān)。2. 輻射在大氣中傳輸主要有哪些光學(xué)現(xiàn)象?試簡(jiǎn)述其產(chǎn)生的物理原因?答:主要有吸收和散射。產(chǎn)生原因:大氣

13、中吸收太陽(yáng)輻射的主要成分是氧氣、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等,對(duì) 長(zhǎng)波輻射的主要吸收成分是水汽、二氧化碳和臭氧。不同氣體對(duì)不同波段輻射的吸收作用也不同。這種性質(zhì)稱為大氣 對(duì)輻射能的選擇吸收。散射作用的強(qiáng)弱取決于入射電磁波的波長(zhǎng)及散射質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)和大小。當(dāng)散射粒子的尺度遠(yuǎn)小于 波長(zhǎng)時(shí),稱為分子散射或瑞利散射,散射系數(shù)與波長(zhǎng)的四次方成反比,主要是空氣分子的散射。當(dāng)粒子尺度可與波長(zhǎng) 相比擬時(shí) , 稱為米氏散射 , 散射系數(shù)是波長(zhǎng)和粒子半徑的一個(gè)復(fù)雜函數(shù)。第五章:1. 像管的成像包括哪些物理過(guò)程?其相應(yīng)的理論對(duì)應(yīng)的核心器件是什么?答:1將接受的微弱或不可見(jiàn)的輸入輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像 2使電子圖像獲得能

14、量或數(shù)量增強(qiáng) , 并聚焦 成像 3將增強(qiáng)的電子圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)的光學(xué)圖像核心器件為:1光陰極 2電子光學(xué)系統(tǒng) 3熒光屏2. 像管是怎樣分代的?各代的技術(shù)改進(jìn)特點(diǎn)是什么?答:1零代微光像增強(qiáng)器技術(shù) 2一代級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)器技術(shù) 3采用微通道板 (MCP的二代像增強(qiáng)器 4采用 III-V 族光電陰極(負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的三代像增強(qiáng)器技術(shù);在三代像增強(qiáng)器的基礎(chǔ)上,通過(guò)改進(jìn) MCP 技術(shù) , 相繼出現(xiàn)了 5 超二代像增強(qiáng)器技術(shù) 6 超三代像增強(qiáng)器技術(shù) 7第四代像增強(qiáng)器技術(shù)3. 負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的特點(diǎn)是什么?其較正電子親和勢(shì)光陰極有哪些特點(diǎn)?答:它的光電靈敏度目前可高達(dá) 3 000A/1m 以上,因此三代像

15、增強(qiáng)器具有高增益、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。而且負(fù)電子親和勢(shì)是熱化電子發(fā)射,光電子的初動(dòng)能較低,能量又比較集中 ,所以,三代像增強(qiáng)器又具有較高的圖像分辨力4 試從靜電場(chǎng)的高斯軌跡方程出發(fā)討論其理想成像性質(zhì)。 ->答:理論基礎(chǔ):麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流假說(shuō)的核心思想是:變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng),變化的電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng);電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的,它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)5. 靜電透鏡的最本質(zhì)特征是什么?答:靜電透鏡是一種靜電裝置,它能產(chǎn)生特殊分布的靜電場(chǎng),并使通過(guò)其間的電子束聚焦或成像。6. 什么叫熒光?什么叫磷光?答 :1熒光 :晶態(tài)磷光體在受電子激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的光發(fā)射 .

