光電轉(zhuǎn)換原理及電光轉(zhuǎn)換原理

光電轉(zhuǎn)換原理光電轉(zhuǎn)換是靠攝像管來完成的，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示：圖1-4光電導(dǎo)攝像管⑴組成電子槍燈絲用來加熱陰極陰極發(fā)射電子?xùn)艠O控制電子流的大小（第一陽極）加速極（A1），加有300V電壓（第二陽極）聚焦極（A2）加有0-300V的電壓網(wǎng)電極與A2連在一起，在靶前形成均勻減速電場，從而使電子束在靶面能均勻垂直上靶。xx靶光敏靶是由幾層不同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的，其厚度只有10-20.m。朝向景物的一側(cè)是信號板也叫信號電極，它是噴涂在玻璃上的一層透明金屬導(dǎo)電層，在信號板的另一側(cè)，則蒸鍍了一層具有內(nèi)光電效應(yīng)的光敏半導(dǎo)體材料。該材料在光的照射下電導(dǎo)率增加（即電阻減少），被攝景物各部分亮度不同，靶面上各部分的電導(dǎo)率相應(yīng)變化，與較亮像素對應(yīng)的靶單元電阻較小，而且各靶單元相互絕緣。于是圖像上的不同亮度就變成了靶面上各單元的不同電導(dǎo)率（即電阻）。⑵工作過程當(dāng)攝像管加上正常的工作電壓時，陰極便向外發(fā)射電子，并在加速極和聚焦電場的作用下，形成很細(xì)的一束電子流射向靶面，如圖1-5所示。當(dāng)電子束射向靶面某點時，便把該點對應(yīng)的等效電阻R接入信號檢，并與負(fù)載電阻RL、電源E構(gòu)成一個回路。如下圖，于是回路便有電流產(chǎn)生，即I=E/（RL+R1））當(dāng)對應(yīng)的像素發(fā)生變化時，R便發(fā)生變化，于是I也發(fā)生變化。I流過負(fù)載RL時，在RL兩端形成變化的電壓VRL，由于這個電壓反應(yīng)了對應(yīng)像素亮度隨時間的變化，因而便為圖像信號。當(dāng)在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下，電子束按照從左到右，從上到下的規(guī)律掃描靶面上各像素點時，便把按平面分布的各個像素的亮度依次轉(zhuǎn)換成按時間順序傳送的電信號，實現(xiàn)了圖像的分解與光電轉(zhuǎn)換。圖1-5光電轉(zhuǎn)換原理示意圖⑶圖像信號的極性正極性。被攝景物上的像素越亮，對應(yīng)的信號電平越高，稱正極性。負(fù)極性。被攝景物上的像素越亮，對應(yīng)的信號電平越低，稱負(fù)極性。電光轉(zhuǎn)換原理電光轉(zhuǎn)換是靠顯像管來完成的。其結(jié)構(gòu)如下圖1-6所示。圖1-6顯像管結(jié)構(gòu)示意圖⑴結(jié)構(gòu)①電子槍燈絲陰極柵極加速極（第一陽極）二、四陽極（高壓XX）聚焦極（第三XX）玻璃外殼A管頸（內(nèi)裝電子槍）B玻璃錐體：將幕面玻璃與管頸連接起來，內(nèi)外層均涂有石墨層，它主要有三個作用：第一是內(nèi)壁石墨層與高壓極連接，形成等電位空間，以保證電子束高速運(yùn)動；第二是外壁石墨層接地，與內(nèi)壁石墨層一起形成一個500-1000PF的電容，作濾波用；第三是內(nèi)石墨層的黑色，可充分吸收管內(nèi)的雜散光，提高對比度。C熒光屏：是顯像管的發(fā)光面，電光轉(zhuǎn)換是由它來完成的。在熒光屏內(nèi)側(cè)涂有熒光粉，當(dāng)電子束轟擊熒光粉時，熒光粉發(fā)光，電子束電流越強(qiáng)，發(fā)光越亮，從而完成電光轉(zhuǎn)換。d鋁背：顯像管雖抽了真空，但仍殘留有氣體離子。另外，從陰極也會發(fā)射一定離子，離子質(zhì)量比電子大幾千倍，只能在偏轉(zhuǎn)磁場作用下作少量偏轉(zhuǎn)，因此會固定轟擊屏幕中心部分，使熒光粉老化形成暗區(qū)。蒸鍍鋁背可避免這種現(xiàn)象。因為離子速度慢、體積大，不能穿過鋁背到達(dá)熒光屏。