第07章光電成像器件-課件

1、光電探測(cè)器光電成像器件微光夜瞄鏡 微光夜視眼鏡熱像儀光電探測(cè)器： 單元器件 “點(diǎn)源”探測(cè)，跟蹤制導(dǎo)等AIM-9M紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈點(diǎn)擊圖片播放光電成像器件：陣列器件 “面源”探測(cè)，目標(biāo)識(shí)別等成像制導(dǎo)攻擊目標(biāo)點(diǎn)擊圖片播放第07章 光電成像器件夜視儀輸出圖像信號(hào)：直視型光電成像器件第07章 光電成像器件輸出視頻信號(hào)：攝像型光電成像器件攝像頭第07章 光電成像器件光電成像器件是一類能夠輸出圖像信息（圖像或視頻信號(hào)）的功能器件，也稱光電圖像傳感器 。Photoelectronic Imaging Devices 光電成像器件攝像型：直視型：像 管變像管像增強(qiáng)管電真空攝像管固體攝像器件攝像管第07章 光電成像

2、器件7.1 像管（變像管和像增強(qiáng)器）7.2 電真空攝像管7.3 固體成像器件7.1 像管（變像管和像增強(qiáng)器）7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理7.1.2變 像 管7.1.3像 增 強(qiáng) 器三個(gè)基本部分： 光電變換部分電子光學(xué)部分 電光變換部分7.1 像管7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理1、光電陰極7.1 像管7.1.1像管基本結(jié)構(gòu)原理2、電子光學(xué)系統(tǒng) 靜電系統(tǒng)、電磁復(fù)合系統(tǒng)3、熒光屏1、光譜響應(yīng)特性和光譜匹配因數(shù)7.1 像管7.1.2像管的主要特征參數(shù)光譜匹配積分靈敏度2、增益特性7.1 像管7.1.2像管的主要特征參數(shù)3、等效背景照度4、像管的成像特性1）放大率與畸變2）分辨率 極限分辨率 MTF7.1 像

3、管7.1.2像管的主要特征參數(shù)7.1.3變像管變像管 不可見光圖像 可見光圖像紅外夜視儀 7.1 像管7.1.2變像管基本變像方法 直接變像（依光波長(zhǎng)改變光電陰極材料）近紅外光像1.15m紫外光像2V5V1. CCD的結(jié)構(gòu)與工作原理CCD電荷存儲(chǔ)電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出7.3.1 電荷耦合器件1. CCD的結(jié)構(gòu)與工作原理小 結(jié)：7.3.1 電荷耦合器件1. CCD的結(jié)構(gòu)與工作原理為什么稱為電荷耦合器件？電荷器件中的信息是以電荷形式出現(xiàn)的，不同于其他探測(cè)器的“電流”或“電壓”耦合器件內(nèi)部信息的傳遞是通過勢(shì)阱的藕合完成的，完全不同于電子槍的“掃描輸出”形式7.3.1 電荷耦合器件（CCD 器件）C

4、harge Coupled Devie 簡(jiǎn)稱CCD1. CCD的結(jié)構(gòu)與工作原理2. CCD的特性參數(shù)3. CCD攝像器件7.3.1 電荷耦合器件2. CCD的主要特性參數(shù)1. 轉(zhuǎn)移效率，損耗率2. 暗電流3. 靈敏度和量子效率4. 光譜響應(yīng)特性5. CCD噪聲6. 分辨率7. 工作頻率8. 動(dòng)態(tài)范圍7.3.1 電荷耦合器件2. CCD的特性參數(shù)1) 轉(zhuǎn)移效率，損耗率 總=n 例：=0.999，二相1024器件，總 電 荷成像區(qū)暫存區(qū) 場(chǎng)正程電荷平移輸出信號(hào) CCD攝像器件掃描輸出的特點(diǎn)CCD攝像管 微電子電路按規(guī)律發(fā)出脈沖掃描輸出電信號(hào)微電子電路脈沖信號(hào)光敏區(qū)暫存區(qū)輸出端3. CCD攝像器件

5、自 掃 描電真空攝像器件掃描輸出的特點(diǎn)電真空攝像管 電子槍按規(guī)律偏轉(zhuǎn)電子束掃描輸出電信號(hào)電子槍3. CCD攝像器件對(duì)比：二者掃描方式的差別CCD攝像管 微電子電路按規(guī)律發(fā)出脈沖掃描輸出電信號(hào)電真空攝像管 電子槍按規(guī)律偏轉(zhuǎn)電子束掃描輸出電信號(hào)3. CCD攝像器件 電真空攝像管由于其重量和體積的限制，其研究與發(fā)展已經(jīng)告一段落，它正逐步被固體攝像器件所代替。4) 微光CCD攝像器件 分類：1、像增強(qiáng)器與CCD耦合2、電子轟擊型CCD（EBCCD）3、電子倍增CCD（EMCCD） 3. CCD攝像器件用于成像CCD微光電視攝像3. CCD攝像器件像增強(qiáng)器與CCD芯片的耦合（光學(xué)耦合） CCD芯片例1：