16、2磷光 :停止電子激發(fā)后持續(xù)產(chǎn)生的光發(fā)射。7. 熒光屏表面蒸鍍鋁膜的作用是什么?答:其作用為:引走積累的負(fù)電荷 ; 防止光反饋給光陰極 ; 使熒光屏形成等電位 ; 將光反射到輸出方向。通常 的鋁膜是在真壁狀態(tài)下蒸鍍的亮鋁膜,也可是在充氧氣狀態(tài)下蒸鍍的黑鋁膜,后者有利于改善輸出圖像的對(duì) 比度。8. 熒光屏的轉(zhuǎn)換效率與哪些因素有關(guān)?答:P202, 粉層厚度、粒度、入射電子的能量及鋁膜的影響9. 光纖面板的傳像原理是什么?光纖面板應(yīng)用于像管有哪些優(yōu)點(diǎn)?答 :1原理:光學(xué)纖維面板是基于光線的全反射原理進(jìn)行傳像的 , 由于光導(dǎo)纖維的芯料折射率高于皮料的折 射率 , 因此入射角小于全反射臨界角的全部光線都

17、只能在內(nèi)芯中反射。所以每一根光導(dǎo)纖維能獨(dú)立地傳遞光 線,且相互之間不串光。由大量光導(dǎo)纖維所組成的面板則可以傳遞一幅光學(xué)圖像。 2優(yōu)點(diǎn):光學(xué)纖維面板 又使像增強(qiáng)器獲得以下優(yōu)點(diǎn) :增加了傳遞圖像的傳光效率 ; 提供了采用準(zhǔn)球?qū)ΨQ電子光學(xué)系統(tǒng)的可能性, 從而改善了像質(zhì) ; 可制成錐形光學(xué)纖維面板或光學(xué)纖維扭像器。第七章:1. 什么是攝像管 ? 它是怎樣完成攝像過(guò)程的 ?答 :1電視攝像管是將 2維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為 1維時(shí)間變化的視頻電信號(hào)的過(guò)程。完成這一過(guò)程的器 件稱為電視攝像管。 2攝像過(guò)程主要分 3個(gè)步驟 : 收輸入圖像的輻照度進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,將 2維光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為 2維空間分布的電荷量 荷存

18、儲(chǔ)元件在一幀周期內(nèi)連續(xù)積累光敏元件產(chǎn)生的電荷,并保持電荷的空間分布, 這一存儲(chǔ)電荷的元件稱之為靶 子槍產(chǎn)生 2維掃描的電子束,在一幀周期內(nèi)完成全靶面的掃描,在輸出電 路上產(chǎn)生與被掃描點(diǎn)光照度強(qiáng)度成比例的電信號(hào),即視頻信號(hào) .2. 攝像管的工作原理是什么 ? 簡(jiǎn)述視頻信號(hào)的形成過(guò)程 .答:其主要由光電變換與存儲(chǔ)部分和信號(hào)閱讀部分兩大部分組成。分為四步:(1光電變換部分:將光學(xué)圖像變成電荷圖像的任務(wù)由光電變換部分完成,該部分由光敏元件構(gòu)成,常用的 材料有光電發(fā)射體和光電導(dǎo)體 (2電荷存儲(chǔ)與積累部分:由于光電變換所得的瞬時(shí)信號(hào)很弱,所以現(xiàn)在攝像 管均采用電荷積累元件。它在整個(gè)幀周期內(nèi)連續(xù)地對(duì)圖像上的

19、任一像元積累電荷信號(hào)。因?yàn)橐e累和存儲(chǔ) 信號(hào),所以在幀周期內(nèi)要求信號(hào)不能泄漏。因此,要求電位起伏存儲(chǔ)元件應(yīng)具有足夠的絕緣能力。常見(jiàn)的 存儲(chǔ)方式:二次電子發(fā)射積累,二次電子導(dǎo)電積累,電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累,光電 導(dǎo)積累;(3信號(hào)閱讀部 分:從靶面上取出信號(hào)的任務(wù)由閱讀部分來(lái)完成。閱讀部分通常是掃描電子槍系統(tǒng),它由細(xì)電子束的發(fā)射源、 電子束 g 聚焦系統(tǒng)和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分組成;(4視頻信號(hào)的形成。3. 攝像管的結(jié)構(gòu)由幾部分組成 ? 各部分的作用是什么 ?答:(1光電變換部分:將光學(xué)圖像變成電荷圖像的任務(wù)由光電變換部分完成,該部分由光敏元件構(gòu)成,常 用的材料有光電發(fā)射體和光電導(dǎo)體 (2電荷存儲(chǔ)與積

