光电成像原理与技术部分答案(北理工)

1、第一章5. 光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪儿方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差；分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认；时 间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上；空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察；光谱上的限 制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。6. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的 依从关系。在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为

2、电镀增益G1 ,光电灵敏度：或者：8. 怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？答，利用分辨力和光学传递函数来描述。分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表 示。光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不 变性成像条件的光电成 像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。第一早6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）景物细节对光电成像系统接受孔径的张角；景物细节与背景之间 的辐射对比度。第二早13. 根据物体的辐射发射率可

3、见物体分为哪儿种类型？答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类：黑体，=1 ；灰体，1,与波长无关；选择体，1且随波长和温度而变化。14. 试简述黑体辐射的儿个定律，并讨论其物理意义。答：普朗克公式：普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规 律，是黑体理论的基础。斯蒂芬-波尔滋蔓公式：表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的 四次方成正比。维恩位移定律：他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。最大辐射定律：一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。第五章1、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论或实验依据是什么？（1 ）像管的成像过程包括3个过

4、程A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增C、将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像（2） A过程：外广电效应、斯托列夫定律和爱因斯坦定律B过程：利用的是电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量增强；或者利用微通道板中二次电 子发射来增加电子流密度来进行图像增强C过程：利用的是荧光屏上的发光材料可以将光电子动能转换成光能来显示光学图像2、像管是怎么分代的？各代的技术改进特点是什么？（1）A、零代微光像增强器技术B、一代级联式像增强器技术C、采用微通道板（MCP ）的二代像增强器D、采用负电子亲和势光阴极的三代像增强器E、

5、超二代像增强器F、超三代像增强器G、第四代像增强器（2）一代和零代的区别在于一代像增强其采用了光学纤维面板将多级耦合起来，形成级联式的像增强器，一 般为得到正像，耦合级数多取奇数，通常微三级 二代和一代的根本区别在于：它不是采用多级级联实现光电子图像倍增，而是采用在单级像增强器中设 置MCP来实现光电子图像倍增。 三代和二代近贴式像管类似，其根本区别在于光阴极，但对MCP也提出了更高的性能要求。二代采 用的是表面具有正电子亲和势的多晶薄膜结构的多碱光阴极，三代采用的则是负电子亲和势光阴极，因此三代具有 高增益、低噪声的有点。11、光电发射为什么会存在极限电流密度？试分析并导出连续工作条件下和脉

6、冲工作条件下的极限电流密度表达式。（1）在工作状态下，像管维持光电发射要依赖于光阴极的真空界面有向内的电场场强，这一电场是由电子光 学系统提供的。光阴极的光电发射将产生空间电荷，此空间电荷所形成的附加电场与电子光学系统的电场方向相反。 随着光电发射电流密度的增大，空间电荷的电场会增加到足以抵消电子光学系统所提供的电场。如果忽略光电子的初 速度，当光阴极画的法向场强为零时，光电发射就要受到限制，这时像管的光电发射将呈饱和状态。这一电流密 度称之为光电发射的极限电流密度。（2）见 P159P16018、什么样的透镜叫短透镜？导出短透镜的焦距公式并分析其成像性质。答：（1 ）把对电子起有效作用的场一

7、一透镜的作用区间限于一个有限的空间范围内，称 此空间位透镜空间，在 此空间内，电子轨迹在场的作用下是连续变化的，而物与像则位于透 镜场外，透镜场外的空间位等位空间。这种做 了理想化的电子透镜称为短透镜（或薄透镜）（2 ）短透镜的焦距公式的推导见书P179P180 （包括像方焦距和物方焦距）成像性质： 透镜作用区域较之透镜到物、像距离小得多，比焦距小得多，物、像、焦距均在场外。 场划分为三个区域，物空间，透镜空间，像空间，在物、像空间，电位固定不变，电子 轨迹为直线（z） 0寸透镜是会聚的（f为正），（z） V时透镜是发散的（f为负），且f与（z）成反比，即（z）越;越小，会聚本领越强20. 什

