光电成像原理与技术实验62页PPT
光电成像物理基础 光电成像课件
复合模型
0 .5
M T F e y ef M K 1T 2 s 1 P I 1 F 0 f2 1 2 X 1 e 2 N fe 2 M o p tf
其中， Ff11expf2 f0 2
Mopt f exp 22e2 f 2 e 02 Csphd3 2
光电成像原理 13
图像探测理论与图像探测方程
图像信号与图像噪声
— 图像是以辐射量子数分布再现的景物。辐射量 子数差异表示图像的亮暗，构成图像信号。
设光电成像系统接收到来自景物两个相邻像元的辐射
量子数分别为 n 1 和 n 2
图像信号
S n1 n2
Байду номын сангаас图像噪声
N n1 n2
光电成像原理 14
图像信噪比
光电成像物理基础
人眼视觉及图像探测 光学系统成像模型 光电探测物理效应
光电成像原理 1
光电成像原理
光电成像原理
人眼的视觉特性
— 视觉适应、灵敏度、分辨力与调制传递函数等
一、人眼的视觉适应与光谱响应
➢ 人眼观察的视场亮度范围
1 0 5 c d/m 2~ 1 0 4 c d/m 2
➢ 当视场亮度发生突变时，人眼要稳定到突变后的正常视 觉状态需要经历一定时间，这种特性称为适应。分为明 暗适应和色彩适应。
➢ 方程取“=”时，代表图像探测的临界情况，表明了理 想光电成像系统的极限探测灵敏阈。
图像探测灵敏阈
——选定光电成像系统的接收孔径、量子效率、 有效积分时间，用可探测图像细节的最小张角(分 辨力)与最低辐射亮度关系曲线，表示光电成像系 统的图像探测特性。
光电成像原理 18
光电成像原理 19
➢ 图中斜线上标注的数字是图像对比度 ➢ 斜线表示了理想的光电成像系统的图像探测极限，斜线
光电成像原理与技术
第一章 绪论
1.1 关于光电成像技术
什么是光电成像技术
AN/AVS-9
AN/PVS-7D
什么是光电成像技术
AN/AVS-9
AN/PVS-7D
什么是光电成像技术
• 以光电子理论、半导体物理和光电转换技术为基础，通 过各类光电成像器件将景物三维的自然反射、辐射转 换 成完成二维景物图像的技术。
长波限：亚毫米波成像（THz波段），分辨率低 短波限：X射线（Roentgen射线） 射线（Gamma射线）
具有强穿透力 (宇宙射线难以在普通条件下成像) 光电成像电磁波谱范围：无线电超短波到射线 有效波谱：亚毫米波、红外辐射、可见光、紫外辐射、X射线、 射线
1.1 关于光电成像技术
1.1.2 光电成像技术的分类与应用 领域
作
用
距
离
热痕成像
远
可透过伪装和复杂背景
红外热成像应用领域
❖ 军事应用 ❖警用安防 ❖电力 ❖冶金 ❖石化 ❖制造业
在线过程监控
❖ 建筑检测 ❖食品检测 ❖ 消防救援、海上搜救 ❖ 科研研究、遥感监测 ❖ 动物研究与诊疗 ❖ 医疗诊断、运动康复
红外热成像应用领域
❖ 军事应用
红外热成像应用领域
❖ 警用安防
光电成像技术的本质－扩展人眼的视觉性能
❖ 视见光谱域的延伸(图像变换技术) ❖ 视见灵敏阈的扩展(图像增强技术) ❖ 视见响应时间的拓展 (图像记录、存储技术) ❖ 视见距离的延伸 (图像传输技术) ❖ 视见分辨力的提升(同时使用图像增强与视角放大，提升对比度)
视见光谱域的延伸——受到一定限制
d 0.61 nsin( )
小结
❖ 光电成像技术通过图像增强、变换、记录、存储、传输等技术 手 段，从视觉灵敏度上光谱响应范围上、时间上、空间上纷纷 拓展 了人眼视觉的局限，广泛应用于人类生活的各个领域。
光电成像系统课件
光电成像系统的小型化与集成化
总结词
光电成像系统的小型化与集成化是当前 的重要趋势，它们能够提高系统的便携 性和集成度，满足各种应用需求。
VS
详细描述
随着微电子技术和微纳加工工艺的不断发 展，光电成像系统的小型化与集成化已经 成为现实。通过将多个光电探测器、信号 处理电路和存储器等集成在一个芯片上， 可以实现小型化和集成化的光电成像系统 。这种系统具有更高的便携性和集成度， 可以广泛应用于医疗、安防、通信等领域 。
CHAPTER
05
光电成像系统的发展趋势与挑 战
新型光电材料与器件的研发
总结词
