光电检测技术第二版》第五章光电成像检测器件-1-3节
49页1、第五章 光电成像检测器件,光电成像器件是指能够输出图像信息的一类器件,图像是由空间变化的光强信息所组成,所以成像探测器必须能感受到空间不同位置的光强变化,即成像。,本章内容及重点,本章内容 光电成像器件的发展、类型特性 光电成像原理与电视制式 真空摄像管 电荷耦合器件(CCD) 金属氧化物半导体型MOS传感器件(CMOS) 重点内容 电荷耦合器件(CCD) 难点内容 光电成像原理 电荷耦合器件(CCD)/CMOS,5.1 概述,一、光电成像器件的发展 1934年,光电像管(Iconoscope),应用于室内外的广播电视摄像。灵敏度非常低,需要10000lx的照度,达到图像信噪比的要求; 1947年,超正析像管(Image Orthicon),照度降低到2000lx; 1954年,视像管,灵敏度分辨率高,成本低,体积小,惯性大,不适用于高速运动图像测量,不能取代超正析像管用于彩色广播电视摄像机;,1965年,氧化铅管(Plumbicon),成功取代超正析像管,惯性小,广泛应用于彩色电视摄像机,结构简单,体积小,灵敏度分辨率都很高。 1976年,硒靶管硅靶管,灵敏度进一步提高且成本更低;
2、1970年后,CCD的出现使光电成像器件进入新的阶段。体积更小,灵敏度更高,应用更灵活、更方便。 1980年后,CMOS集成了半导体芯片工艺,进一步提高了分辨率,一、光电成像器件的分类(成像原理),摄像器件 使光学图像变成视频信号 (扫描型) 真空管摄像器件-光电型、热电型 固体摄像器件,摄像器件 使光学图像增强或改变光谱 (非扫描型) 变像管-红外、紫外、X射线 像增强管-串联式、级联式、微通道板式、 负电子亲和势像增强管,电荷传输型:CCD 金属氧化物半导体型:MOS,二、电视扫描技术,摄像器件的功能是把光学图像信号转换为电信号,即把入射到探测器光敏面上按空间分布的光强信号,转换为按时序串行输出的电信号视频信号,而视频信号能再现入射的光图像信号。 把空间图像信号转换为按时序变化的电信号的过程称为扫描。,对于两维的像探测器水平方向扫描称为行扫描;电子束从左到右称为行正程;回头返回左叫行逆程;行周期的倒数为行频fh。 扫完最后一行后再返回第 一行,这样一行接一行地 自上至下扫完一遍,称为 场扫描。场周期的倒数为 场频fv 。,像素,人眼对电视图像的要求,人眼对高于48HZ变化的图像的闪
3、动是不能分辨的。,人眼对电视图像的分辨能力所确定的扫描的水平行数至少应大于600行,因此对于逐行扫描方式,扫描频率必须大于29000HZ才能保证人眼对视觉图像的最低要求。,逐行扫描:电子枪以连续的方式扫描显示器而形成的画面,这种方式比隔行扫描好的图像稳定,电脑显示器基本上都是此类。,隔行扫描:电子束在扫描形成画面时,先扫描奇数线条,再扫描偶数线条,这种扫描方式画面较闪烁,容易引起视觉疲劳,电视机一般是这种扫描方式。,隔行扫描必须满足两个要求:,1、要求下一帧图像的扫描起始点应与上一帧起始点相同,以确保各帧扫描光栅重叠。 2、要求相邻两场光栅必须均匀的镶嵌,以确保获得最高的清晰度。,我国的隔行扫描电视制式,采用每帧扫描行数为625行,每场扫描行数为312.5行。,5.2 光电成像原理 和电视制式,光电成像系统示意图,同步扫描,视频信号,景物,光学成像,光电变换,图像分割,传送,同步扫描,视频解调,图像再现,摄像部分,显像部分,光电成像原理: 光学物镜将景物所反射出来的光成像到光电成像器件的像敏面上形成二维光学图像,经光电成像器件将二维光学图像转变成二维电气图像,然后进行图像分割,并按照一
4、定的规则将所分割的电气图像转变成一维时序信号(视频信号),将视频信号送入监视器,控制显像管电子枪的强度,显像管电子枪与摄像管的电子枪作同步扫描,可将摄像管摄取得图像显示出来。,我国电视制式及其参数,1、电视图像的高宽比 我国电视选用早期电影中所选定的画面宽高比4:3,目前则为宽屏16:9(电影格式)。 2、帧频和场频 我国现行的电视标准中规定场频是50HZ,帧频是25HZ,每秒内光栅重复50次。 3、扫描行数与行帧 我国电视每帧画面的扫描行数为625行,行频为15625HZ,每帧画的水平分辨率为466线,垂直分辨率为400线。,5.3 真空摄像管,一、光电成像器件的分类(成像原理),摄像器件 使光学图像变成视频信号 (扫描型) 真空管摄像器件-光电型、热电型 固体摄像器件,摄像器件 使光学图像增强或改变光谱 (非扫描型) 变像管-红外、紫外、X射线 像增强管-串联式、级联式、微通道板式、 负电子亲和势像增强管,电荷传输型:CCD 金属氧化物半导体型:MOS,一、摄像管概述,摄像管:,将按空间光强分布的光学图象记录并 转换为视频信号(电信号)的一种器件。 摄像管是景物发出的光线通过光学镜
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