8、么是荧光？什么是磷光？答：晶态磷光体在受电子激发寸产生的光发射称为荧光。停止电子激发后持续产生的 光发射称为磷光。21. 荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是什么？（P185 ）在荧光屏的表层上蒸镀一层铝膜，厚度约为O.lum ,其作用为：引走积累的负电荷；防止光反馈给光阴极；使荧光屏形成等电位；将光反射到输出方向。22. 受激辐射可见光的条件是什么？（pl85 ）受激辐射可见光的条件是电子跃迁的能级差必须与可见光光子的能量相同。25. 荧光屏的转换效率与哪些因素有关？为什么说图像分辨力和发光效率对荧光粉颗粒度的要求是相互矛盾的?（pl92 ）荧光屏的转换效率与制作荧光屏本身的材料一晶态磷光体的转换效率

9、有关，还与屏的粉层厚度、粒 度、入射电子的能量及铝膜的影响等因素有关。一般，粒度越大转换效率越高。但是，过厚的荧光屏将降低输出图像的分辨力。厚度的增加会导致光扩散的增 大，分辨力将随之下降。因此，粒度应该适当。通常选取颗粒直径与荧光屏厚度相近，这样可获得发光效率与图像分 辨力的最佳组合。26. 光纤面板（OFP ）的传像原理是什么？像管应用光纤面板有什么优点？（P193 ）光纤面板是基于光线的全反射原理进行传像的，由于光导纤维的芯料折射率高于皮料的折射率，因 此入射角小于全反射临界角的全部光线都只能在内芯中反射。所以每一根光导纤维能独立地传递光线，且相互之间不 串光。由大量光导纤维所组成的面板

10、则可以传递一幅光学图像。光纤面板使像增强器获得以下优点：增加了传递图像的传光效率；提供了采用准球对称电子光学系统的可能性，从而改善了像质；可制成锥形光纤面板或光学纤维扭像器。32.为什么MCP大多采用斜通道或弯曲通道的形式？（196、205 ）通常MCP不垂直于端面，而具有V -15 的斜角。一方面可提高通道内的二次电子发射次 数，另一方面也可使正离子不能穿出通道，消除或减少离子反馈。P2448.夜视成像系统对物镜的基本要求是什么？（P213 ）夜视成像系统对物镜的基本要求大致有以下儿点： 大的同光口径和相对孔径。 小的渐晕。 宽光谱范围的色差校正。 物镜有好的调制传递特性。 最大限度的消除杂

11、散光，杂散光对低信噪比的光电成像的影响比较明显，减小物镜的杂散光可减小像质的变坏。 在红外光学系统中，必须同时可虑聚光系统和扫描系统。 尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。9. 成像物镜主要分为哪儿种类型？各种类型的典型形式是怎样的？答：光电成像系统用物镜系统分为三类：折射系统、反射系统和折反射系统。（1）光电成像系统中常用折射物镜有双高斯型和匹茲伐型。双高斯结构是微光成像系统中大相对孔径的基本型，由于这种结构较容易在较宽光谱范围内修正像差，属于基本对称型结构，使轴外像差能自动抵消。在仪器视场不大的情况下，可用匹茲伐型物镜，其基本结构是两个正光焦度的双胶透镜，结构简单，球差和慧差校

12、正较好，但视场加大 时场曲严重。（2 ）反射物镜分为单反射镜和双反射镜。最常见的是双反射镜。单反射镜分为球面镜喝非球面镜（抛物面、椭球 面和双曲面镜）系统。球面反射镜和抛物面反射镜可单独使用，椭球面和双曲面反射镜由于其光学焦点 和儿何焦点不重合，慧差大，像质欠佳，通常和其他反射镜组合成双反射镜系统。（3 ）把反射镜的主镜和次镜都采用球面镜，而用加入补偿透镜的方法校正球面镜的球差，构成折反射物镜系统。折 反射物镜可实现大口径长焦距，常用的折反射物镜有施密特系统、曼金折反射镜、包沃斯-马克苏托 夫系统以及包沃斯-卡塞格伦系统。10. 红外物镜相对于可见光物镜有什么不同？ 答：（1 ）大的通光孔径和

