光电成像技术考点及解析

1、基本术语：光电成像技术（P2）：采用各类光电成像器件完成成像过程的技术可以统称为光电成像技术。像管（P8）：直视型光电成像器件基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板（电子倍增器件）、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。这种成像器件通常简称为像管。变像管（P8）：接受非可见辐射图像的直视型光电成像器件统称为变像管。像增强器（P8）：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件统称为像增强器。摄像器（P8）：电视型光电成像器件用于电视摄像和热成像系统中，只完成摄像功能，不直接输出图像的器件，也称为非直视型光电成像器件或者摄像器件。明适应、暗适应、:P31-32凝视、凝视中心:P48的倒数第

2、二段人眼的绝对视觉阈：P32.2人眼的阈值对比度：P33.3人眼的光谱灵敏度：光谱光视效率P34.4人眼的分辨力：P34.5图像的信噪比：P42的2-27瞥见时间：P48的倒数第二段瞥见孔径：P49的顺数第二行辐射度量、辐射功率、辐度强度、辐亮度、辐照度、辐射出射度:P54光度量、光能、光能密度、光通量：都在P58表3-3光出射度：符号M、Mv，意义：光源单位面积向半球空间发射的光通量；定义式：,单位：; 照度：符号，意义：照射到表面一点处单位面积的光通量；定义式：，单位：lx； 发光照度：符号：，意义：在给定方向上，单位立体角内的光通量；定义式：，单位：cd; 光亮度：，意义：表面一点处的面

3、元，在给定方向上发光强度除以该面元在垂直于给定方向上的投影面积；定义式：，单位：；坎德拉：光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540*1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/163W/sr.cd(P58)1流明lm(P58):光通量的单位，点光源在某一方向的发光强度为1cd时，在该方向单位立体角内传出的光通量。(P58)1勒克司lx：1lm的光通量均匀分布在1平方米的面积所产生的照度称为1lx。（P58)视见函数:P59朗伯辐射体:P60气溶胶粒子:P91云、雾、霾、霭：云由水滴和冰晶两种粒子组成，液态云滴的半径约为一到一百微米，冰晶尺寸稍大。雾由靠近地面漂浮在空中的机细小

4、水滴或冰晶组成，是一种近地层的云。通常把水平能见度小于一千米的近地层水汽凝结物称为雾，能见度在一到十千米的雾称为轻雾和霭。由于人类活动排放的烟尘，或者海上产生的人力漂浮于大气中的固态气溶胶系统称为霾。（P9192）大气消光：P94大气散射：P99大气吸收：P96大气能见度（能见距度）（P101）大气透明度（P101）电子透镜（P123倒数第三段）光电子图像：由光电发射的斯托列托夫定律可知，饱和光电发射的光电子流密度与入射辐射通量密度成正比。因此，由入射辐射分布构成的图像的可以通过光阴极变换成由变换成由正比光电子流分布构成的图像。（P123）亮度增益：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与

5、入射到阴极面上的照度Ev成正比。即 GL=M/Ev（倍）在（P132页）等效背景照度：使荧光屏上亮度等于暗背景亮度值时的光阴极面上的输入值。（P134）畸变、像管分辨力、正电子亲和势、负电子亲和势光电发射的极限、电流密度、mcp的饱和电流密度荧光：P185磷光：P185表面态：P146微光夜视仪：P212照明系统的光强分布:P224成像系统的极限分辨力:P229231选通技术:243（底）244靶:P252(7.1节第二点)惰性（上升惰性、衰减惰性）：P258底部摄像管的分辨力：P263（节）动态范围：靶网：居里温度: 居里点也称居里温度或磁性转变点，是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间

6、改变的温度，即铁磁体从铁磁相转变成顺磁相的相变温度。热释电靶的单畴化: 热释电摄像管在工作时，靶必须处于自发电极化的状态，即电极化的极轴方向应垂直于靶面。通常在制靶时及靶产生退极化时，都要进行单畴化，使之形成最大的自发电极化强度。 ccd的开启电压;CCD开始产生沟道所需要的栅压就是开启电压。ccd的转移效率界面态:界面态即界面陷阱电荷，主要是指Si-SiO2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。“胖0”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

