光學(xué)圖像識別專題

1、 設(shè)像素線度為，根據(jù)抽樣定律，器件的最高空間頻率 = 4.2 空間帶寬積 1 , 2 ( A 2 它也是器件的帶寬或傳遞函數(shù)的截止頻率。 設(shè)器件線度為x、y，則空間帶寬積 SBP = xy x y = xy N x N y N = = , 4 x y 4 4 VGA ( A 3 表 1 常用的象素?cái)?shù) 640×480 800×600 1024×768 1280×1024 1600×1200 SVGA XGA SXGA UXGA 式中 N 為像素?cái)?shù)。 空間帶寬積是信道容量的標(biāo)志， 因而像素?cái)?shù)（即圖象的抽樣數(shù)）是器件的重要指標(biāo)。表 1 給出常用的象素

2、數(shù)。 4.3 開口率 開口率(fill factor為象素的有效通光面積與象素 總面積之比,透射式 SLM 由于電極和薄膜晶體管電路本身不透明,開口率較低,光能利用率不高。 4.4 響應(yīng)時(shí)間 5. 空間光調(diào)制器的物理效應(yīng)和常用的空間光調(diào)制器 一 般 來 說 ， 凡 是能 引起 介質(zhì) 光 參數(shù) 改 變的 效 應(yīng) 都 能應(yīng)用于空間光調(diào)制器， 例 如 線 性電光 效 應(yīng) (Pockels 效應(yīng), 光彈效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)，磁光效應(yīng)，聲光效應(yīng)，光折變效應(yīng)等等。由于空間光調(diào)制器 是相干光和非相干光處理的關(guān)鍵器件， 因此近年來國際國內(nèi)開發(fā)出幾十種空間光調(diào)制器， 常用的電尋址 空間光調(diào)制器有以下幾種： （1）薄

3、膜晶體管液晶顯示器(thin-film-transistor liquid crystal display ,TFT-LCD； （2） 磁光空間光調(diào)制器(magneto-optical SLM ,MOSLM； （3） 數(shù)字微反射鏡器件(digital micromirror device, DMD； （4）反射式液晶顯示器（liquid-crystal-on-silicon, LCOS） ； 常用的光尋址空間光調(diào)制器有以下幾種： （1） 鐵電液晶空間光調(diào)制器(ferroelectric liquid crystal SLM, FLC-SLM； （2） 液晶光閥(liquid crystal l

4、ight valve, LCLV及液晶顯示器-液晶光閥（LCD-LCLV） ； （3） 微通道板空間光調(diào)制器(microchannel SLM ,MSLM； （4） Pockels 光調(diào)制器(Pockels readout optical modulator , PROM； 6液晶顯示器（ 液晶顯示器（LCD） LCD） 6.1 液晶 液晶是有機(jī)高分子物質(zhì)在一定的條件下呈現(xiàn)的一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)， 其結(jié)構(gòu)介于液體、 固體之間， 稱為中間態(tài)，或中間相。液晶分子為長棒狀、盤狀、碗狀，分子排列介于完全規(guī)則的晶體和各向同性的 液體之間, 具備以下特點(diǎn): 11 （1）每個(gè)液晶分子的中心在液晶空間中的分布是

5、隨機(jī)的。 （2） 分子的取向具有有序性:長棒狀分子的長軸方向或盤狀、 碗狀分子的法線方向在一定的溫度范 圍內(nèi)傾向于彼此平行,該方向稱液晶分子的指向矢量方向。 三種重要的液晶結(jié)構(gòu)見圖 A-3。 圖 A-3 三種重要的液晶分子示意圖 (a 向列相. (b層列相. (c膽甾相 液晶具有雙重性質(zhì):既具有液體的流動性， 又具有晶體所特有的各向異性。 液晶的各向異性在外場 下會發(fā)生顯著變化, 這種變化遠(yuǎn)比各向異性晶體強(qiáng)烈。 KDP 晶體的半波電壓 9.3kV，BSO 晶體的半波電 壓為 3.9kV ( =632.8nm ,而液晶電光效應(yīng)的特征參量開關(guān)電壓約為 5V，比晶體半波電壓小三個(gè) 數(shù)量級。液晶作為調(diào)