13、相对孔径。限制微光成像系统视见能力的主要因素之一是来自景 物的辐射噪声。加大物镜 的孔径能最大限度地接收来自目标的辐射，获得大的靶面照度，即大的通光孔径有利于提高微光系统的信噪比。（2 ）小的渐晕。（3 ）宽光谱范围的色差校正。校正色差的光谱范围取决于系统光谱响应波段，对主动红外成像系统为0.651.2微米（,对微光成像系统为0.40.9微米，对热成像系统为1.514微米）。（4 ）物镜有好的调制传递特性。像管为低通滤波器，目前的极限分辨力为30701p/mm ,通常要求物镜在 101p/mm的空间频率时MTF不低于75%。（5 ）最大限度地消除杂散光，杂散光对低信噪比的光电成像的影响比较明显

14、，减小物镜的杂散光可减小像质的变 坏。（6 ）在红外光学系统中，必须同时考虑聚光系统和扫描系统。（7 ）尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。11、在直视型成像系统中对目镜的基本要求是什么？答合适的勲距“司镜鶴葩兀通卷盛金适齡岀膛鉅寓勿士能直轻口 一般视茶同的攻用秦伴*卷俅 糸境出观直整取人眼夜间 期孔直V2 57mnu出靡距宙pTei桧后去西列人跟膛孔的距击）一股匡古的話羊瞪（日雄詬衣面赛窈总点也祠的晅青人嵐探证工作时西观度谴鳖。此升*圈务貝祖堆大掛外徐昱是站点侏廈的重要圈翕孑12、像管直流高压电源的特点是什么？其主要包括哪儿部分？答：特点（1）提供稳定的直流高压，使像管工作时保持

15、合适的输出亮度；（2 ）性能稳定，在高低温环境下保证仪器正常工作；（3）实现自动亮度控制（ABC ）功能；（4）对于选通系统，应提供选通周期、脉宽以及延时可调的选通电压；（5）对自动快门，能够根据像管电流自动调整工作电压的占空比；（6）防潮、防震、体积小、质量轻、耗电省。包括以下儿个部分：直流低压电源、晶体管变换器、升压变压器、倍压整流电路以及稳压 电路。13、试以二倍压电路为例，说明倍压电路的工作原理。答：把变压器次级绕组上的交流高压整流并借压到所需直流高压的过程。变压器T的次级绕组输出峰值电压为V2的交流，则：（1）正半周：假设T的输出端上负、下正，则D2因反向偏置截止，D1回路导通，对C

16、1充电，在正半周结束前，C1两端电压为V2;（2 ）负半周：T的输出端上正、下负，贝U D1因反向偏置截止，D2回路导通，对C2充电，在负半周结束前，C2两端电压为2倍V2,送至输出端口为2倍V2的直流。15、为什么说大气后向散射对主动红外夜视仪性能将产生不利影响？探照答：在主动红外成像系统中，照明系统安装在接收器附近，在照射远距离目标时,其中一部分后向散射将灯光轴非常接近系统光轴。照射光束在大气传输过程中被大气散射,进入观察视场，在成像面上造成一个附加背景， 从而降低成像的对比度和清晰度。 在能见度 差的情况下，这一影响是主动红外成像系统性能的一个基本限制因素，性能产生不利影 会对主动红外夜

17、视仪 响。16、选通技术用于主动红外夜视仪可取得怎样的效果？监槎脉冲一脉冲烷生器延迟计ft器延迟调节器高压供电冲度节H长调选通成像系统原理框图答：选通技术是利用短脉冲光照明器和选通型像管，从时间上分开不同距离上的散射光和目标的反射光，使由被 观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在像管选通工作时到达像管并成像。由于辐射脉冲在投向目标过程中所产生的后向散 射辐射到达接收器时，像管处于非工作状态，可减小后向散射对成像系统的影响。19、简述直视微光成像系统对像增强器的要求。答：在设计直视型夜视成像系统时，应当提高增强器极限分辨力m。；为使系统性能尽可能达到光子噪声限，像增强器暗背景噪声应尽可能减小，通常要求