新型光电材料与器件的研发是光电成像系统发展的关键，它们能够提高系统的性能和效 率，为未来的光电成像系统提供更多可能性。
详细描述
随着科技的不断发展，新型光电材料与器件的研发已经成为光电成像系统的重要发展趋 势。这些新型材料和器件能够提高光电成像系统的响应速度、灵敏度和稳定性，从而提 升成像质量。例如，近年来发展迅速的钙钛矿材料和二维材料，在光电转换和光电器件
CHAPTER
06
光电成像系统的实际应用案例
医疗诊断中的光电成像系统
总结词
光电成像系统在医疗诊断中发挥着重要作 用，能够提供高分辨率、高对比度的图像
，帮助医生准确诊断病情。
内窥镜系统
通过将内窥镜与光电成像系统相结合，医 生可以在不开刀的情况下观察患者体内情
况，提高诊断的准确性和安全性。
光学显微镜
科研领域中的光电成像系统
总结词
光电成像系统在科研领域中 具有广泛的应用，能够提供 高精度、高灵敏度的图像， 促进科学研究的深入发展。
第5章 光电成像系统PPT课件
• 一个电荷量为Qo的电荷包，经过n次转移后 的输出电荷量应为：
Qn Qo n
• 总效率为： Qn / Qo n
2 不均匀度(非均匀性)
• 光敏元的不均匀 • CCD的不均匀
• 本节讨论光敏元的不均匀性，认为CCD是近 似均匀的，即每次转移的效率是一样的。
• 光敏元响应的不均匀是工艺过程及材料不均 匀性引起的，大规模器件的均匀性问题严重
3 CMOS与CCD器件的比较
• CCD摄像器件
• 灵敏度高、噪声低、像素面积小 • 难与驱动电路及信号处理电路单片集成，
需要使用相对高的工作电压，制造成本比 较高
• CMOS摄像器件
• 集成能力强、体积小、工作电压单一、功 耗低、动态范围宽、抗辐射和制造成本低
• 需进一步提高器件的信噪比和灵敏度
• 紧密排列在半导体绝缘表面上的电容器可 用来存储和转移电荷，按适当的次序对这 些电极加上脉冲，它们就会产生携带一包 一包少数载流子的运动势阱
• 他们首先提出的一种器件结构是采用相同的 电极和三相时钟系统，为隔离各个电荷包， 最少需要三相时钟
• 电荷耦合器件（CCD）特点——以电荷作
为信号
• CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移
• 在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信 号电压（电流）
5 光谱响应
• CCD的光谱响应是指等能量相对光谱响应， 最大响应值归一化为100%所对应的波长，
称峰值波长，通常将10%（或更低）的响
应点所对应的波长称截止波长。有长波端 的截止波长与短波端的截止波长，两截止 波长之间所包括的波长范围称光谱响应范 围。
固体摄像器件主要有三大类：
• 电荷耦合器件（Charge Coupled Device， 即CCD）
《光电技术实验》课件
利用光纤传输光信号，实现对温度、压力、振动等物理量的测量，具 有测量范围广、精度高、抗电磁干扰等优点。
THANKS
感谢观看
总结词
高效节能、环保健康
LED照明
利用光电技术将电能转化为光能，具有高效、节能、环保、长寿命 等优点，广泛应用于室内外照明。
智能照明
结合光电技术和物联网技术，实现照明的智能化控制，如调光、定 时、远程控制等，提高照明质量和节能效果。
光电技术在太阳能发电领域的应用
总结词
01
绿色能源、可持续发展
光伏发电
灯具外壳
根据实际需要选择合适的灯具外壳， 如圆形、方形等。
电源适配器
提供合适的电压和电流，使LED照明 灯具正常工作。
实验步骤
1. 准备实验设备
2. 组装LED灯具
将所需的LED灯珠、驱动电路板、灯具外壳 和电源适配器准备好。
将LED灯珠焊接到驱动电路板上，然后将驱 动电路板固定到灯具外壳中。
3. 连接电源适配器
实验原理
光电效应
光子与物质相互作用， 使物质吸收光子能量并
产生电效应。
光电探测器
利用光电效应将光信号 转换为电信号的器件。
光源
发出一定波长的光的器 件，用于产生实验所需
的光信号。
光电信号测量
利用电子测量仪器测量 光电探测器输出的电信
号。
实验步骤
搭建实验装置
根据实验要求搭建光电探测器 和光源的实验装置。
优势。
02
