安徽科技学院：《光电探测与信号处理》课程教学资源（课件讲稿）第四章 像探测器（打印版）

第4章像探测器

4.1光电成像概述 光电成像器件是把光学图像信号转换为电 信号的功能器件，也称为： 光电图像传感器、图像传感器、图像探测器

一、光电图像传感器发展历史 光电图像传感器的发展历史悠久，种类很多。 ,1934年：研制出光电摄像管(Iconoscope)。 用于室内外的广播电 视摄像。灵敏度很低，信 噪比很低，需要高于 10000k的照度才能获得 较为清晰的图像，应用受 到限制。 Vladimir Kos sma Zworykin Philo Taylor Farnsworth 1906-1971 (第一台实用的电视摄像机)电子图像分解摄像

947年：超正析像管(Imaige Orthicon) 灵敏度有所提高，但是最低照度仍要求在200Ox以上。 1954年：高灵敏视像管(Vidicon) 基本具有了成本低，体积小，结构简单的特点， 使广播电视事业和工业电视事业有了更大的发展。 1965年：氧化铅视像管(Plumbicon) 取代超正析像管，发展了彩色电视摄像机。 诞生1英寸，1/2英寸，1/3英寸(8mm)靶面的彩色摄像机。 抗强光的能力低，余辉效应影响了采样速率。 1976年：硒靶管(Saticon)和硅靶管(Siticon) 灵敏度更高，成本更低

1970年：美国贝尔电话实验室发现的电荷耦合器件(CCD)的原理使图像 传感器的发展进入了一个全新的阶段，使图像传感器从真空电子束扫描 方式发展成为固体自扫描输出方式。 ·具有固体器件的所有优点 ,自扫描输出方式消除了电子束扫描造 成的图像光电转换的非线性失真，即 CCD图像传感器的输出信号能够不失真 地将光学图像转换成视频电视图像 >体积、重量、功耗和制造成本是电子 束摄像管无法达到的 ,CCD图像传感器的诞生和发展使人们 进入了更为广泛应用图像传感器的新时代

2009年诺贝尔奖物理学奖得主 obelpriset ifysik 200 贝尔实验室George Smith和illard Boyle将可视电话和半导体存储技 术结合发明了CCD原型 牌伊尔&史密斯一发明CCD图像传 现代CCD芯片外观

二、光电成像器件的类型 外光电：光电发射式摄像管 光电型 光电导式摄像管 真空电子束扫描 内光电 pn结型 光电成像器件 扫描型 热电型：热释电摄像管 固体自扫描：CCD,CMOS,CID 红外变像管 变像管（完 选通式变像管 (成像原理) 成图像光谱 紫外变像管 变换) X射线变像管 主要由像敏 扫描型 联武 面、电子透 像增强管（图像 镜&显像面 微通道板式 强度的变换) 构成 负电子亲和势阴极 X射线增强器 7

扫描型（间接成像、摄像型）图像传感器件工作原理： >通过电子束扫描或数字电路的自扫描方式将二维光学图像转 换成时序信号（视频信号） >视频信号再通过信号放大和同步控制等处理（或者将视频信 号经A/D转换为具有某种规范（制式）的数字信号) >通过相应的显示设备（如监视器）还原成二维光学图像信号 典型器件：光导摄像管（电子束扫描），CCD(固体自扫描) 主要应用：广播电视

电 信号板 光导配 光电阴极 存阳 透镜 光家 电子束 光电子 电子 描 象区 扫描区 (a)柳鱼管 再种不可夹型凝象管结物示尚光电爱剂型适象等 自扫 摄像头 输出一维视频信号

非扫描型（直视型、直接成像、凝视）图像传感器工作原理： >景物经物镜成像在光电阴极上，阴极将光学图像转变成电子图像 ~再经电子透镜增强并聚焦在荧光屏上，引起荧光材料发光 (荧光屏上每点的亮度与光电阴极上对应点的光强度成正比，于是在荧光屏上 成了可见的景物图像) ●无扫描机构 典型器件：变像管、像增强器●不能输出视频信号序列 主要应用：夜视技术、检测测量●观察者须通过它直接面对景物 光电阴极电子透镜 荧光面 照相机或人眼