18、e LRa （20Eb;还要求像增强器有较高的G;还需注意儿点：像增强器的输入8输出窗类型、荧光屏类型以及调制传递函数（MTF ） o20、试述像管使用自动亮度增益（ABC ）电路的目的及其工作原理。答：目的：自动亮度控制电路的作用是通过控制像增强器外加电压的办法来控制它的增益，以达到控制荧光屏输 出图像亮度的目的，扩大了微光成像系统的使用光度范围。级联像增强器高压电源及ABC电路工作原理：图为级联像增强器高压电源，其中包括典型的ABC电路。ABC电路实际是一个带负反馈的直流低压电源，输出的直流电压Ei到直流变换电路，变为交流电压后再经升压变压器及倍压整流滤波电路后供给像增强器。图中Ri、R2

19、和稳压二极管Di构成比较电压回路；Rw为取样电阻；Ci为高频旁路电容；C2、C3为低频旁路电容。当比较回路 电流大于BG 1的基极电流Ibi 时，分压电阻Ri和Di上的电压为标准电压。当光阴极入射 照度Ec上升时，供给像增强器的电流上升，ABC电路的输出 电压Ei下降，最终导致供给像增强器的直流高压下降而降低了像管的增益，起到维持荧光屏亮度基本不变的作用。21、物镜和像增强器的参数如何影响系统的极限分辨力的？答：图见P229 6-29。在像增强器喑噪声可忽略的前提下，物镜和像管参数对系统极限分辨特性的影响如图所 示。 物镜焦距从f增大到iOf在大于星光照度iOJx情况下，系统分辨力得到明显改善

20、，反之则改善很小； 物镜直径从D增大到iOD,在低于满月光iO l lx情况下，系统分辨力得到明显改善，大于满月光改善很小； 光阴极灵敏度从s提高到iOs,在低于iO-2lx照度范围，系统得到最大改善； 增加系统积累时间t得与光灵敏度s类似的改善； 提高像增强器极限分辨力m。，在10l（T lx目标照度范围对系统分辨力提供一般的改善。当D、s、t 一起增加时这种改善更有意义。P24522、为什么要对像增强器进行强光保护？如何实现？答：因为若观察场景中一直存在强光源，则像管荧光屏会出现局部饱和，影响像管寿命，共至造成像管不可逆的损 坏。传统的防护方法有分压法和散焦法，但对观察有不利影响。自动快门

21、电路根据像管光电源大小对像管实施白动间断 供电，可以防强光。23、试述像管增强器背景噪声对系统极限分辨特性的影响答：像增强器存在的噪声（如暗噪声）将使像管输出图像对比度恶化，分辨力下降。像增 强器存在等效背景照度E。时，系统极限分辨角增大，表示如下VI3+W2(S/NA2 CyeI DC J nL T.tS L *EbP2951、何为摄像管？简述摄像管的工作原理？答、电视摄像是将两维空间分布的光学图像转换为一维时间变化的视频信号的过程，完成这一过程的器件称为摄像管。工作原理：A、摄像管光敏元件接受输入图像的副照度进行光电转换，将两维空间分布的光强转变为两维分布的电荷 量。B、摄像管电荷存储元件

22、在一帧周期内连续积累光敏元件产生的电荷，并保持电荷量的空间分布，这一存 储电荷的元件称之为靶。C、摄像管电子枪产生空间两维扫描的电子束，在一帧周期内完成全靶面的扫描，逐点扫描的电子束到达 靶面的电荷量与靶面存储的电荷量相关，受靶面存储的电荷量的调制，在输出电路上产生与被扫描 点辐照射强度成比例的信号，即视频信号。3、摄像管的结构由儿部分组成？各部分的作用是什么？答：主要由光电变换与存储部分和信号阅读部分两大部分组成。A、光电变换与存储部分：将光学图像变成电荷图像，并在整个帧周期内在靶上连续地对图像上的任一像 元积累电荷信号。B、信号阅读部分：从靶面上取出信号4、摄像管是怎样分类的？按光电变换的

23、形式可分为哪儿类？按视频信号读出方式又可分为哪儿类？答：可按下面3种方法分类：a按电荷积累方式分类b按光电变换形式分类c按视频信号读出方式分类其中按b可分为：外光电变换型和内光电变换型按c可分为：信号板输出型和双面靶输出型17、热释电摄像管的靶有什么特点？具有什么性质？答：(1 )热释电摄像管的靶是热释电靶，是具有热释电效应的铁电体材料所制成的；(2 )性质：利用热释电效应工作，仅对随时间变化的热辐射有响应；是良好的绝缘体，容易积累电荷。20简述热释电摄像管的工作过程。为什么要给热释电摄像管靶加基底电荷？目前产生基底电荷有哪儿种方式？答：(1 )工作过程：具体答案在课本742节(P285P28