6、CCD微光電視攝像3. CCD攝像器件例2：用于測(cè)量CCD玻璃管測(cè)控儀 （生產(chǎn)線） 測(cè)量尺寸及精度要求： 外徑200.3mm、280.4mm 壁厚（1.20.05）mm、（20.07）mm3. CCD攝像器件光強(qiáng)均勻的平行光束 照射玻璃管 線陣CCD輸出信號(hào)波形 電視型成像器件小結(jié)：1.電視制式： 掃描、行、幀、場(chǎng)3. CCD成像器件：?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移、自掃描2. 電真空攝像管：電子槍、掃描4. CMOS圖像傳感器5. IRFPA陣列器件7.3 固體成像器件7.3.1 電荷耦合器件（CCD 器件）7.3.2 CMOS圖像傳感器7.3.3 紅外焦平面陣列器件（IRFPA ）7.3.2 CMOS圖像

7、傳感器Complementary Metal Oxide Semiconductor 簡(jiǎn)稱 CMOS特點(diǎn)：成品率高、價(jià)格低廉，像質(zhì)量？ CMOS數(shù)碼相機(jī)1.CMOS成像器件結(jié)構(gòu):信號(hào)讀出采用XY尋址方式， 具有讀出任意局部畫面的能力 7.3.2 CMOS圖像傳感器2.CMOS成像器件原理:信號(hào)讀出采用XY尋址方式， 具有讀出任意局部畫面的能力 7.3.2 CMOS圖像傳感器3.CMOS成像器件單元結(jié)構(gòu):被動(dòng)像敏單元結(jié)構(gòu) 主動(dòng)像敏單元結(jié)構(gòu) 像敏單元選址模擬開關(guān) 壓降暗電流附加噪聲7.3.2 CMOS圖像傳感器4.CMOS成像器件與CCD成像器件:最大差異：?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)（帶放大器）信號(hào)尋址讀出與信號(hào)順

8、序讀出應(yīng)用差異： CCD低噪聲、高分辨率、高靈敏度等高畫質(zhì)性能占據(jù)圖像傳感器高端市場(chǎng)； CMOS 高集成度、高速、小體積、低價(jià)格等特點(diǎn)占據(jù)低端市場(chǎng)大的份額。7.3.2 CMOS圖像傳感器7.3 固體成像器件7.3.1 電荷耦合器件（CCD 器件）7.3.2 CMOS圖像傳感器7.3.3 紅外焦平面陣列器件（IRFPA ）7.3.3 紅外焦平面器件IRFPA技術(shù)的來由常用光波波段主要用途 Infrared-Ray Focus Plane Array -簡(jiǎn)稱IRFPA1.IRFPA技術(shù)的來由成像系統(tǒng)物空間和像空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系1：物平面；2：?jiǎn)卧綔y(cè)器在物空間的投影；3：聚焦系統(tǒng)；4：像平面；5：?jiǎn)卧?/p>

9、探測(cè)器；6：線陣探測(cè)器在物空間的投影；7：線陣探測(cè)器12354677.3.3 紅外焦平面器件早期紅外成象系統(tǒng)：二維圖象光學(xué)機(jī)械掃描電路處理圖象再現(xiàn)單元紅外探測(cè)器二維圖象電路處理圖象再現(xiàn)紅外探測(cè)器面陣+CCDIRFPA成像系統(tǒng)：沒有機(jī)械和光電掃描裝置-“凝視型”7.3.3 紅外焦平面器件1.IRFPA技術(shù)的來由“凝視型”熱成像攝像機(jī)攝像機(jī)核心部件：紅外探測(cè)器陣列 SiCCD面陣7.3.3 紅外焦平面器件7.3.3 紅外焦平面器件2.IRFPA的結(jié)構(gòu)紅外探測(cè)器陣列 SiCCD面陣目前常用和比較成熟的技術(shù) 3.IRFPA常用光波波段1-3微米 InGaAs3-5微米 PtSi, InSb8-14微米 HgCdTe在常用大氣窗口波段分別由下列材料構(gòu)成光電探測(cè)器面陣：7.3.3 紅外焦平面器件4.IRFPA的發(fā)展現(xiàn)狀 光子類探測(cè)器IRFPA：靈敏度較高，制冷，價(jià)格低 近紅外與中紅外的19681968硅肖特基勢(shì)壘IRFPA，像元1717m2 （640480，812m）的HgCdTe探測(cè)器 IRFPA 光熱類探測(cè)器IRFPA ：靈敏度較低，非制冷，價(jià)格低 328245的鈮酸鍶鋇（SBN）熱釋電探測(cè)器RFPA，像元2828m2。7.3.3 紅外焦平面器件5.IRFPA的應(yīng)用 7.3.3 紅外焦平面器件主要用途： 地球資源探測(cè)、紅外成象、跟蹤、制導(dǎo)等變壓器的熱圖 隱藏在草叢中的人的熱圖 本章小