20、累部分:由于光電變換所得的瞬時(shí)信號(hào)很弱,所以現(xiàn)在 攝像管均采用電荷積累元件。它在整個(gè)幀周期內(nèi)連續(xù)地對(duì)圖像上的任一像元積累電荷信號(hào)。因?yàn)橐e累和 存儲(chǔ)信號(hào),所以在幀周期內(nèi)要求信號(hào)不能泄漏。因此,要求電位起伏存儲(chǔ)元件應(yīng)具有足夠的絕緣能力。常 見(jiàn)的存儲(chǔ)方式:二次電子發(fā)射積累,二次電子導(dǎo)電積累,電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累,光電導(dǎo)積累;(3信號(hào)閱 讀部分:從靶面上取出信號(hào)的任務(wù)由閱讀部分來(lái)完成。閱讀部分通常是掃描電子槍系統(tǒng),它由細(xì)電子束的發(fā) 射源、電子束 g 聚焦系統(tǒng)和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分組成;(4視頻信號(hào)的形成。4. 攝像管產(chǎn)生惰性的主要原因是什么 ? 怎樣減小這些惰性 ? 攝像管的分辨力是怎樣定義的 ?

21、采用什么單位 ? 答 :1攝像管的惰性:在攝取動(dòng)態(tài)圖像時(shí),攝像管的輸出信號(hào)滯后于輸入照度的變化,這一現(xiàn)象稱為惰性。 入照度增加時(shí),輸出信號(hào)的滯后稱為上升惰性 ; 當(dāng)輸入照度減小時(shí),輸出信號(hào)的滯后稱為衰減惰性。對(duì)于電 視攝像管的惰性指標(biāo),通常采用輸入照度截止后第三場(chǎng)和第十二場(chǎng) (以幀周期 0.04s 計(jì),為 60ms 和 240ms 剩 余信號(hào)所占的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。攝像管產(chǎn)生惰性的主要原因有兩個(gè) :一是圖像寫入時(shí)的光電導(dǎo)惰性 ; 二是圖像 讀出時(shí)掃描電子束的等效電阻與靶的等效電容所構(gòu)成的充放電惰性。2減小攝像管的電容性惰性 , 采取的措施有 :減小靶的等效電容降低電子束的等效電阻在低照度攝像時(shí)增加

22、背景光3攝像管的分辨力:電視攝像管攝像時(shí)的對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。由于電視系統(tǒng)采 用掃描方式,故分辨力在垂直和水平方向上一般是不同的。因而,通常分成垂直分辨力和水平分辨力,即以 畫面垂直方向或水平方向尺寸內(nèi)所能分辨的黑白條紋數(shù)來(lái)表示。這一極限分辨的線條數(shù)簡(jiǎn)稱為電視線 (TVL (1垂直分辨力:在整個(gè)畫面上,沿垂直方向所能分辨的像元數(shù)或黑白相間的水平等寬矩形條紋數(shù),稱為垂 直分辨力。例如若能夠分辨 600 行,即稱垂直分辨力為 600 TVL 。 (2水平分辨力:整個(gè)畫面上,沿水平方 向所能分辨的像元數(shù),稱為水平分辨力,習(xí)慣上用電視線 (TVL表示。4采用單位:lp/mm5.