24、9 ),这里只写大标题 热释电靶的单筹化； 靶面电荷图像的形成； 热释电靶电荷图像的读出。(2) 加基底电荷的原因：靶面电荷图像形成时：靶面的信号电荷是由扫描电子束的负电荷着靶后才形成视扫描频信号的，故靶面信号电荷必须为正。而靶是绝缘体，信号电荷又是静电的束缚电荷,电子束着靶的负电荷不能在帧周期内导走，所以为了防止热释电摄像管中靶而上产生负电荷积累，必须在每次电子束扫描后都给靶面提供一定量的正电荷；电荷图像读出时：同上(3) 方法：二次电子发射法；摄像管内充气法；泄漏电流法。21、热释电摄像管工作时有什么要求？对应这儿种要求又哪儿种工作方式？各有何优缺点？答：热释电靶面上的静电电荷面密度随靶温

25、度变化而产生相应的变化。为了能连续摄取图像，要求热释电摄像管在每次电子束扫描靶面后，能够重新产生靶面的静电电荷图像。具体方法:厂平移式：摄全景式：一一优点：装置简单。但图像总在运动，不便于观察，热目标后边缘有黑色拖尾-斩光式一一缺点：附加斩光装置及其相关系统，斩光速度与扫描速度协调，必须加校正电路将负极性新后倒相P3663、什么是CCD的开启电压？为什么实际工作中CCD的开启电压必须考虑平带电压？平带电压又是怎样的？解：CCD开始产生沟道所需要的栅压就是开启电压。理想的MOS系统的C (Vg)特性往往与实际测得的C (Vg)待性不完全一致，这是因 为没有考虑金属电极和半导体的功函数差ms、Si

26、-SiO 2界面上存在的表面电荷Qss以及在Si02中因玷污产生的可动电荷等因素的影响作用，所以，必须对理想情况下的结果进行修正。由于上述因素的影响，表面能带向下弯曲，为了使表面能带由弯曲变成平直，恢复平带状态，而在金属栅极上所加的负的偏压就是平带电压。(P302 )5. 什么是界面态？怎样减少界面态的影响？什么是“胖零”工作模式？为什么SCCD要采用“胖零”工作模式？解：界面态即界面陷阱电荷，主要是指Si-SiO 2界面处处于禁带中的局部能级，它可在短时间与衬底半导体交换电荷，是表面复合和散射的主要成因，它主要是对表面沟道的CCD的转移效率产生重大影响。釆用埋沟CCD可避开界面态俘获信号电荷

27、的不良影响。要减少界面态的影响，可釆用“胖零”工作模式。“胖零”工作模式：用一定数量的基底电荷先将界面态填满，当信号电荷注入时，信号电荷被俘获的儿率变小，而从界面态释放出来的电荷又可以跟上原来的电荷包。信号电荷包损失到界面态中去的电荷，可能与它从界面态得到的电荷相等，从而在一定程度上减少了界面态带来的影响。SCCD的电荷转移损失很大，弓I入“胖0”电荷后，可使CCD界面引起的电荷转移损失降到最小。6、简述BCCD工作原理，说明BCCD工作的待点，并与SCCD比较各自的优缺点。解体由（埋）两道（痩沟CCD-BCCD）:亟 过盛哇*面运入杂质使更形成iN董 諄娱，并疵两瑞加上N*层，起逼、蝇ffi

28、 CCD与复面ULD昭匿射：着者携華悟息的电子是N层中的芳子， 冏后缶是P属中的夕手 4LCC D中的倍号电荷裁中盛聲而处 狼萼的仗型属，石域冶CCD4S号电特 集中在体由兰平而附近什ACCDM于基面vX D的因信号电赫盛体由春胆和转秒”遽开了弄面态俘获馆号您不良影晒，斯拯转移JL帛比叢面 CCDJ 12个载量fit。 由于各梅械电压凤有较理的牺合，達聊蒸合随育道加滦而晝理”从而増加了边鏡 堆。知乏建 体右比密卓比娄面吉崙一蓿” it理冷CCD工作朱車较當”可A135MF的时仲下工作。 理的CCD的最大优蛊是囁声低可工作在他照废下埋育CCD的宝要缺圭：僧号址理窑量=jtAtfiCCDJ金敦董S

