光电成像原理同济大学浙江学院

光电成像原理一．题型及分值45’填空题（1.5’×30）15’名词解释（5’×3）20’简答题（5’×4）20’问答题（5’×4）二．主要知识点1.什么是光电成像技术？光电成像器件的分类。答：种种改善人类视见能力的新技术都是以光电转换技术、光电子理论和半导体物理等为基础，通过各类光电成像器件来实现的。采用这一类器件完成成像过程的技术可以统称为光电成像技术。分类：按工作方式可分为两大类①直视型光电成像器件；②电视型光电成像器件2.光电成像器件的工作方式。工作方式:[1]直视型光电成像器件:通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。[2]电视型光电成像器件:接收二维的光学图像或热图像，利用光敏面的光电效应或热电(敏)效应将其转换为二维电荷图像并进行适当时间的存储，而后通过电子束扫描或电荷耦合转移等方式，输出一维时间的视频信号。3.光电发射的原理。光电发射现象是赫兹于1887年在做电磁振荡的研究中首先发现的。原理：①光电发射体内的电子被入射光子激发到高能态；②受激电子向表面运动，在运动的过程中因碰撞而损失部分能量；③到达表面的受激电子克服表面电子亲和势而逸出；4.像管成像的物理过程，像管的分类。(1)物理过程：①将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像；②使电子图像聚焦成像获得能量增强或数量倍增；③将获得增强的电子图像转换为可见的光学图像。(2)像管的分类：变像管和像增强器。（变像管：完成图像的电磁波谱转换；像增强器：完成图像的亮度增强。）微通道板（MCP）二次发射性能5.摄像管的结构组成及应用。(1)结构组成：光电变换与存储部分、信号阅读部分。(2)应用：①光电变换部分：将光学图像变成电荷图像的任务由光电变换部分完成；②电荷存储与积累部分：由于光电变换所得的瞬时信号很弱，所以现在摄像管均采用电荷积累元件。它在整个帧周期内连续地对图像上的任一像元积累电荷信号。因为要积累和存储信号，所以在帧周期内要求信号不能泄漏。因此，要求电位起伏存储元件应具有足够的绝缘能力。常见的存储方式：二次电子发射积累，二次电子导电积累，电子轰击感应电导积累，光电导积累；③信号阅读部分：从靶面上取出信号的任务由阅读部分来完成。阅读部分通常是扫描电子枪系统，它由细电子束的发射源、电子束聚焦系统和电子束偏转系统三部分组成。6.荧光屏的结构及工作原理。结构:[1]表层蒸镀一层铝膜。作用：引走积累的负电荷；防止光反馈给光阴极；使荧光屏形成等电位；将光反射到输出方向。[2]粉层的厚度应能充分吸收入射电子的能量，并使产生的光子能有效地射出。[3]底层是由晶态磷光体微细颗粒沉积而成的薄层。通常选取颗粒直径与荧光屏厚度相近，这样可获得发光效率与图像分辨力的最佳组合。荧光屏将电子图像转换为光学图像7.光能、光通量、照度、发光强度、亮度的概念。光能Q:可被人眼接收的辐射能（单位:lm·s）。光通量Φ:单位时间内传播或接收的光能tQ(单位:lm)。照度E:照射到表面一点处单位面积上的光通量Q(单位:lx)。发光强度I:在给定的方向上，单位立体角内的光通量Q(单位:cd)。亮度L:表面一点处的面元，在给定方向上发光强度除以该面元在垂直于给定方向上的投影面积cos2Q(单位:2mcd)。8.CCD、CMOS（中英文全称）及CCD的转移效率。(1)CCD：电荷耦合器件（Charge-CoupledDevices）指利用内光电效应工作在非真空工作环境下的器件。它是受磁泡存储器的启发，作为MOS技术的延伸而产生的一种半导体器件。一般把它与电荷注入器件（CID）、电荷引动器件（CPD）、自扫描光电二极管阵列(SSPD)等器件统称为电荷传输器件或电荷转移器件。CCD是用处于非热平衡状态的势阱来进行电荷存储和转移的。CCD是一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列，它具有存储和转移信息的功能，故有称之为动态移位寄存器。CMOS:互补金属-氧化物-半导体（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）(2)CCD的转移效率：一次转移后，到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比。(造成电荷转移损失的主要因素有三个:即转移速度快慢、界面态俘获和极间势垒。)计算方法：)0()(1)(QtQt9.微光电视的概念及特点。电视型夜视系统指用于夜天或其他低照度条件下视频形式的夜视系统。概念：利用月光、星光、气体辉光及其散射光所形成的自然环境照明，获取被摄目标场景的可见光图像。摄像靶面照度在1lx以下。特点：具有较高的灵敏度，可在较低的照度下获得高质量的图像。①图信号转换成一维的电信号后，除可对信号进行频率特性补偿、γ校正等处理外，还可利用当前迅速发展的数字图像处理技术，改善显示图像的质量，增加图像的信息量；②可实现图像的远距离传送，并可遥控摄像；③改善了观察条件，可多人、多地点同时观察；④可对被观察景物的图像信息作长时间录像存储，便于进一步分析研究。10.人眼按不同照度下的视觉响应可分为?(1)明视觉响应(2)暗视觉响应(3)中介视觉响应11.大气消光，大气透射比的特殊情况。大气消光：大气对辐射的衰减作用。主要由大气中各种气体成分及气溶胶粒子对辐射的吸收与散射造成。大气透射比的特殊情况：在气象学上，把白光通过1km水平路程的大气透射比称为大气透明度。12.约翰逊准则4个探测步骤。(1)探测（发现）：在视场中发现一个目标；(2)定向：可大致区分目标是否对称及方位；(3)识别：可将目标分类；(4)辨别：可区分出目标型号及其他特征。13.光电成像的图像探测方程。min222)(τηα2NSQCrBmπ222τηα2QCrBNSmπ是理想条件下光电成像的输出图像信噪比，若这一信噪比大于接收器（通常为人眼）所需的阈值信噪比min)(NS时，表明理想的光电成像可探测到这一图像，反之将不能探测。理想条件下光电成像的图像探测方程（夏根（P.Schagen）方程）：2minNSτηπ2Cα)(222QDΒm14.红外探测器的工作条件。（P400）（具体）①入射辐射的光谱分布②探测器的几何参数③探测器的输出信号④探测器的工作温度与背景⑤探测器的阻抗⑥特殊工作条件15.物体发射辐射的条件。温度高于热力学零度。16.星的等级是如何定义的？（星等）答:[1]I.星的亮度用星等衡量，以在地球大气层外所接收的星光辐射产生的照度来衡得。II.规定星等相差五等照度比为100倍，即相邻两等星得照度比为2.512倍。III.规定零等星的照度为2.65×10-4lx，比零等星亮的星等为负。17.人的视觉具有0.02s的有效积分时间