7、几率变小，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。光注入、电注入二、几个重要效应光电转换效应:是书上138页的光电子发射的三步热释电:P281三环效应:P195mcp的电阻效应/充电效应:P203(1)/(2)三、几个重要定理朗伯辐射体：对于某些自身发射辐射的辐射源，其辐亮度与方向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变，这类辐射源称为朗伯辐射体。气溶胶粒子：大气中悬浮着大量固体和液体粒子，通常将半径小于几十微米的固体微粒叫做气溶胶粒子。黑体辐射定律（共有四个定律）：1普朗克辐射定律：普朗

8、克定律描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体辐射理论的基础2斯蒂芬一 玻尔兹曼定律：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3T定律：单色辐射出射度最大值对应的波长m l 4斯蒂芬-玻尔兹曼定律:表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关波盖尔定律：辐射通过介质的消光作用与入射辐射能量、衰减介质密度和所经过的路径成正比斯托列托夫定律、爱因斯坦定律:P122四、重要结构及其工作原理、特点真视型光电成像器件的基本结构、工作原理：用于直接观察的仪器，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部 分 电视型光电成像器件 完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电

9、信号。获得 的电信号经过放大处理和传输等环节后，由显像装置还原输出二维空间的图像。 非直视型（电视型）光电成像器件的。： 只能完成摄像功能，不直接输出图像，又称非直视型光电成像器件。人眼的结构及其图像形成过程：外层由角膜和巩膜组成。角膜是光线的入口。巩膜保护整个眼球。 中间层虹膜和脉络膜组成。虹膜中的瞳孔用来控制进入眼睛的光通量大小。人种不同，其颜色也各异。瞳孔后面的水晶体如同一个变焦距透镜，面的水晶体如同变焦透镜使景像始终聚焦于黄斑区。内层是视网膜，其表面有大量的感光细胞。 这些感光细胞按照形状分为可以两类：锥状细胞和杆状细胞。大气的基本构成、结构特点：像管的结

10、构及其成像的物理过程：1） 像管的成像过程包括3个过程 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 。光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程）电子光学系统的基本结构及其成像过程：荧光屏的结构及其发光机理：一种

11、电子（阴极）射线管，是电视接收机监视器重现图像的关键器件。它的主要作用是将发送端（电视台）摄像机摄取转换的电信号（图像信号）在接收端以亮度变化的形式重现在荧光屏上。为了高质量地重现图像，要求显像管屏幕尺寸要大，图像清晰度要高，荧光屏有足够的发光亮度。此外对不同用途的显像管有各种具体要求。光学纤维面极的结构及其传输原理：光学纤维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则可以传递一幅光学图像。2优点：光学纤维面板 又使像

12、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;可制成锥形光学纤维面板或光学纤维扭像器。微通道板（mcp的结构及其电子图像倍增原理）：P196-198MCP的结构:MCP的结构是由大量平行堆集的单通道电子倍增器组成的薄板。它实际上是一块通道内壁具有良好二次发射性能和一定导电性能的微细空心通道玻璃纤维面板。这些微通道的孔径为612µm。孔径距尽可能小，以求尽量减少非通孔的端面，端面上的开口面积比为55%85%。通道的长度与孔径之比典型值为40。在MCP的两个端面镀有镍层，形成输入电极和输出电极。在MCP的外缘带有加固环。通常微通道

13、不垂直于端面，具有7°15°的斜角。电子图像倍增原理MCP是利用二次电子倍增性质来完成电子图像增强的。微通道的入口端对着像管的光阴极，并位于电子光学系统的像面上，出口端对着荧光屏。微通道的两个端面电极上施加工作电压形成电场。高速光电子进入通道与内壁碰撞，由于通道内壁具有良好的二次电子倍增性质，入射电子得到倍增。重复这一过程直至倍增电子从通道出口端射出为止。如果取每次碰撞的二次倍增系数=2（通常=3），累计的碰撞次数为10时，则通道的总电子倍增值大于G=。由此可看出通道的电流增强作用是十分惊人的。MCP的各通道彼此隔离，因此，它可以将二维空间分布的电子流进行对应的增强，从而实

