顯示與成像知識(shí)點(diǎn)

試述光電成像技術(shù)對(duì)視見(jiàn)光譜域的延長(zhǎng)以及所受到的限制。2、光電成像技術(shù)在哪些領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用？3、光電成像技術(shù)突破了人眼的哪些限制？4、光電成像器件可分為哪兩大類？各有什么特點(diǎn)？5、怎樣評(píng)價(jià)光電成像系統(tǒng)的光學(xué)性能？有哪些方法和描述方式？人眼的視覺(jué)缺陷第一，有限的視見(jiàn)光譜域〔光譜的限制〕看不見(jiàn)紅外圖像和紫外圖像其次，有限的視見(jiàn)靈敏域〔靈敏度的限制〕光線太暗的地方能見(jiàn)度不高第三，有限的視見(jiàn)區(qū)分率〔分辮力的限制〕目標(biāo)太小了看不清楚第四，對(duì)視覺(jué)信號(hào)無(wú)記憶力量〔時(shí)間上的限制〕看過(guò)但是不記得有效的波譜區(qū)是:亞毫米波、紅外輻射、可見(jiàn)光、紫外輻射、射線、射線等。間能夠被區(qū)分的最短距離為d，它等于式中，是電磁波的波長(zhǎng)， 是電磁波在像空間的介質(zhì)折射率， 是電磁波在像方的會(huì)聚角。從這一衍射公式可知：顯著降低?？讖胶徒咕嗟某上裣到y(tǒng)所獲得的圖像區(qū)分力將會(huì)很低。光電成像對(duì)光譜長(zhǎng)波閾的延長(zhǎng)僅擴(kuò)展到亞毫米波成像。除了衍射造成區(qū)分力下降而限制了長(zhǎng)波的電磁波用于成像而外同時(shí)用于成像的電磁波也存在一個(gè)短波限制。通常把這個(gè)短波限確定在 射線(Roentgen)與 射線(Gamma)的波段。這是由于波長(zhǎng)更短的輻射具有極強(qiáng)的穿透力量，所以宇宙射線難以在一般條件下聚焦成像。光電成像器件按其工作方式可分為： 直視型非直視型(掃描型或電視型)在非直視型光電成像器件中，又可依據(jù)其工作原理區(qū)分為以下幾種。第一種是光電攝像器件。 其次種是光電導(dǎo)攝像器件。第三種是光電增加型攝像器件。第四種是熱釋電攝像器件。第五種是電荷耦合攝像器件。第六種是通過(guò)光機(jī)掃描成像的探測(cè)器單元及探測(cè)器陣列。光電成像器件的特性表示光電成像特性的參數(shù)可分為四大類。第一類是光電轉(zhuǎn)換特性的參數(shù)。主要有：靈敏度(響應(yīng)率)、轉(zhuǎn)換系數(shù)(增益)。其次類是時(shí)間響應(yīng)特性。主要有：惰性(余輝)、脈沖響應(yīng)函數(shù)、瞬時(shí)調(diào)制傳遞函數(shù)。第三類是噪聲特性。主要有：噪聲、噪聲等效輸入(探測(cè)率)、信噪比。第四類是光學(xué)特性。主要有：區(qū)分力、光學(xué)傳遞函數(shù)。光電轉(zhuǎn)換特性1光電轉(zhuǎn)換特性a轉(zhuǎn)換系數(shù)(增益)：b光電靈敏度(響應(yīng)率)：時(shí)間響應(yīng)特性噪聲特性光電成像器件的圖像區(qū)分特性光學(xué)傳遞函數(shù)光學(xué)傳遞函數(shù)由調(diào)制傳遞函數(shù)和位相傳遞函數(shù)兩局部。輸出圖像頻譜與輸入圖像頻譜之比的函數(shù)。描繪輸出信息量與輸入信息量變化關(guān)系的響應(yīng)函數(shù)換功能。主要反映的是影像信息的再現(xiàn)率。光學(xué)傳遞函數(shù)又可以用來(lái)分析多環(huán)節(jié)線性串聯(lián)的光電成像特性。線性復(fù)合成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)〔MTF〕為各環(huán)節(jié)調(diào)制傳遞函數(shù)的乘積。相位傳遞函數(shù)〔PTF〕為各環(huán)節(jié)相位傳遞函數(shù)的代數(shù)和。光電成像器件是指能夠輸出圖像信息的一類器件。其次章攝像管原理及其構(gòu)造和分類；2、攝像管和視像管的主要區(qū)分；3、攝像管和視像管的工作原理；4、攝像管和視像管的靶的作用。攝像管