2. 稳定性测试
检查LED灯珠是否有闪烁现象，以 及在长时间工作后是否出现亮度
下降或颜色变化等问题。
04
4. 可靠性评估
对LED照明灯具进行寿命测试，评 估其在长时间使用过程中的可靠
《光电成像》幻灯片
❖ 电子光学局部，即电子透镜，它可以使光电 阴极发射出来的光电子图象在保持相对分布 不变的情况下，进展加速并聚焦成像在荧光 屏上。
❖ 困难：使各物点所发射的电子完全落在对应 的各像点上。
❖
非聚焦型〔近贴式像管〕
❖ 静电系统
静电聚焦型
❖
聚焦型
❖
电磁聚焦型
❖ 1、非聚焦型像管〔近贴型〕
❖ 由光电阴极和荧光屏构成，两者平行且距离 很近
荧光屏
E
F 象散
Q 清晰 B C 象散
场曲
❖ 利用光学纤维面板可以使像散和场曲减到最小。
❖ 光纤面板由直径为几微米的细玻璃丝严密排 列后熔压成块，然后切割、磨制、抛光，一 端磨成平面，另一端磨成曲面。
❖ 图像入射到光纤面板平面端,由于光纤能将一 端输入的光根本无损失地传到另一端,所以每 根光纤传输图像的一个像元到光阴极曲面的 相应点,激发出光电子束,经聚焦和加速后,轰 击曲面荧光屏,发出的可见光图像再经每一根 光纤传输到光纤面板的平面端。光纤越细， 光纤面板的图像分辨率越高。
❖ 构造： 在单级第一代像增强器中，加上一块 微通道板MCP，MCP与光电阴极之间是静电透镜， 与荧光屏之间是近贴均匀场。
❖ 这种构造的优缺点是：分辨率高，像质好；但 噪声较大。
❖
❖
静电聚焦式MCP像增器
三、第三代像增强器 ——负电子亲和势像增强
器 ❖ 第二代像增强器+负电子亲和势光电阴极=
第三代像增强器 ❖ 同时起到光谱变换和微光增强的作用 ❖ 优点：在可见光和近红外区都有较高的灵敏
U
❖ 2、微通道板像增强器 ❖ 〔1〕近贴式MCP像增强器 ❖ 近贴式MCP像增强器又称为平面型或薄片型像
增强器。它是把MCP平行放置在光电阴极和荧光 屏之间，三者相互靠得很近，故称双近贴式。 ❖ 这种构造的优缺点是：体积小，重量轻；但分 辨率和像质差。
光电成像原理与技术第二章人眼的视觉特性与图像探测.ppt
下午10时53分 光电成像原理
第二章 人眼的视觉特性与图像探测
§2.2 二、 光电成像系统的图像探测方程 1 光电成像输出的图像信号表达式
S n1 n2 B1 B2 r 2 2Q
式中，r是系统接收孔径的半径，η是光电转换的量 子效率，τ是有效积分时间，α是像元边长对系统的 张角，Q是每lm光通量在每秒所通过的光子数。
1. 人眼的构造
下午10时53分
3
光电成像原理
第二章 人眼的视觉特性与图像探测
人眼的主要组成部分：①由角膜、虹膜、晶状体、 睫状体和玻璃体组成的光学系统；②构成人眼视觉 关键部分的视网膜—敏感和信号处理部分，带有盲 点和黄斑；③信号传输和显示系统的视神经和大脑。 复杂多层网格结构的视网膜：与玻璃体相接触 的部分，是神经细胞层，神经的末端是神经细胞(细 胞元)。
下午10时53分 光电成像原理
13
第二章 人眼的视觉特性与图像探测
图像探测灵敏阈：光电成像系统的图像探测极限。
影响图像探测极限的因素：①景物细节的辐射亮度 或单位面积的辐射强度；②景物细节对光电成像系 统接收孔径的张角；③景物细节与背景之间的辐射 对比度。 通常用探测到图像细节的最小张角与最低辐射亮 度两者关系曲线表示图像探测极限。 选定各种不同的、确定的辐射对比度测定上述曲 线—图像探测特性曲线，该曲线定量地表明了光电 成像系统的图像探测灵敏度，图像探测曲线的解析 表达式称为图像探测方程。
Lt Lb C , Lt 是目标亮度 C的倒数成为反衬灵敏度。 Lb
Wald定律：背景亮度Lb、对比度C和人眼所能探测 目标的张角α之间具有的关系式 LbC 2 x const , x在0 ~ 2之间变化 对于小目标α <7’，则x=2，得到Rose定律：
《光电显示成像基础》PPT课件
精选PPT
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第一章 光电显示成像基础
3. 亮度均匀性 - 在不同区域亮度的一致性
(100%*亮度/平均亮度）
