現(xiàn)代光電成像技術(shù)概論 第1章 緒論

1、第第1章章 緒論緒論唐佳祿唐佳祿電子科學(xué)與技術(shù)系，電氣與信息工程學(xué)院，光電子成像技術(shù)的意義和作用光電子成像技術(shù)的意義和作用n神奇的人眼視覺機器人局限性神奇的人眼視覺機器人局限性n光電子成像系統(tǒng)的物理功能及技術(shù)特點光電子成像系統(tǒng)的物理功能及技術(shù)特點n光電子成像系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理及工作模式光電子成像系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理及工作模式n光電子成像器件和顯示器件的一般原理光電子成像器件和顯示器件的一般原理Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang2March, 2014人眼視覺系統(tǒng)工作原理人眼視覺系統(tǒng)工作原理Heilongjiang In

2、stitute of Technology, China Jialu Tang3March, 2014人眼視覺系統(tǒng)工作原理人眼視覺系統(tǒng)工作原理Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang4March, 2014Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang5March, 2014人眼視覺局限性人眼視覺局限性n光譜響應(yīng)范圍有限：只能分辨可見光（紅橙黃綠光譜響應(yīng)范圍有限：只能分辨可見光（紅橙黃綠青藍紫，青藍紫，0.380.76km）；）；n時間響應(yīng)速度有限：只能分辨靜止或運

3、動速度很時間響應(yīng)速度有限：只能分辨靜止或運動速度很慢的目標(biāo)，時間分辨率幾十毫秒級；慢的目標(biāo)，時間分辨率幾十毫秒級；n照度動態(tài)范圍有限：只能在白天有正常的視力，照度動態(tài)范圍有限：只能在白天有正常的視力，照度范圍照度范圍10105lx；n空間分辨能力有限：正常照度下，正常視覺角分空間分辨能力有限：正常照度下，正常視覺角分辨能力辨能力1分（分（1度度=60分），對再遠或細節(jié)再小的分），對再遠或細節(jié)再小的目標(biāo)就無能為力了。目標(biāo)就無能為力了。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang6March, 2014光電子成像系統(tǒng)的技術(shù)特點光電子成

4、像系統(tǒng)的技術(shù)特點n寬光譜響應(yīng)寬光譜響應(yīng)n大動態(tài)范圍晝夜兼容大動態(tài)范圍晝夜兼容n快響應(yīng)速度快響應(yīng)速度n遠距離傳輸遠距離傳輸nHeilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang7March, 2014光學(xué)儀器的分類光學(xué)儀器的分類n光學(xué)成像儀器：顯微鏡、望遠鏡和照相機及各類光學(xué)成像儀器：顯微鏡、望遠鏡和照相機及各類光電子成像系統(tǒng)；光電子成像系統(tǒng)；n光譜分析儀器：棱鏡光柵光譜儀器，傅里葉變光譜分析儀器：棱鏡光柵光譜儀器，傅里葉變換光譜儀等；換光譜儀等；n光學(xué)計量儀器：長度、角度、平直度、表面粗糙光學(xué)計量儀器：長度、角度、平直度、表面粗糙度、光學(xué)

5、、光度、光譜計量設(shè)備；度、光學(xué)、光度、光譜計量設(shè)備；n光學(xué)測試儀器：測量顯微鏡、工具顯微鏡、側(cè)角光學(xué)測試儀器：測量顯微鏡、工具顯微鏡、側(cè)角儀、經(jīng)緯儀、象限儀、水準(zhǔn)儀等。儀、經(jīng)緯儀、象限儀、水準(zhǔn)儀等。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang8March, 2014光電子成像系統(tǒng)的分類光電子成像系統(tǒng)的分類n按光譜響應(yīng)波段劃分按光譜響應(yīng)波段劃分紅外、微光、可見光紅外、微光、可見光n按使用目的劃分按使用目的劃分觀察系統(tǒng)、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、測距系統(tǒng)觀察系統(tǒng)、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、測距系統(tǒng)Heilongjiang Institute of Technolog

6、y, China Jialu Tang9March, 2014成像過程：被觀察景物的輻射或反射圖像信息，通成像過程：被觀察景物的輻射或反射圖像信息，通過一定傳輸介質(zhì)的衰減后，由過一定傳輸介質(zhì)的衰減后，由PEI系統(tǒng)光學(xué)物鏡聚系統(tǒng)光學(xué)物鏡聚焦成像到光電子成像（焦成像到光電子成像（PEI）器件的光敏面上，借）器件的光敏面上，借助助PEI器件特有的光電轉(zhuǎn)換、倍增、處理和顯示等器件特有的光電轉(zhuǎn)換、倍增、處理和顯示等功能，可以把人眼不可見或不易見的微弱光、紅外功能，可以把人眼不可見或不易見的微弱光、紅外光、紫外光、光、紫外光、X光、光、光及其他電磁輻射下的靜態(tài)和光及其他電磁輻射下的靜態(tài)和動態(tài)景物，變?yōu)榭梢?/p>

7、圖像。動態(tài)景物，變?yōu)榭梢妶D像。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang10March, 2014光電子成像系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理光電子成像系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理目標(biāo)大氣物鏡成像器件n直視工作模式直視工作模式n電視工作模式電視工作模式n電腦可視化重構(gòu)工作模式電腦可視化重構(gòu)工作模式Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang11March, 2014光電子成像系統(tǒng)的工作模式光電子成像系統(tǒng)的工作模式n直視工作模式：指直視工作模式：指PEI期間輸出的圖像通過目鏡期間輸出的圖像