攝像管是把按空間光強(qiáng)分布的光學(xué)圖像記錄并轉(zhuǎn)換成視頻的成像裝置。既：能夠輸出視頻信號(hào)的真空光電管?！补怆娮儞Q與存儲(chǔ)局部〔閱讀局部〕組成。遞的時(shí)間序列的一維電信號(hào)。具體分為以下四個(gè)過(guò)程：1.光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成電荷〔電位〕圖像；2.對(duì)電荷圖像進(jìn)展存貯和積存；3.對(duì)電信號(hào)進(jìn)展放大和增加；4.對(duì)存貯電荷圖像的各個(gè)像素進(jìn)展有序掃 與輸入信息成比例的一維電信號(hào)。一、攝像管的分類〔按光電變換的形式：外光電變換型〔光電放射型a〕---攝像管內(nèi)光電變換型〔光電導(dǎo)型b〕---視像管光電放射型和光電變換型的區(qū)分：不同點(diǎn)：光電放射型〔攝像管：有移像區(qū)光電變換型〔視像管共同點(diǎn)：掃描區(qū)〔電子槍線圈、偏轉(zhuǎn)線圈、校正線圈攝像管的主要特性參數(shù)衡量攝像管優(yōu)劣的總標(biāo)準(zhǔn)是：在測(cè)試臺(tái)的監(jiān)視器上能否區(qū)分肯定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖案。圖案的清楚程度是由很多因素打算的。為了分析和爭(zhēng)論各種因素對(duì)像質(zhì)的影響，必需規(guī)定出具體的特性參數(shù)。攝像管的最主要特性參數(shù)是：靈敏度、惰性、區(qū)分力和光電轉(zhuǎn)換特性等。其中靈敏度和惰性主要打算于靶面，區(qū)分力主要打算于掃描電子槍。靈敏度：S定義：在2856K色溫標(biāo)準(zhǔn)光源單位輸入光通量(lm)或單位輻射通量(W)照耀下，器件所產(chǎn)生的輸出信號(hào)電流。光電轉(zhuǎn)換特性:攝像器件輸出的光電流與入射的光照度之間的函數(shù)關(guān)系。通常表示為：區(qū)分率(Resolution)又稱區(qū)分力、鑒別率、鑒別力、分析力、解像力和區(qū)分本領(lǐng)，是指攝影鏡頭清楚地再現(xiàn)被攝景物纖微細(xì)節(jié)的力量。區(qū)分率：圖像中明暗細(xì)節(jié)的鑒別力量。通常有兩種表示方式---極限區(qū)分率---調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)空間頻率定義為周期量在單位空間上變化的周期數(shù)。惰性：攝像器件的惰性是指輸出信號(hào)的變化相對(duì)于光照的變化有肯定的滯后。當(dāng)輸入照度增加時(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。攝像管產(chǎn)生惰性的主要緣由有兩個(gè)：一是圖像寫(xiě)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。.視頻信噪比：信噪比是評(píng)定像管成像質(zhì)量的綜合指標(biāo)。攝像器件的視頻信噪比S/N的定義為輸出視頻信號(hào)值與同頻帶下噪聲電平的均方根之比。動(dòng)態(tài)范圍：最高入射照度與最低入射照度之比。除以上評(píng)價(jià)攝像管性能的參數(shù)外，還有暗電流、畸變、暈光、壽命、機(jī)械強(qiáng)度等參數(shù)。第三章1、CCD的特點(diǎn)；2、CCD的構(gòu)造；3、CCD的耦合原理；4、CCD電荷的注入和檢測(cè)方式；5、電荷耦合攝像器件的特性參數(shù)。CCD，電荷耦合器件，是一種金屬－氧化物－半導(dǎo)體構(gòu)造的型器件，其根本構(gòu)造是一種密排的MOS電容器，能夠存儲(chǔ)由入射光在CCD像敏單元激發(fā)出的光信息電荷，并能在適從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。2 CCD的主要特性體積小、重量輕。 〔4〕靈敏度高。耗電少、啟動(dòng)快、 〔5〕動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬。壽命長(zhǎng)和牢靠性高。 〔6〕可達(dá)很高的區(qū)分率光譜響應(yīng)范圍寬。易與微光像增加器級(jí)聯(lián)耦合， 9〕圖像傳感器具有抱負(fù)的”掃描”線性，能在光條件下采集信號(hào)。 畸變小，抗過(guò)度曝光性能。 〔10〕機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖震CCDCCD兩大類電荷耦合器件的根本原理〔一〕電荷存儲(chǔ)CCDMOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)電容器電荷耦合器件必需工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)〔二〕電荷轉(zhuǎn)移(三)電荷的注入〔輸入方式〕光注入當(dāng)CCD用作拍攝光學(xué)圖像時(shí)，把依據(jù)度分布的光學(xué)圖像通過(guò)光轉(zhuǎn)換成為電荷分布，注入到每一位的深阱中去，這就是光注入。