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第一章 光电显示成像基础
4. 对比度和灰度
受环境光照影响
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3
第一章 光电显示成像基础
第一章 光电显示成像基础
第一节 光电显示技术概述 第二节 显示参量与人眼的视觉因素 第三节 显示器件的主要性能
精选PPT
4
第一章 光电显示成像基础
第一节 光电显示技术概述
1.1 研究显示技术的意义
显示？ 对信息的表示
目前限定为基于光电子手段产生的视觉效果
人由感觉器官从外界获得信息：
分辨力特性由什么决定？
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第一章 光电显示成像基础
7. 发光颜色 用发射光谱或色度坐标表示。
实验一：给出CRT和LCD显示器的光谱和色坐标、 色域
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第一章 光电显示成像基础
8. 余辉时间
来源于CRT显示器荧光粉的发光特点：指荧光粉的 发光从电子轰击停止后开始减小到电子轰击时稳定 亮度的1/10所经历的时间。决定于荧光粉的性质。 一般CRT荧光粉的余辉时间从几百纳秒到几十秒。
的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，在VR效果的观察设备
中，头盔显示器的沉浸感优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维
投影显示和观察效果，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功
能和设备的一种补充和辅助。
3DVR-三维数字视频录像机
光电成像系统下优秀PPT
由成像区(像敏区)、 暂存区和水平读出寄 存器等三部分构成。
1
2
33
场正程期间： 场逆程期间：
场正程期间，成像区收集电荷，当 光积分时间到后，进入场逆程，信 号转到暂存区。暂存区与水平区按 行周期工作，一行一行的向下平移， 直至输出整场图像信号。
驱动频率的下限
在信号电荷的转移过程中，注入电荷从一个电极转移到另一
个电极所用时间须小于光生载流子的平均寿命τi，对于三相来讲，
周期为T
t1
T 3
1 3f
i
f 1
3 i
载流子的平均寿命τi与器
件的工作温度有关， 工作温
度越高，平均寿命越短，驱
动频率的下限越高。
驱动频率的上限
驱动频率升高时，信号电荷转移跟不上驱动脉冲的变化，
（1）电极是金属，容易蔽光，即使是换成多晶硅， 由于多层结构电极系统对入射光吸收、反射和干涉 比较严重，因此光强损失大，量子效率低。 （2）电荷包转移期间，光积分在继续进行，使输出 信号产生拖影。
2
8
1.电荷存储
N型CCD
耗尽
区的
深度 与UG 成正 比。
在栅极G施加电压UG 之前p型半导体中空穴 的分布是均匀的。
2
22
表面态效应：在半导体的表面，由于存在自身缺陷、吸附物质、 氧化物或与电解液中的物质发生作用等原因，表面电子之量子状 态会形成分立的能级或很窄的能带，称为表面态。它可以俘获或
释 初放始载电流荷子Q，（或0形）成取复大合中值心称，“使胖半零导体电带荷有”表，面显电荷然，“影胖响零其” 电 （性fa能t z。er当o电）荷工包作转模移式时，下空，的电表荷面转态从移沟效道率中高获。得电胖子零，电如荷它 能 属很于快暗的电将流电，子发且射不出能来通，过跟随降原低电器荷件包的转移温，度就来不减会小影响的转。移
《光电成像原理与技术实验》
《光电成像原理与技术实验》课程代码：课程名称：光电成像原理与技术实验学分：1.5 学时：24先修课程：《光电成像原理与技术》一、目的与任务本课程是一门广泛涉及光电成像原理、光电成像器件与系统、光电成像信息处理技术的综合性实验课程，为电子科学与技术（光电子方向）专业本科必修课。
也可供其它专业本科生、研究生选修。
本课程从电子科学与技术专业指导性教学计划的基本要求出发，通过对学生在实验方法和实验技能两方面的训练，使学生加深对所学课程——“光电成像原理与技术”教学内容的理解并能融会贯通，了解本学科的最新发展动态和技术前沿。