23、簡(jiǎn)述光電導(dǎo)攝像管的工作原理,指出光電導(dǎo)靶的特點(diǎn)。答 : 1工作原理:光電導(dǎo)攝像管是利用內(nèi)光電效應(yīng)將輸入的光學(xué)輻射圖像變換為電信號(hào)的視像管。在視像 管中,光電導(dǎo)靶面既作為光電變換器,又作為電信號(hào)存儲(chǔ)與積累器。因此,這種攝像管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。組成視像 管的主要部件是光電導(dǎo)靶、掃描電子槍、輸出信號(hào)電極和保持真空的管殼。光電導(dǎo)靶被設(shè)置在攝像管中透明 輸入窗的內(nèi)表面上。在面對(duì)輸入窗的靶面上蒸鍍二氧化錫 (Sn0 透明導(dǎo)電膜,由這一導(dǎo)電膜作為輸出信號(hào) 電極。視像管靶在輸入光學(xué)圖像的作用下產(chǎn)生與像元照度相對(duì)應(yīng)的電荷 (電位 圖像,通過(guò)掃描電子槍電子束 對(duì)圖像順序掃描產(chǎn)生視頻信號(hào)輸出。2特點(diǎn):1硫化銻管:工藝簡(jiǎn)單,

24、價(jià)格低,成品率高; 2氧化鉛管:暗電流很小,惰性低,靈敏度高, 分辨力高,是理想的廣播電視級(jí)攝像管; 3硅靶管:壽命長(zhǎng),光譜靈敏度高且范圍寬,分辨力低,暗電流 大; 4硒化鎘管 :極高的光電靈敏度,較低的暗電流,寬光譜響應(yīng),分辨力較高,惰性大。被認(rèn)為有前途 ;5 硒砷碲管 :光譜響應(yīng)寬,暗電流低,分辨力高,價(jià)格低于氧化鉛。被認(rèn)為有競(jìng)爭(zhēng)力; 6硫化鋅鎘管 :光電靈 敏度非常高,適于在低照度下工作。6. 熱釋電攝像管的靶有什么特點(diǎn)?具有什么性質(zhì)?答 : 1特點(diǎn):熱釋電攝像管與普通光電導(dǎo)攝像管在結(jié)構(gòu)上類似,只是以熱釋電靶代替了光電導(dǎo)靶,但是兩 者之間存在著根本的區(qū)別。首先,熱釋電靶是利用熱釋電效應(yīng)來(lái)

25、工作的,而熱釋電效應(yīng)僅對(duì)隨時(shí)間變化的熱 輻射有響應(yīng),所以熱釋電靶在工作時(shí)需要交變的入射輻射,即要對(duì)入射輻射進(jìn)行調(diào)制。其次,由于熱釋電靶 是近乎完美的絕緣體,容易積累電荷而使電子束不能連續(xù)工作,為此要設(shè)法消除靶面的負(fù)電荷積累,所以調(diào) 制入射輻射和消除負(fù)電荷積累成為熱釋電攝像管的兩個(gè)特殊的問(wèn)題。2性質(zhì):其工作時(shí)電壓隨溫度變化而變化7. 什么叫熱釋電效應(yīng)?試敘述之。答 : 熱釋電效應(yīng)是少數(shù)介電晶體所特有的一種性質(zhì),這種效應(yīng)可表述為 :晶體在沒(méi)有外加電場(chǎng)和應(yīng)力的情況 下,它具有自發(fā)的或永久的極化強(qiáng)度,且這種電極化強(qiáng)度隨晶體本身溫度的變化而變化。當(dāng)溫度降低時(shí)電極 化強(qiáng)度升高,當(dāng)溫度升高時(shí)電極化強(qiáng)度降低。

26、使電極化強(qiáng)度降低到零時(shí)的溫度稱為居里溫度。具有熱釋電效 應(yīng)的晶體在固體物理學(xué)中稱之為鐵電體。8. 為什么熱釋電攝像管工作前要進(jìn)行單疇化?答 : 熱釋電攝像管在工作時(shí),靶必須處于自發(fā)電極化的狀態(tài),即電極化的極軸方向應(yīng)垂直于靶面。通常在制 靶時(shí)及靶產(chǎn)生退極化時(shí),都要進(jìn)行單疇化,使之形成最大的自發(fā)電極化強(qiáng)度。第八章1. 簡(jiǎn)述 CCD 工作時(shí)的電荷耦合原理(作簡(jiǎn)圖答: 1假定開(kāi)始有一些電荷存儲(chǔ)在偏壓為20V的第二個(gè)電極下面的勢(shì)阱里，其他電極上均加有大于閾值得較低電壓（例 如2V）。設(shè)a圖為零時(shí)刻，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，各電極的電壓發(fā)生變化，第二個(gè)電極仍保持10V，第三個(gè)電極上的電壓由2V 變?yōu)?0V，因這兩