8、通過目鏡或放大鏡，直接提供人眼觀察，例如各種觀察鏡或放大鏡，直接提供人眼觀察，例如各種觀察鏡、瞄準(zhǔn)鏡、夜視眼鏡等。、瞄準(zhǔn)鏡、夜視眼鏡等。直視工作模式直視工作模式Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang12March, 2014電視工作模式電視工作模式Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang13March, 2014n電視工作模式：指電視工作模式：指PEI器件輸出的圖像通過光學(xué)器件輸出的圖像通過光學(xué)的、光纖的或其他手段，傳遞到電視攝像器件（的、光纖的或其他手段，

9、傳遞到電視攝像器件（如如CCD）上，并轉(zhuǎn)換為監(jiān)視器上顯示的可見光圖）上，并轉(zhuǎn)換為監(jiān)視器上顯示的可見光圖像，共人們觀察和分析；或者像，共人們觀察和分析；或者PEI器件本身就是器件本身就是視頻器件，它們直接提供視頻圖像。已于處理、視頻器件，它們直接提供視頻圖像。已于處理、壓縮、傳輸。壓縮、傳輸。電腦可視化重構(gòu)工作模式電腦可視化重構(gòu)工作模式n電腦可視化重構(gòu)工作模式：指的是它不直接從電腦可視化重構(gòu)工作模式：指的是它不直接從PEI器件的輸出端取得圖像信號，而是根據(jù)大量器件的輸出端取得圖像信號，而是根據(jù)大量已知的及測得的數(shù)據(jù)矩陣，或作者的經(jīng)驗及靈感已知的及測得的數(shù)據(jù)矩陣，或作者的經(jīng)驗及靈感，按照被考察物理

10、量與再現(xiàn)圖像細節(jié)，按照被考察物理量與再現(xiàn)圖像細節(jié)-灰度灰度-色彩色彩-投影等參數(shù)相關(guān)的數(shù)理模型，通過電腦重構(gòu)出來投影等參數(shù)相關(guān)的數(shù)理模型，通過電腦重構(gòu)出來的一幅幅三維圖像。的一幅幅三維圖像。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang14March, 2014光電子成像器件和顯示器件的一般原理光電子成像器件和顯示器件的一般原理n固體光電子成像器件成像原理固體光電子成像器件成像原理n真空管電子成像器件成像原理真空管電子成像器件成像原理n圖像顯示器件成像原理圖像顯示器件成像原理Heilongjiang Institute of Tec

11、hnology, China Jialu Tang15March, 2014固體光電子成像器件成像原理固體光電子成像器件成像原理n圖像顯示器件成像原理：其結(jié)構(gòu)形式是單元探測圖像顯示器件成像原理：其結(jié)構(gòu)形式是單元探測器、線陣列探測器或面陣列探測器；工作原理基器、線陣列探測器或面陣列探測器；工作原理基于半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)，即光生伏特或光電導(dǎo)效應(yīng)于半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)，即光生伏特或光電導(dǎo)效應(yīng)，工作時，將光敏面上的景物輻射圖像轉(zhuǎn)換為各，工作時，將光敏面上的景物輻射圖像轉(zhuǎn)換為各像素上與輸入光子數(shù)成正比的光生電荷（光電壓像素上與輸入光子數(shù)成正比的光生電荷（光電壓、光電導(dǎo)）信號，然后在內(nèi)外驅(qū)動信號的控制下、光電導(dǎo)

12、）信號，然后在內(nèi)外驅(qū)動信號的控制下，按照一定的電視制式，逐幀逐行掃描，輸出視，按照一定的電視制式，逐幀逐行掃描，輸出視頻信號。頻信號。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang16March, 2014固體光電子成像器件成像原理固體光電子成像器件成像原理n例：數(shù)碼相機成像原理例：數(shù)碼相機成像原理Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang17March, 2014電信號的后端通過AD進來量化，方便進行DSP處理。真空管電子成像器件成像原理真空管電子成像器件成像原理n

13、真空管電子成像器件結(jié)構(gòu)：形式多為超高真空象真空管電子成像器件結(jié)構(gòu)：形式多為超高真空象增強器模式，內(nèi)含光陰極、微通道板（增強器模式，內(nèi)含光陰極、微通道板（MCP）、）、熒光屏、電子光學(xué)透鏡和集成高電壓電源等。熒光屏、電子光學(xué)透鏡和集成高電壓電源等。n真空管電子成像器件成像原理：基于半導(dǎo)體外光真空管電子成像器件成像原理：基于半導(dǎo)體外光電效應(yīng)，即利用不同光譜響應(yīng)光陰極的外光電子電效應(yīng)，即利用不同光譜響應(yīng)光陰極的外光電子效應(yīng)，把輸入到其光敏面上的景物輻射或反射圖效應(yīng)，把輸入到其光敏面上的景物輻射或反射圖像，轉(zhuǎn)換為各像素上與輸入光子數(shù)成正比例的真像，轉(zhuǎn)換為各像素上與輸入光子數(shù)成正比例的真空光電子圖像。空

14、光電子圖像。Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang18March, 2014真空管電子成像器件成像原理真空管電子成像器件成像原理n例：光電倍增管例：光電倍增管Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang19March, 2014圖像顯示器件成像原理圖像顯示器件成像原理nLCD成像原理：液晶面板是以液晶材料為基本組成像原理：液晶面板是以液晶材料為基本組件，由于液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間，不但具有件，由于液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間，不但具有固態(tài)晶體光學(xué)特性，又具有液態(tài)流動特性。當(dāng)通固態(tài)晶體光學(xué)特性，又具有液態(tài)流動特性。當(dāng)通電時，液晶排列變的有秩序，使光線容易通過；電時，液晶