最低照度受摄像头总体噪声水平和传感器量子效率限制资料讲解.ppt

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1、最低照度受摄像头总体噪声水平和传感器量子效率限制人眼的功能人眼相当于一架摄像机，人通过视觉获取绝大多数信息。人眼由角膜、晶状体、前房后房、玻璃体等环节组成。人眼局限：时间：看不到50Hz以上的闪烁，也不能长时间凝视；空间：人眼的最小分辨率空间角为1角分；能量：适合的光强为0.1lux到3000lux；频谱：只对380nm到780nm波长电磁波敏感；摄像头的目的摄像头的目的就是在如下方面拓展人眼视觉：时间、空间、能量、频谱；普通帧频--------低帧频、高帧频；普通分辨率--------高分辨率；普通照度---------低照度、高动态范围；可见光域--

2、-------红外域、紫外域、X射线域、多光谱域；目录人眼与摄像头；摄像头对人眼的拓展：时间域；空间域；能量域；频谱域；传感器选择；专题：CCD、CMOS比较；时间域普通帧频在普通应用中，摄像头的帧频在5到200帧/秒之间。时间域慢扫描在一些科学仪器或者医学微光成像应用中，对图像的帧频要求不高，但是对信噪比、最低探测辐照度要求严格。这时会降低传感器的读出频率，以获取较低的读出噪音。这时，摄像头的帧周期可达到几分钟甚至数小时。时间域高速高速摄像头帧频500到2000帧，代表性的应用在：汽车碰撞试验、弹头运动分析等。时间域超高速超高速摄像头帧频可达到1MHz

3、，甚至更高。这种超高速可以采用CCD器件实现，但是只能存储很短的序列图像，如288帧。代表应用：流体力学、火焰分析、爆轰实验。空间域普通分辨率面阵：640×480、1280×1024、2K×2K等；线阵：1024、2048、4096等；空间域大分辨率面阵：5K×7k，10K×10K等；线阵：10K，14K等；典型应用：航拍测绘、卫星遥感；能量域普通照度最低照度信噪比为1时的辐照度；普通CCD摄像头敏感可达0.2Lux；普通CMOS摄像头在1Lux以上；有些监控用夜视摄像头，标称达到0.001Lux，是加上图像帧间处理后的效果；能量域低照度低于0.1Lux

4、以下的成像，就可以称为低照度应用；低照度成像分为慢扫描和视频成像两种；低照度下视频成像需要使用特殊CCD，如：EMCCD、EBCCD、ICCD；普通的CCD传感器通过慢扫描方式也可以实现0.001Lux照度下成像。延长爆光时间，提高光辐照量；降低信号读出速率，减少读出噪声；采用致冷技术，降低暗电流噪声；能量域超高动态范围动态范围：饱和照度/最低照度。饱和照度受摄像头传感器势阱容量限制，最低照度受摄像头总体噪声水平和传感器量子效率限制；普通CCD摄像头动态范围为48dB～60dB；好的CCD电路设计，加上良好的噪声抑制电路可以达到72dB；专用CMOS传感

5、器采用非破坏电荷读取技术和非线性光电转换技术，可以达到120dB动态范围。典型应用：激光焊接实时监控；频谱域可见光具备和人眼接近的光谱响应曲线，敏感区间在380nm到780nm之间，峰值出现在550nm左右；频谱域红外近红外：波长0.8－2.5um；中红外：波长2.5－25um；远红外：波长25um－1000um；红外传感器通常针对1－2.5μm、3－5μm、8－14μm三个红外窗口，如InSb,HgCdTe,Vox等；典型应用：武器导航、电站监测、油库监测、轮机检测、医疗诊断等；频谱域紫外光由于地球大气层中的臭氧对200－280纳米波段紫外光的几乎完全

6、吸收，形成所谓的“日盲区”，工作在此波段的探测器的背景非常微弱而干净。可以使用的器件包括：BCCD、EBCCD、荧光粉＋可见光CCD、紫外光电阴极像增强管等。典型应用：高压线路放电检测、指纹提取、凝胶成像、化学发光成像等。频谱域X光利用X射线生成待测样品的影像，显示其在厚度变化、内部和外部缺陷以及装配细节等，广泛应用于医疗和工业无损检测；波长略大于0.5纳米的被称作软X射线，波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。医疗主要使用软X射线（管电压小于25kV）。能量小，对人体损伤小，具有大的吸收系数，因此成像更清晰，密度分辨率也更高。工业检测典型应用：焊缝检测、钢

7、丝绳检测、工业CT、轮胎检测、复合材料的缺陷检测等。频谱域多光谱通常摄像头只是获得一定范围内光谱曲线积分的结果。多光谱、超光谱成像技术不同于传统的单一宽波段成像技术，而是将成像技术和光谱测量技术相结合，获取的信息不仅包括二维空间信息，还包含随波长分布的光谱辐射信息，形成所谓的“数据立方”。多光谱的实现通常有两种方式。一种是采用多镜头成像，每个镜头对应一个光谱段，用带通滤波器选出对应谱段，各镜头同时对同一视场成像。另一种方式是采用单镜头成像，在焦面上采用分色系统，将不同谱段的像分开。目录人眼与摄像头；摄像头对人眼的拓展：时间域；空间域；能量域；频谱域；传感

8、器选择；专题：CCD、CMOS比较；传感器选择普通应用面阵/线阵；分辨率；CCD