29、U7、以三相CCD为例，说明决定其工作频率的上下限因素是什么？解：闻CXD工柞在非檎恿，故工作塞车有下喉缶*子青第另T厂将秒所當射阿易俎时钟冏期vCP）八对于三*-CCD* 于 T/Ma 即：3 厂9、面阵CCD有儿种工作模式？各有什么优缺点？LT-CCD ）和帧/场转移结构解：常见面阵CCD摄像器件有两种结构：行间转移结构（FT-CCD）。两种面阵CCD的比较；分捧力：艮平分向1LT5J；姜直分向：蓬行担描“ 4隔行 右描ILT富。响应度f灵徹玻J : FT屯敎面*，本平方向宽于1LT,逐行壮 描珂FT灵敎废富，陌行柘描对：FT积介耐问弟一场1LT积 分附网另一 ifi,故蠡的响成嵐一致喙声

30、：FT光做面丸，故囑声大施影：ILT转移次数小，拖勇小应用：FT还可以遞过减藩，实现管握摄影，在低療度 摄像领 冼荻得广匱应用10、什么是增强型CCD ?增强型CCD有哪些耦合类型或工作方式？答：像增强器与CCD耦合在一起，构成图像增强型CCD(ICCD)。增强型CCD有两种耦合方式：光学耦合方式和光纤耦合方式。P36612 .简述CMOS器件的成像原理，比较CMOS器件与CCD器件在工作原理上的异同，各有什么公优缺点？答:基本廉理：典唱的CMOS成傑星件由iMxrt光救九碎刊：老成尢电聘携竹功童。必电略！ 主成臭动詹晋笛护生，兑电栏号餉 址理*检出 等伐鲁。辛个无敦无卑肓耳緘y寺切上的也社r

31、 5分副 由鬲个才囱竹丸址命吗尊連看邑枠；I夸列无執无卑对及亠木对就丸理对就丸 耳 的着出宿晋仝劃与X龙旬执址译码盖制殆模 厠多潯开菜相艮。1糞味工冷旺CMO5传蠹星在Y旁劎地址串 码毘 控啊下依决鎂通辛行光救九的樣拥开吴槽号通 过打开关直到列趙上，iX才向地址诽码玉曲堤制，希遴討鉄支星。枪出嵐尢屋的输出需号由A/D转携星址廿 聘撫，SSit理电客走理后通过農口您爆 输出CMOS图像传感器的光电转换原理与CCD基本相同，其光敏单元受到光照后产生光 生电子。而信号的读出方法却与CCD不同，每 个CMOS源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以被单独选址和读出，工作时仅需工作电压信号，而CCD

32、读取信号需要多路外部驱动。优缺点比较：CMOS与CCD图像传感器相比，具有功耗低、摄像系统尺寸小，可将图像处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD的相比相对较低。灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力，而CCD灵敏度较CMOS高30%50%。电子-电压转换率 表示每个信号电子转换为电压信号的大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构，其电压转换率略优于CCD。动态范围表示器件的饱和信号电压与最低信号阈值电压的比值，在可比较的环境下，CCD的动态范围约比CMOS的高两倍。CMOS图像传感器的响应均匀性较C

33、CD有较大的差葩。标准CMOS具有较高的喑电流（1 nA/cm ：,最低100 pA/cm J ,而精心制作的CCD的暗电流密度 为210 pA/cm 由于大部分相机电路可与 C0MS在同一芯片上制作，信号及驱动传输距离缩短，电感、电容及寄生延尺降低，信号读出采用X-Y寻址方式，CMOS工作速度优于CCDcCMGS与CCD圏像传碎妁性能比较CMOS图擦传JB器CCD10A 10010低碍雋龍子数200M50FPN%)可在逻榊电箱中校正咲1DRNU C% PbSnTA光伏探测器 InAs和InSb多年前就由商品,77K.列阵探测器光 谱响应均匀性好，性屋接近背景极限, 己和硅CCD耦合制成焦平面

