西安电子科技大学：《光电探测技术与系统》课程电子教案（PPT课件讲稿）第06章 光电成像探测传感器 §6.1 光电成像器件的发展与分类 §6.2 光电成像系统的一般结构 光学系统、扫描器、探测器和致冷器、图像处理及分析

第六章光电成像探测传感器 §6.1光电成像器件的发展与分类 §6.2光电成像系统的一般结构光学系统、扫描器、探测器和致冷 器、图像处理及分析 §6.3电荷耦合器件 CCD的工作原理、电荷传输器件简介、CCD的特性参数与驱动 §6.4热释电摄像管 热释电摄像的物理原理、热释电摄像管的结构及 工作原理、热释电的常用技术 §6.5其他成像探测器 视像管、硅靶摄像管、光电发射式摄像管、微光像增强器、微光摄像CCD器 件 §6.6光电成像的特性参数光电转换特性、时间响应特性、噪声特性、 光学特性 2022/10/7

2022/10/7 1 第六章 光电成像探测传感器 §6.1 光电成像器件的发展与分类 §6.2 光电成像系统的一般结构 光学系统、扫描器、探测器 和致冷 器、图像处理及分析 §6.3 电荷耦合器件 CCD的工作原理、电荷传输器件简介、CCD的特性参数与驱动 §6.4 热释电摄像管 热释电摄像的物理原理、热释电摄像管的结构及 工作原理、热释电的常用技术 §6.5 其他成像探测器 视像管、硅靶摄像管、光电发射式摄像管、微光像增强器、 微光摄像CCD器 件 §6.6 光电成像的特性参数 光电转换特性、时间响应特性、 噪声特性、 光学特性

§6.1光电成像器件的发展与分类 光电成像是一个复杂的信号空间映射过程。在这个过程中，光学物镜 将景物所反射出来的光投射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(（超正析 像管为电子图像，视像管为电阻图像或电势图像，面阵CCD为电荷图 像)，二维图像的最小单位称为像元，然后按照一定的规则将图像像 元转变成一维时序信号（视频信号)，最后，视频信号通过通信信道 进入监视器以图像显示出来，也可将视频信号保存成数字文件，便于 计算机分析和处理。 2022/10/7 2

2022/10/7 2 光电成像是一个复杂的信号空间映射过程。在这个过程中，光学物镜 将景物所反射出来的光投射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（超正析 像管为电子图像，视像管为电阻图像或电势图像，面阵CCD为电荷图 像），二维图像的最小单位称为像元，然后按照一定的规则将图像像 元转变成一维时序信号（视频信号），最后，视频信号通过通信信道 进入监视器以图像显示出来，也可将视频信号保存成数字文件，便于 计算机分析和处理。 §6.1 光电成像器件的发展与分类

光电成像器件的历史悠久，发展迅速，种类很多。 1934年，光电像管Iconoscope),应用于广播电视摄像 1947年，超正析像管(mage Orthico),最低照度的要求降低到2000lⅸ。 1954年，灵敏度较高的视像管(Vidicon)投入市场。 1965年，氧化铅管(Plumbicon)成功地替代了超正析像管。 1970年，美国贝尔电话实验室发明了电荷藕合器件(CCD)。 1976年前后，高灵敏度更，低成本硒靶管(Saticon)和硅靶管。 按图像传感器的光谱响应波段分类，可分为X射线成像器件、紫外线成像器件、 可见光成像器件、红外线成像器件、微波成像器件、以及超声波成像器件、 核磁共振成像系统等： 按光电子成像系统的工作模式可分为直视成像系统和电视摄录成像系统： 按成像系统结构类型，可分为扫描型与非扫描型两类。 2022/10/7 3

2022/10/7 3 光电成像器件的历史悠久，发展迅速，种类很多。 1934年，光电像管(Iconoscope)，应用于广播电视摄像。 1947年，超正析像管(Image Orthico)，最低照度的要求降低到2000lx。 1954年，灵敏度较高的视像管(Vidicon)投入市场。 1965年，氧化铅管(Plumbicon)成功地替代了超正析像管。 1970年，美国贝尔电话实验室发明了电荷藕合器件(CCD)。 1976年前后，高灵敏度更，低成本硒靶管(Saticon)和硅靶管。 按图像传感器的光谱响应波段分类，可分为X射线成像器件、紫外线成像器件、 可见光成像器件、红外线成像器件、微波成像器件、以及超声波成像器件、 核磁共振成像系统等； 按光电子成像系统的工作模式可分为直视成像系统和电视摄录成像系统； 按成像系统结构类型，可分为扫描型与非扫描型两类