6、制介質(zhì)，構(gòu)成低能耗、 低電壓的空間光調(diào)制器光尋址的液晶光閥（LCLV）和 電尋址的薄膜晶體管驅(qū)動液晶顯示器（TFT-CCD） 。 6.2 偏振光在扭曲介質(zhì)中的傳播 如果把向列相液晶放在一個(gè)經(jīng)特殊處理的盒中，可以構(gòu)成具有特殊的扭曲效應(yīng)的液晶盒 TN 液 晶盒，其結(jié)構(gòu)見下圖。液晶注入一對經(jīng)過特殊處理的導(dǎo)電玻璃 ITO 之間，這兩片導(dǎo)電玻璃的表面具有定 向的結(jié)構(gòu),左右導(dǎo)電玻璃的定向結(jié)構(gòu)方向正交。 在表面定向結(jié)構(gòu)的作用下， 接近該表面的液晶分子的指 向矢趨向于 ITO 表面結(jié)構(gòu)的方向排列。 在液晶盒中，分子的排列逐漸旋轉(zhuǎn)，直至右表面，正好旋轉(zhuǎn)了 九十度，使右表面層分子的指向矢趨向于導(dǎo)電玻璃 ITO2

7、的定向結(jié)構(gòu)的方向。參見圖 A-4。 在整個(gè)液晶層中，分子長軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光軸也就隨之旋轉(zhuǎn)，形成扭曲型各向異性介質(zhì)。 理論上可 以證明，由于扭曲型各向異性的作用，當(dāng)入射線偏振光的振動方向與扭曲介質(zhì)表面的局部光軸一致時(shí)， 振動方向?qū)㈡i定在光軸的方向上，隨著光軸旋轉(zhuǎn)，出射光波仍是線偏振光，振動方 P A z Incident linearly polarized light LC molecules OFF ON z Transparent electrodes with alignment structure 12 圖 A-4 TN 液晶盒的結(jié)構(gòu)和工作原理： （上圖）未加電壓； （下圖）加電壓. 向

8、與扭曲介質(zhì)出射表面的光軸一致。 這就是偏振光在扭曲介質(zhì)中傳播時(shí)的扭曲效應(yīng)。如果檢偏器光軸 與出射偏振光正交，則 TN 器件的透過率為零；反之若檢偏器光軸沿出射光振動方向，則 TN 器件的透過 率為最大，這兩種狀態(tài)分別稱 TN 液晶盒的關(guān)態(tài)（暗態(tài)）和開態(tài)（亮態(tài)） 。扭曲效應(yīng)本來就是近似的，通 常旋轉(zhuǎn)角并不嚴(yán)格等于 90°， 光波在液晶中傳播時(shí)，液晶中的不均勻還會引起的散射，出射光波一般 是長橢圓偏振光或部分偏振光，這些因素引起 TN 盒在暗態(tài)下的漏光，造成對比度下降。 6.3 扭曲向列液晶盒的工作原理 當(dāng)我們在 TN 盒上通過透明電極加上縱向電壓時(shí)，液晶的長形分子作為電偶極子，將趨向于電場方 向重新排列。 邊界附近的分子由于邊界的定向作用，受電場的影響較?。恢虚g層的分子受電場的影響 最大。 這樣一來，就一定程度上抵消了扭曲效應(yīng)，使器件產(chǎn)生一定的透過率。 電 1 T( V 0.5 0 0 2 4 6 V 圖 A-5 TN-LCD 的電光特性曲線. 過率;V,外加電壓 T(V,相對透 壓越高，趨向于電場