34、器件。其它薄膜铅盐光伏型探测器。10、光伏器件常用判据是什么？为什么？答:2）探测率公式:1）与优值成正比11.单片式IR-CCD红外焦平面阵列有哪些各有什么特点?单片瓦又称整体式，可分为两种情况 CCD本身就对红外敏感，故探测”辖移切能于一体0红外探测黑与CCD作在同一晟底上，基底通常为5i,而抹测彖部分常用井本征材料，恳 本结构为 全厲一絶缘扬-圭导体Q混合式IR-CCD植本特上（杷挥侧器和CCD移佞寺存薜分开，CCD仍用再遢硅制上工艺 相对成熱，而对儿个重要的红外波段，都巴经发啟了性能优良的本征红nn外採测黑卫囲此香両者耦含規来殂 成屁舍隹平昉技規，能按得高量子数 半嵩性能的红外FPAo

35、12. 简述肖特基势垒关电探测器的工作原理，及与光伏探测器有哪些异同点？工作廉理:辐射透过硅怨应建化肠上产生热空龙T边些空丸能越辻势绝进入列畦基底，从而在旌化炀一边的电极上积累负虬荷J形成/nt 口由于鋁层的反射作用，硅化畅对辐射的沒收增眩，可使灵敏度提高一个 釵量级3相同点：二者响应度直接与增益电阻和面积之积有关不同点：肖特基是多数载流子器件，P-N结是少数载流子器件13. 非制冷红外焦平面阵列有哪些形式？各有什么优缺点？热释电探测器微测辐射热计与热释电相比微测辐射热计/采用睦笫卷技术，成本低，才有好的统堆响应和鳶动态苑珥，上傑无间纯缘哇好，串帝*，闻傑请嘶废富少仮i/f嗦击，富咬知谒在術宙

36、灵孜虞r理怡止可边OOIK) o 声但備置屯略功耗丸囁 多舉寛宽。3、试简述光电成像器件将二维图像转换成一维电信号可通过哪些途径1、电真空型摄像管（15内光电变换型的光电导摄像器件利用内光电效应将入射的光学辐射图像变换为电信号，在视像管中，光电导靶既作为光电变换器，又作为电信号存储与积累器异质结又可分为注入型光电导靶、阻挡型光电导靶、异质结光电导靶、硅二极管阵列光电导靶（2）外光电变换型的光电发射型摄像器件 利用的是外光电效应完成二维图像转换成一维电信号的 光电发射型摄像管都具有一下两个共同点：A、光电变换部分是采用光阴极把输入的光学图像转换成光电子图像B、光电变换器和信号存储靶是分开的。 常

37、见的有超正析摄像管、二次电子导电摄像管（SEC ）、电子轰击型硅靶摄像管（EBS）2、热释电摄像管热释电摄像管与普通的光电导摄像管在结构上类似，只是用热释电靶代替了光电导靶但是存在本质的区别，首先热释电靶是利用热释电效应来工作的，其次热释电靶是近乎完美的绝缘体，容易积累电荷而使电子 束不能连续工作，为此要设法消除靶面的负电荷积累。3、固体成像器件CCD（1）CCD是电荷耦合器件的英文缩写，他利用的是处于非热平衡状态的势阱来进行电荷存储和转移的，它是基于MOS电 容器在非稳态下工作的一种器件，为一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列，具有存储和转移信息的能力（2 ）可分为表面CCD （SCC

38、D）和埋沟CCD （BCCD）（3 ）且它既能制成线阵CCD也能制成面阵CCD,还能和像增强器耦合在一起构成图像增强型CCD （ICCD），也可用光电子 轰击CCD的像敏元构成电子轰击型CCD （EBCCD）,还可以采用延时一积分工作模式构成TDI4、CMOS成像器件（1）CMOS是互补金属一氧化物一半导体的英文缩写（2 ）和CCD具有基本相同的光电转换原理，即光敏单元受到光照后产生光生电子，在通过信号读出电路将其读出，但是CMOS的每个源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以呗单独选址和读出5、红外探测器（1）热探测器A、热探测器吸收红外辐射后，产生温升，伴随这温升而发生某些物理性质的变