图6.11扫描型光电成像器件的分类 光电发射式摄像管 光电型 真空电子束扫描 光电导式摄像管 扫描型 热电型：热释电摄像管 CCD等 光电成像器件 固体自扫描 红外变像管 变像管（完成图 紫外变像管 像光谱变换) X射线变像管 像敏面 非扫描型 串联式 电子透镜 像增强管图像 级联式 显像面 强度的变换) 微通道板式 负电子亲和势阴极 2022/10/7 4

2022/10/7 4 图6.1-1 扫描型光电成像器件的分类

§6.2光电成像系统的一般结构 光学系统 扫描器 探测器和致 图像处理 冷器 和分析 光电成像系统被分为四个子系统：光学系统、扫描器、探测器和致冷器、图像处 理和分析。 6.2.1光学系统 多数光学系统都是由透镜、反射镜等光学元件成的，每一个元件都有不同的折 射率和形状以使像差最小。 (1)相对孔径 (2）焦距和视场 2022/10/7 5

2022/10/7 5 §6.2 光电成像系统的一般结构 光电成像系统被分为四个子系统：光学系统、扫描器、探测器和致冷器、图像处 理和分析。 6.2.1 光学系统 多数光学系统都是由透镜、反射镜等光学元件成的，每一个元件都有不同的折 射率和形状以使像差最小。 （1）相对孔径 （2）焦距和视场

6.2.2扫描器 扫描器的功能是顺序并且完全地分解图像。 扫描方式：光机扫描方式、电子束扫描、固体自扫描、推扫方式。 (1)光机扫描方式 光学机械扫描系统是通过平台的行进或者扫描镜的方位和俯仰的机械运动来对对 景物空间进行扫描分解，从而获得二维图像。 ▣ ▣▣ (a)串联扫描 b)并联扫描 (c)串并联混合扫描 图623三种经典的光机扫描模式 2022/10/7 6

2022/10/7 6 6.2.2 扫描器 扫描器的功能是顺序并且完全地分解图像。 扫描方式：光机扫描方式、电子束扫描、固体自扫描、推扫方式。 （1）光机扫描方式 光学机械扫描系统是通过平台的行进或者扫描镜的方位和俯仰的机械运动来对对 景物空间进行扫描分解，从而获得二维图像

(2)电子束扫描方式 在电子束扫描方式下，景物空间的整个视场同时成像在摄像管的靶面上或探测器 阵列上，用电子束照射并扫描该图像区域，只有电子束所触及的那一小单元区域 才有与图像亮度相应的信号输出。 3)固体自扫描方式 固体自扫描系统是通过面阵探测器实现的。面阵探测器中的每个光敏单元对应手 景物空间的一个相应小区域，整个面阵探测器对应于所观察的景物空间。 (4)推扫成像方式 用于遥感、侦察的行扫描器需要借助搭载平台的运动来生成二维图像，一般是依 靠飞机或宇宙飞船的运动，这种方式叫做推扫成像。 2022/10/7 7

2022/10/7 7 （2）电子束扫描方式 在电子束扫描方式下，景物空间的整个视场同时成像在摄像管的靶面上或探测器 阵列上，用电子束照射并扫描该图像区域，只有电子束所触及的那一小单元区域 才有与图像亮度相应的信号输出。 （3）固体自扫描方式 固体自扫描系统是通过面阵探测器实现的。面阵探测器中的每个光敏单元对应于 景物空间的一个相应小区域，整个面阵探测器对应于所观察的景物空间。 （4）推扫成像方式 用于遥感、侦察的行扫描器需要借助搭载平台的运动来生成二维图像，一般是依 靠飞机或宇宙飞船的运动，这种方式叫做推扫成像

6.2.3探测器和致冷器 探测器将光学图像转换为电子图像，一般必须具备光电转换、电荷存贮 和扫描读取三个功能。 按照是否需要致冷，一般把探测器分为致冷和非致冷两类。 6.2.4图像处理及分析 数字化以后的图像信号可以进行更为复杂的处理以期达到某种特定的目的， 主要有图像预处理、特征提取及分析、图像重建等。 2022/10/7 8

2022/10/7 8 6.2.3 探测器和致冷器 探测器将光学图像转换为电子图像，一般必须具备光电转换、电荷存贮 和扫描读取三个功能。 按照是否需要致冷，一般把探测器分为致冷和非致冷两类。 6.2.4 图像处理及分析 数字化以后的图像信号可以进行更为复杂的处理以期达到某种特定的目的， 主要有图像预处理、特征提取及分析、图像重建等