光电检测技术和系统习题集

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1、光电检测技术及系统习题集一、本课程在教学课程体系的地位本课程研究整个系统，强调光电检测的技术。光电检测技术很活跃，许多内容都是从照明系统被测物光学系统光源CCDA/D反馈系统图1光电检测系统的组成示意图科研课题中提取出来的。二、何谓抽样定理？结合抽样过程的原理图，推导出利用光列阵来测量频谱的数学表达式。给出物函数的空间为[-L/2，L/2]，光电器件的最佳点阵间隔，举出一个应用实例。三、像传感检测技术是利用物体的二维或三维信息的光强分布来检测物体的形状、尺寸与位置是图象检测技术中最简单而直观的方法。四、信息与图像检测不仅

2、适用于可见光，而且更适用于X射线、紫外线、红外线、放射线、超声波以及微波，从而使光电检测技术的应用和方法进入到一个更高的水平。五、信息与图像检测的主要用途是：（1）利用二维光传感器，直接测定物体的形状、尺寸、位置。这是在生产线上实现自动检测的有效手段。（2）利用扫描技术进行图像微细结构的测定。例如，对显微镜图像，X射线图像，超声波图像，电子显微镜图像的测定。用于粒度分布、温度分布、光度分布的测定，以及尺寸、位置、面积的测定。（3）利用光学傅立叶变换，把物体的空间域变换成频率域，用滤波与相关的方法抽取图像中光电检测所需的特

3、定信息，从而判定被测表面的状态、尺寸以及位置变化。例如，检查大规模集成块的缺陷，力学中应变分布测定等。（4）利用电视，固体摄像器件（如CCD等）与计算机技术结合，进行光学条纹的自动判读与显示。这适合于各种干涉条纹、莫尔条纹、散斑条纹的自动测量与实时显示，精度可达到λ/20~λ/100。是目前获得效率最高,精度最高,显示最直观的测量方法。六、图2是最简单的像传感器检测原理图。用于按产品尺寸进行自动分类。试指明此光传感器能检测产品那几个尺寸？像传感检测技术的特点是：（1）非接触——是利用物体的二维或三维光信息来实现检测，完全

4、是非接触测量，测量力为零。特别适合于橡胶、塑料等软工件的测量。（2）高效率——可快速测定高速移动的工件，这是人眼测量无法办到的。光传感-7-9器的响应速度已能达到10~10s，例如，对外径为20mm的工件，1s可测定4个。（3）输入能量小——在微光下可以工作，也就是一般光传感器有很高的灵敏度。（4）数据处理功能强——有可能直接与计算机组合来进行光电检测。1图2像传感器检测原理图七、线性光列阵基本形式是什么？线性光列阵有两种基本形式，示于图3。图中a）是成像型，b）是照明型。对成像型来说，被测尺寸长为Lx，通过物镜成放大像

5、于光列阵上，设Qx是暗电平的个数，即光列阵上不计数的列阵数，对二极管列阵就是无讯号输出的光电二极管的个数。Qx是光列阵上光电二极管的总数。M是光电二极管之间的间距（通常p=30μm）则有：线性图3线性光阵列检测两种基本形式MLx=Qxp即QXLx=P(7-1)M而测量范围1L0=Qnp(7-2)M式中：M=b/a；b为像距；a为物距。由式（7-2），设定L0=300mm,M=1/10，p=30μm，就可换算出光电二极管的个数1000个。八、飞点传真扫描是靠线列阵本身的自扫描来形成主扫描，副扫描由送纸机构形成。图4传真扫描

6、型式九、试述电子瞳孔计的原理,并说明可在瞳孔图中抽取的信息.其原理示于图5。以测定人眼瞳孔连续变化为例来说明。当眼球从前面用红外线进行照射，用红外线导摄像机进行摄像，并在监视器上观察得图5a的瞳孔图。在扫描线中选取任意一条，其视频波形如图b）所示。如图，就可在扫描线上抽取如下信息：（1）辉度特性测定。眼球对红外线的反射就构成辉度特性。从图5b）的视频波形电平中就反映眼球各部分辉度的对应值，角膜的反射大于虹彩，虹彩的反映大于瞳孔。（2）位置的测定。瞳孔的位置可用限幅电平来测定，如图5人眼瞳孔计原理图5c）所示。限幅电平由比

7、较器产生，形成脉冲形状，如果瞳孔2左边的位置是设定的，那么，以脉冲为起点就可求取横向位置x，在水平扫描线上，用时间讯号来测定，即x的时间内用即时脉冲数来测定，用数字输出显示。垂直方向的位置y，可由图面的上部选定扫描线，由水平扫描线的线数来测定。（3）宽度测定。宽度是指扫描线横截瞳孔部分时的瞳孔宽度，这可以测定图c）中/的x而求出。/（4）面积测定。用全视场中扫描线中各个x，就可求得瞳孔的面积。如此，利用图像扫描的信息，就可以自动测定眼球的若干参数，这就是电子瞳孔计的原理。十、试举一例用光列阵来测量频谱的抽样定理应用的例子

8、.并指出Nyquist间隔.抽样定理是用离散值为模拟连续值时不丢失信息的重要概念，是我们能够将一个连续的频带有限函数用离散的抽样序列来求取它，利用光列阵来测量频谱就是抽样定理应用的一个例子。6函数及其频谱的抽样图6是抽样过程的原理图，抽样是用一个探测器，探测某点的函数值。如图6a）所示，探测器的线宽为ΔX，在X=0处