39、 化，如产生温差电动势、电阻率 变化、自发极化强度变化、气体体积和压强变化等。测量这些变化就可以测量出他们吸收的红外辐射的能量 和功率B、常用的有热释电探测器、微测辐射热计、微测辐射热电堆等（2）光子探测器A、某些固体受到红外辐射照射后，其中的电子直接吸收红外辐射而产生运动状态的改变，从而导致该固体的某种电学参量的改变，这种性质统称为固体的光电效应，光子探测器就是利用光电效应制成的一种探测器B、常用的可以分为以下儿类：光电子发射探测器（利用的是外光电效应）、光电导探测器（利用的是内光电效应）、光伏探测器光磁电探测器（利用的是光磁电效应)、肖特基势垒探测器、量子阱探测器等(3 )红外焦平面阵列探

40、测器由红外探测器和具有扫描功能的信号读出器件组成的红外焦平面阵列，是凝视型红外热成像系统的核心，红 外焦平面阵列包括光敏元件和信号处理两个部 分，可采用不同的光子探测器、信号电荷读出器多路传输可分为单片式红外焦平面阵列、混合式红外焦平面阵列、Z平面红外焦平面等11-5试述光机扫描热像仪基本组成部分和工作原理。答：下图为光机扫描型热成像系统的方框图，整个系统主要包括：红外光学系统，红外探测器及制冷器，电子信号处理系统和显示系统四个部分。光机扫描器使单元或多元阵列探测器依次扫过场景视场，形成景物的二维图像。在光机扫描热成像系统中，探测器把接收的辐射信号转换成电信号，通过隔直流电路把背景辐射从场景电

41、信号中消除，以获得对比度良好的热图像，由显示系统显示出来。目标辐射扫描同步器做器见图象所以速度不宜太高，且在告诉摆动因此，总的来说摆动平面镜不II;,T ,电漩无缶i押描热成像系藐方框图11-8.热成像系统对扫描器的基本要求是什么？常用的光机扫描器有哪些？各有什么特点？答：1.热成像系统对扫描器的基本要求：用于热成像系统的扫描器大部分产生直线扫描光栅。对扫描器的基本要求是：扫描器转角与光束转角呈线性关系；扫描器扫描时对聚光系统像差的影响尽量小；扫描效率高；扫描器尺寸尽可能小；结构紧凑。2. 常用的光机扫描器及特点：a 摆动平面反射镜摆动平面反射镜在一定范围内周期性地摆动完成扫描。根据反射光学原

42、理，摆动反射镜使光线产生的偏转角二倍于反射镜的摆角，即当反射镜摆动a角时，反射光线偏转2a角。摆动平面镜是周期性往复运动，因为机构有一定的惯性，的情况下，视场边缘变的不稳定，要求较高的电机传动功率， 舍和高速扫描。1 ) 平行光束扫描器的摆动平面镜设全视场为2W，出瞳直径为P,出射光束直径为Q,则Q=PcosW和光柬入般平面壯经反射后励平就束出瓠故翳较解只隸定平醜尺寸。如图1175心为入妣束直站为平面反射翳能解面反财鄭撮小尺寸/应为(11-12)対于固定的入射光纽当平鹼摆动7細版慨黠转2y角/翩溺在像面匕像点的移动鼬离为厂武中J帧就学系雜肌一4.11-13)对应于无淀酬的鮎阀聽为虹 2型ill-14)Ai7 Ai邺点務觎度与平面黠动鮭甌I卜比帖眛不在佛远时遵动平而镜就不 在平 佩東中那，鮎踊动建度也就不与枷虹此ihmjKdbHiMi*：11播屈力屮山I厩 j比2) 会聚光束扫描器的摆动平面镜H11-15牺讦面尺寸的儿/W图11-16摆劲平面饶会集光車丄】描器光路阁灯于镜I6j位置劭探測器所在处fl的镜像为I儿从图中潯出y 屁 in (2 了) u i z a + 加叽(2y)(11-15)当o