電注入所謂電注入就是CCD通過(guò)輸入構(gòu)造〔輸入二極管和輸入柵〕對(duì)信號(hào)電壓或電流進(jìn)展采樣，然后將信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號(hào)電荷。電注入的方法很多，這里僅介紹兩種常用的方法：(1)電流注入法(２)電壓注入法、(四)、電荷的檢測(cè)〔輸出方式〕目前CCD的輸出方式主要有電流輸出、浮置集中放大器輸出和浮置柵放大器輸出。１．電流輸出２．浮置集中３．浮置柵放大器輸出電荷耦合攝像器件的特性參數(shù)轉(zhuǎn)移效率指一個(gè)電荷包在一次轉(zhuǎn)移中被正確轉(zhuǎn)移的百分比。暗電流在無(wú)外加信號(hào)注入狀況下的輸出信號(hào)稱為暗電流。信號(hào)存儲(chǔ)力量所能存儲(chǔ)的最大信號(hào)電荷量，其打算CCD的電荷負(fù)載力量。工作頻率 CCD只有在肯定的頻率范圍內(nèi)才能正常工作。CCD電極長(zhǎng)度使電荷轉(zhuǎn)移有肯定的時(shí)間；時(shí)鐘脈沖變化過(guò)快會(huì)引起轉(zhuǎn)移損失。光譜響應(yīng)噪聲散粒噪聲、轉(zhuǎn)移噪聲和熱噪聲。區(qū)分率區(qū)分率是攝像器件最重要的參數(shù)之一，它是指攝像器件對(duì)物像中明暗細(xì)節(jié)的區(qū)分〔調(diào)制傳遞函數(shù)來(lái)表示區(qū)分率。(10).動(dòng)態(tài)范圍與線性度第四章CMOS器件的根本原理及構(gòu)造CCD器件的比較CMOS圖像傳感器.CMOS依據(jù)像素陣列單元構(gòu)造的不同，可以將像素單元分為：PPS(passivepixelschematic)、APS(activepixelschematic)〔1〕無(wú)源像素構(gòu)造無(wú)源像素單元具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔、像素填充率高及量子效率比較高的優(yōu)點(diǎn)。CMOS圖像傳感器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):、隨機(jī)窗口讀取力量。、抗輻射力量。、系統(tǒng)簡(jiǎn)單程度和牢靠性。、非破壞性數(shù)據(jù)讀出方式。、優(yōu)化的曝光掌握。.CCDCOMS到底有什么區(qū)分CCD攝像器件——有光照靈敏度高、噪聲低、像素面積小等優(yōu)點(diǎn)。但CCD光敏單元陣列難與驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路單片集成，不易處理一些模擬和數(shù)字功能；CCD陣列驅(qū)動(dòng)脈沖簡(jiǎn)單，需要使用相對(duì)高的工作電壓，不能與深亞微米超大規(guī)模集成〔VLSI〕技術(shù)兼容，制造本錢(qián)比較高。CMOS攝像器件——集成力量強(qiáng)、體積小、工作電壓?jiǎn)我?、功耗低、?dòng)態(tài)范圍寬、抗輻射和制造本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)。CMOSCCD相當(dāng)，CMOS已可以到達(dá)較高的區(qū)分率。在一樣區(qū)分率下，CMOSCCD廉價(jià)CMOS影像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是電源消耗量比CCD低，CCD價(jià)即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫(huà)素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源CCD低。第五章1、微通道板構(gòu)造和工作原理；2、微通道板的種類；3、微通道板像增加器的優(yōu)缺點(diǎn)。微通道板是一種大面陣的高空間區(qū)分的電子倍增探測(cè)器，并具備格外高的時(shí)間區(qū)分率。微通道板構(gòu)造〔圖20～40μm2mm5～6cm左右。每根空心纖維(即每個(gè)微通道)的內(nèi)外表層是次級(jí)電子放射系數(shù)較大的材料〔通常放射系數(shù)可達(dá)電物質(zhì)作為電極。通道內(nèi)壁具有較高的二次電子放射系數(shù)。