光电子技术第4章 光电成像器件课件.ppt

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1、第4章光电成像器件4.1摄像管4.2摄像器件的性能参数4.3电荷耦合器件CCD4.4CMOS图像传感器4.5图像增强器光电成像器件是能够输出图像信息的一类器件摄像器件使光学图像变成视频信号·摄像管·电荷耦合器件CCD·CMOS图像传感器像管使光学图像增强或改变光谱·图像增强器·变像管4.1摄像管可分为两大类：光电发射型摄像管利用外光电效应视像管利用内光电效应摄像管是能够输出视频信号的真空光电管光电发射型摄像管视像管视像管基本结构：光电靶完成光电转换、信号存储电子枪完成信号扫描输出氧化铅视像管结构与工作原理管子结构氧化铅PIN靶PIN光电靶：反向偏置，扫描面形成正电位图

2、像电子枪：发射电子束，按电视制式扫描正电位图像，输出视频信号像素：组成图像的最小单元。摄像管像素大小由电子束截面积决定。在电子束扫描某一像素的瞬间，该像素与电源正极和阴极结成通路。这个像素的光电流由P→N，流过负载RL,产生负极性图像信号输出。同时，扫描电子束使P层电位降至阴极电位（图像擦除）。4.2摄像器件的性能参数一.灵敏度S在2856K色温标准光源单位光功率照射下,由器件输出信号电流大小来衡量。单位:μA/lm；mA/W。实际常用能产生正常电视图像所需最低光照度Lmin来表征。二.光电转换特性－γ特性γ＝1IP与L成线性关系，是最理想情况。γ＜1低照度下灵敏度相

3、对增加。γ＞1图像对比度提高。关于伽玛γ校正电路三、分辨率能够分辨图像中明暗细节的能力有两种表示方法:⑴极限分辨率：用在图像（光栅）范围内能分辨的等宽黑白线条数表示（如：水平800线、垂直500线）；也用～线对/mm表示。⑵调制传递函数MTF：能客观地测试器件对不同空间频率信号的传递能力调制度M：调制传递函数MTF：MTF随着测试卡线条空间频率的增加而降低。四.惰性指输出信号的变化相对于光照度的变化有一定的滞后影响摄像管惰性的原因是靶面光电导张驰过程和电容电荷释放惰性。五.视频信噪比（S/N）六.动态范围Lmax:Lmin=10n:14.3电荷耦合器件CCD图像传感器

4、主要特点：固体化摄像器件很高的空间分辨率很高的光电灵敏度和大的动态范围光敏元间距位置精确,可获得很高的定位和测量精度信号与微机接口容易CCD(ChargeCoupledDevices)一、CCD的结构与工作原理CCD的基本功能:信号电荷的产生、存储、传输和检测以双列两相线阵CCD为例介绍其工作原理CCD的突出特点是以电荷作为信号。接收图像、以光生电荷为信号的CCD称为CCD像感器。CCD像感器分为：•线阵CCD•面阵CCD工作原理基本相同光敏区:光敏二极管阵列，每个光敏元是一个像素。转移栅:MOS电容构成,蔽光;控制光生电荷向移位寄存器转移。移位寄存器:MOS电容构成

5、,蔽光;控制光生电荷扫描移向输出端。输出端:将光生电荷包转换为视频信号输出。加偏压的MOS电容的电荷存贮功能在Al电极上加驱动信号，MOS阵列使光生电荷包自扫描输出。光积分→光生电荷并行转移光生电荷串行传输→输出端输出端：输出栅OG；浮置扩散放大器：输出二极管复位管T1输出管T2｛双列两相线阵CCD驱动信号输出视频信号OS面阵CCD在驱动信号作用下，像敏区电荷转移到存储区，再逐行经水平移位寄存器输出。二、电荷耦合器件的性能参数1.电荷转移效率电荷转移效率η转移损失率ε电荷传输效率η'2.工作频率控制CCD中信号电荷在移位寄存器中转移的时钟脉冲频率f=1/T对于二相CC

6、D,3.光谱特性CCD积分灵敏度S=Uo/H单位:Vcm2/μJ曝光量H=LτL:光照度τ:曝光时间(光积分TSH)H的单位:μJ/cm2;lxs通常：4.分辨率线阵CCD：极限分辨率为1/d(线对/mm)面阵CCD:像元数越多，分辨率越高。更多用水平方向、垂直方向各自的线数来表示。因而由像元的尺寸可确定极限分辨率。5.光电特性CCD是低照度器件，光电靶γ可达99.7%，摄像头常带有γ选择。CCD所能分辨的最小间距就是像元间距d，6.动态范围CCD像元的饱和输出电压与它在暗场下的峰-峰噪声电压的比值Usat/Udn。Usat决定于势阱中可存储的最大电荷量,一般为数

7、百mv～数v；CCD是低噪声器件，可用于微光成像,Udn一般为数mv以下。普通CCD的动态范围1000:1左右。7.暗电流CCD器件可控制在1nA/cm2。三、线阵CCD驱动电路的设计线阵CCD驱动电路就是要产生正确的SH、1、2、RS信号，它是CCD芯片赖以正常工作的基础。介绍TCD1200D线阵CCD驱动电路的设计：TCD1200D有2160个光敏单元，其前后各有64及12个哑单元。因此：TSH2236TRS,fRS=1MHz，fφ1、φ2=0.5MHzTCD1200D管脚图和驱动电压驱动电路由单片机(AT89C2051)、可编程门阵列芯片