⑵工作原理顯像管出現(xiàn)光柵或顯示圖像是靠在柵極與陰極間施加不同電壓，以控制陰極電流iK的大小而實現(xiàn)的。當(dāng)無圖像信號輸入時，柵陰極間加的是直流負(fù)電壓，約負(fù)十幾伏，只要數(shù)值適當(dāng)，有掃描電流作用下，射向屏幕各點的電子束處處相等（因iK為一直流電源），因而屏幕上顯示的是亮度均勻的光柵。當(dāng)有圖像信號輸入時，柵陰極間在原電流負(fù)壓的基礎(chǔ)上疊加了圖像信號，如圖1-7所示。為一行電視信號。t1-t2是消隱信號，電平很高，它將使iK=0，在屏幕上無回掃亮線；t2-t7為行掃描正程時間，出現(xiàn)圖像信號，其中t2-t3、t4-t5、t6-t7的圖像信號電平較低，即|-Ugk|值很小，iK很大，這期間屏幕上出現(xiàn)白色。t4-t5、t6-t7圖像信號電平較高，|-Ugk|極大，iK小，這期間屏幕上出現(xiàn)黑灰色，于是屏幕上出現(xiàn)了三白兩灰的圖像。圖1-7顯像管顯像原理圖3.光電與電光轉(zhuǎn)換過程中的非線性⑴電視系統(tǒng)對光電、電光轉(zhuǎn)換及傳輸信道的要求設(shè)發(fā)端原景物的亮度為B0，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、傳輸信道，再經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后，重現(xiàn)的亮度為B0,要保證不失真的重現(xiàn)圖像必須使Bd與B0成性線關(guān)系，即Bd=KB0（K為常數(shù)）（1-5）這就要求從攝像（取）到重現(xiàn)的整個電視系統(tǒng)必須是線性的。①電視系統(tǒng)存在的非線性攝像管的非線性失真設(shè)攝像管的輸出電壓為E0,則E0=K110rB（1-6）式中K1為常數(shù)1為攝像管的非線性失真系數(shù)，一般情況1<1,目前可達(dá)到1=1傳輸信道的非線性失真設(shè)傳輸信道的輸入為￡0,輸出（即顯像管陰極）為Ed,則Ed=K220rE（1-7）式中K2為常數(shù)2為傳輸系統(tǒng)的非線性失真系數(shù)，通過調(diào)整電路，可使2=1顯像管的非線性失真加到顯像管陰極電壓為Ed,經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后重現(xiàn)的亮度為Bd,則Bd=3K3rdE(1-8)式中3K為常數(shù)3為顯像管的非線性失真系數(shù)，該值一般為3=2-3間于是，整個系統(tǒng)的亮度傳輸特征為：Bd=3K3rdE=3K(K220rE)3=3K[K2(K110rB)2]3=3K.K23.K132 .B0321=KB0(1-9)式中K=3K.K23.K132 (為常數(shù))=1.2.3(為整個系統(tǒng)非線性失真)由上式可見：重現(xiàn)圖像的亮度與原景物的亮度是非線性關(guān)系，這種非線性關(guān)系稱為特性。主要是由顯像管的電光轉(zhuǎn)換造成。②非線性失真對圖像的影響假設(shè)傳送的是一幅亮度均勻由黑變白的豎條，其一行的亮度波形是一階梯波，如圖1-8所示。當(dāng)=1時，不失真，如圖（a）當(dāng)>1產(chǎn)生失真，如圖（b）,即亮區(qū)的對比度加大，亮度層次受到擴(kuò)張，暗區(qū)的對比度減小，亮度層次受到壓縮。當(dāng)<1也產(chǎn)生失真，如圖（b），只是產(chǎn)生了相反壓縮與擴(kuò)張。當(dāng)上述失真達(dá)到一定程度后，重現(xiàn)圖像就明顯失去了原景物的豐富層次。消除的方法（校正）因為電視接收機(jī)為廣大用戶所有，為使接收設(shè)備簡化，這種失真的校正是在電視臺的圖像信號產(chǎn)生部分進(jìn)行的。其校正的方法是在攝像端的視頻通道中設(shè)置一級非線性放大器，調(diào)正該放大器的非線性，使整個傳輸信道的非線性失真系數(shù)為：2=1/（1.3）（因1和3是由攝像管和顯像