在ＭＣＰ的兩個(gè)端面之間施加直流電壓形成電場(chǎng)。入射到通道內(nèi)的電子在電場(chǎng)作用下，碰撞通道內(nèi)壁產(chǎn)生二次電子。這些二次電子在電場(chǎng)力加速下不斷碰撞通道內(nèi)壁，直至由通道的輸出端射出，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)倍增，到達(dá)了增加光電子圖像的作用。微通道板工作原理當(dāng)微通道板兩端加上1kV左右的直流電壓，在每個(gè)微通道內(nèi)部都形成與通道中心軸2表示這樣一個(gè)微通道內(nèi)的電場(chǎng)和電子倍增原理。具有初速度的電子從通道一端射入，這些電子在電場(chǎng)和垂直電場(chǎng)方向的速度重量的作用下，以拋物線軌道飛行并得到加速，而后碰在通道的壁上打出幾個(gè)次級(jí)電子。這些次級(jí)電子在電場(chǎng)作用下又得到加速，再次撞擊內(nèi)壁打出次級(jí)電子。如此重復(fù)屢次，便實(shí)現(xiàn)了電子的倍增。板上全部微通道的電子倍增的總和就構(gòu)成了整個(gè)微通道板的電子增益?？梢?jiàn)，微通道板必需工作在高真空的條件下。而且，電子在倍增過(guò)程中走的路程很1納秒〔秒〕左右，飛行時(shí)間漲落則更小，從而有可能成為皮秒〔秒〕級(jí)的光電轉(zhuǎn)換，電子倍增器件中的重要組成局部。光電子進(jìn)入微通道板后，通過(guò)倍增作用，使電流放大1000～3000倍。其輸出電子經(jīng)加速后轟擊熒光屏，顯示出可見(jiàn)光圖像。電子倍增系數(shù)的大小和微通道板的厚度〔即微通道的長(zhǎng)度〕，微通道內(nèi)徑，二次級(jí)電子放射系數(shù)以及所用的電壓有關(guān)，一般可達(dá)～，假設(shè)承受較高的電壓，把兩塊板串聯(lián)起來(lái)，電子倍增系數(shù)到達(dá)也是不困難的。微通道板像增加器主要有兩種形式:近貼式和倒像式。近貼式微通道板像增加器將通道板放置在光電陰極和熒光屏之間。倒像式微通道板像增加器，是在熒光屏前面放置微通道板，能到達(dá)幾萬(wàn)倍以上的光學(xué)增益，而且不用再次倒像。微通道板像增加器的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：⑴體積小，重量輕，整管長(zhǎng)度和重量約為一代級(jí)聯(lián)管的二分之一；亮度便于調(diào)整；削減了熒光屏的光反響；整管電壓較低缺點(diǎn)：⑴噪聲大，主要是附加噪聲；⑵圖像不夠均勻；⑶工藝難度大，主要是制作以及后續(xù)工序?qū)CP有影響。6 像管什么是變像管？什么是像增加器？試比較二者的異同；像管通過(guò)哪三個(gè)環(huán)節(jié)完成圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換和亮度增加的；像管的類型；像管性能參數(shù)及其要求。直視型電真空成像器件統(tǒng)稱為像管，它是用于直視成像系統(tǒng)的光電成像器件。像管實(shí)現(xiàn)圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換和亮度增加是通過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)完成的:首先是將承受的微弱的或不行見(jiàn)的輸入輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像；其次是使電子圖像獲得能量或數(shù)量增加，并聚焦成像；第三是將增加的電子圖像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的光學(xué)圖像。上述三個(gè)環(huán)節(jié)分別由光陰極電子光學(xué)系統(tǒng) 熒光屏依據(jù)像管的工作方式可分 依據(jù)像管的構(gòu)造可分為： 依據(jù)像管的進(jìn)展階段可分為： 近貼式像管； 為：連續(xù)工作像管； 倒像式像管； 級(jí)聯(lián)式的第一代像管；選通工作像管； 靜電聚焦式像管； 帶微通道板的其次代像管；變倍工作像管。 電磁復(fù)合聚焦式像管。 承受負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的第三代像管。三像管的主要特性與參數(shù)光譜響應(yīng)特性光譜響應(yīng)特性是指像管的響應(yīng)力量隨入射波長(zhǎng)的變化關(guān)系。增益特性〔1〕. 增益定