27、個(gè)電極靠的很近（幾個(gè)微米），它們各自的對(duì)應(yīng)勢(shì)阱將合并在一起。原來(lái)在第二個(gè)電極下的電荷變?yōu)?這兩個(gè)電極下勢(shì)阱所共有。如圖bc。若此后第二個(gè)電極上的電壓由10V變?yōu)?V，第三個(gè)電極電壓仍為10V，則共有的 電荷轉(zhuǎn)移到第三個(gè)電極下的勢(shì)阱中，如圖e。由此可見(jiàn)，深勢(shì)阱及電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)位置。 2通過(guò)將一定規(guī)則變化的電壓加到CCD各電極上，電極下的電荷包就能沿半導(dǎo)體表面按一定方向移動(dòng)。通常把CCD電極 分為幾組，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。如圖f，為三相時(shí)鐘脈沖，此種CCD稱為三相CCD.CCD電極間隙必須很小，否則被電 極間的勢(shì)壘所間隔。產(chǎn)生完全耦合條件的最大間隙一般由具體電極結(jié)構(gòu)，表面態(tài)密度等因素決定。

28、 間隙長(zhǎng)度應(yīng)小于3um。 3. 以三相CCD 為例，說(shuō)明決定其工作頻率的上下限因素是什么？ 答: 為避免由于熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子對(duì)注入信號(hào)的干擾，注入電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所用的時(shí)間 必須小于少數(shù)載流子的平均壽命,對(duì)于三相CCD,t為：t=T/3=1/3f,故，f>1/3 . 4. 什么叫CCD 的轉(zhuǎn)移效率，怎樣計(jì)算？提高轉(zhuǎn)移效率有哪幾種方法？ 答: 1CCD轉(zhuǎn)移效率：一次轉(zhuǎn)移后，到達(dá)下一個(gè)勢(shì)阱中的電荷與原來(lái)勢(shì)阱中的電荷 之比。造成電荷轉(zhuǎn)移損失的主要因素有三個(gè):即轉(zhuǎn)移速度快慢、界面態(tài)俘獲和極間勢(shì)壘。 2計(jì)算方法：h -3提高轉(zhuǎn)移效率方法： 1）電荷轉(zhuǎn)移速度：在時(shí)鐘脈沖較低時(shí)，損失效

29、率為常數(shù)，頻率高時(shí)，損失率增大。2）界面態(tài)俘獲：解決 方法“胖零”工作模式，通過(guò)用一定數(shù)量的基地電荷先將界面態(tài)填滿，當(dāng)信號(hào)電荷注入時(shí)，信號(hào)電荷被俘 獲的幾率變小，而界面態(tài)釋放出來(lái)的 電荷又可以跟上原來(lái)的電荷包。從而在一定程度上減小了界面態(tài)帶來(lái)的 損失。“0”信號(hào)時(shí)，也有基地電荷注入。3）極間勢(shì)壘：解決方法：盡量減小極間距，采用高阻襯底。 5. CMOS成像原理，CMOS和CCD工作原理的不同？ 答: 1CMOS成像原理：典型的CMOS成像器件由光敏元陣列和輔助電路構(gòu)成。 1光敏元陣列：完成光電轉(zhuǎn)換的功能。輔助電路：完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，光電信號(hào)的處理輸出等任務(wù)。2每個(gè)光敏元都 有其x、y方向上的地址，可分別由兩個(gè)方向的地址譯碼器進(jìn)行選擇;3每列光敏元都對(duì)應(yīng)一個(gè)列放大器，列放大器的輸 出信號(hào)與X方向