通过本实验使学生掌握光电成像器件主要特性的测试原理、测试方法；成像系统性能测试技术；红外热成像系统性能测试技术；了解显微成像实验技术、立体成像和医疗影像系统的原理与技术。
二、教学内容及学时分配本课程主要包括以下实验：1.光电阴极灵敏度测试实验（3学时）2.亮度增益测试实验（3学时）3.等效背景照度测试实验（3学时）4.放大率和畸变的测试实验（3学时）5.极限分辨力的测试实验（3学时）6.成像器件传递函数性能测试实验（3学时）7.直视型微光成像系统性能测试实验（3学时）8.红外热成像测温技术实验（3学时）三、考核与成绩评定1.课程成绩由平时考核成绩和实验报告成绩2部分组成；2.平时考核成绩：完成实验预习报告、出勤情况与实验动手能力为平时考核成绩内容，平时考核成绩占课程成绩的20%；3.实验报告成绩：实验报告成绩占课程成绩的80%。
四、大纲说明1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。
2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。
3. 本大纲适合光电类相关专业。
五、教材、参考书教材：[1] 王仲春, 刘榴娣, 钟堰利. 光电信息实验技术[M]. 北京：兵器工业出版社，1999.参考书：[1] 白廷柱, 金伟其. 光电成像原理与技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2006.编写教师：王霞责任教授签字：教学院长签字：《The Experiments of Optoelectronic Imaging Theory and Technology》Course Code:Course Name: The Experiments of Optoelectronic Imaging Theory and TechnologyClass Hour: 24Credit: 1.5Course DescriptionThe objective of this course is to familiarize students with the experiment method and skill of analyzing an imaging device or system. Students will be able to use the knowledge studied in the course, Principle and Technology of Photoelectric Imaging, design the testing scheme of a given imaging device or system.The main topics of this course are the testing principle and method of the characteristics of the optoelectronic device, low-light-level imaging system and infrared imaging system. If time permits, I will give a brief introduction to microscope imaging and stereoscopic imaging measurement technology. Testing methods of the characteristics of an imaging device or system are very important, not only for the designer, but also for the consumer. One of the goals of the course is to train the students to apply these techniques to analyze imaging problems.。