14、现电子图像增强的目的。主动红外成像系统结构及其成像过程:P211-212主动红外成像系统主要部件包括红外照明光源，物镜，红外变像管（或具有红外延伸的像增强器）及目镜等。工作波段在0.761.2µm的近红外光谱区，其长波限由变像管光阴极决定。红外照明光源发出的红外辐射照射景物场景，光学物镜将被场景反射回来的红外辐射成像在红外变像管的光阴极面上，形成场景的反射图像；变像管对场景图像进行光谱转换和亮度增强。最后在荧光屏上显示场景的可见光图像，人眼通过目镜观察增强的场景图像。1105064340夜视成像系统结:P213 6-2-1摄像管的结构及其工作原理:P252 7-1-1110

15、5064341光电导摄像管的。：P273 热释电摄像管的。：P2841105064342电子枪的结构：电子枪工作原理：1105064343mos电容器的结构：P298mos电容器的电荷存储原理：P305ccd的结构及其电荷传输原理：P308下、P309下埋沟ccd（bccd）的结构及其工作原理：P315-317线阵ccd的结构及其成像原理：P338-340五、关键器件系统的性能参数表征光电成像器件的性能参数、表征像管的性能参数大气辐射传输过程:大气辐射传输是指电磁波在大气界质中的传播输送过程。这一过程中，由于辐射能与介质的相互作用而发生吸收和散射，同时大气也放射辐射。大气中吸收太阳辐射的主要成

16、分是氧气、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等，对长波辐射的主要吸收成分是水汽、二氧化碳和臭氧。影响光电成像系统的因素: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。mcp相关概念、微光成像系统的性能影响因素摄像管主要性能参数、热释电靶。（相关）表征ccd的物理性能参数：1、CCD的开启电压Vth （P320）2、CCD的电荷负载能力（包括三个方面） （P321）（1）、三相CCD及多相CCD的存储能力（P321）（2）、二相CCD的电荷存储能力（P321）（3）、BCCD的存储能力（P332）3、CCD的工作频率（两方面） （P32

17、2） （1）、影响CCD工作的频率的下限因素（P323） （2）、影响CCD工作的频率的上限因素（P323）4、转移效率 式8-73、8-74 （P323）5、CCD噪声 （P332）6、CCD的暗电流 （P335）7、CCD的功耗 （P337）六、其他辐射源的辐射能量所集中的波段：mcp的自饱和特性：像管对直流高压电源的要求受激辐射可见光的条件:P185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课后题，1. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。2.  3. 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、灱敏

18、度的限制，夜间无照明时人的规觉能力很差； 分辨力的限制，没有趍够的规角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，发化过去的影像无法存留在规觉上； 穸间上的限制，隔开的穸间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趌。反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：转换系数（增益），光电灵敏度（响应度），峰值波长，截止波长。4. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：散粒噪声，产生复合噪声，温度噪声，热噪声，低频噪声，介质损耗噪声，点和耦合器件（CCD）的转移噪声。5. 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，景物细节对光电成像系统接

19、受孔径的张角，景物细节与背景之间的辐射对比度。6、 通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段？7、试述辐射度量与光度量的联系和区别。答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。8、根据物体的辐射发射率可将物体分为哪几种类型？答：通常,依发射率与波长的关系,将地物分为三种类型。1黑体或绝对黑体,其发射率=1,即黑体发射率对所有波长都是

20、一个常数,并且等于1.2灰体,其发射率=常数1（因吸收率1）。即灰体的发射率始终小于1,不随波长变化3选择性辐射体,其发射率随波长而变化,而且1（因吸收率也随波长而变化并且1）。10、简述下述名词：1气溶胶粒子:大气中悬浮着的半径小于几十微米的固体和及液体粒子。2绝对湿度:单位体积空气中所含水蒸汽的质量,叫做空气的“绝对湿度”。3相对湿度:空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值,叫做空气的“相对湿度”。4波盖尔定律:辐射通过介质的消光作用与入射辐射能量、衰减介质密度和所经过的路径成正比5大气窗口:大气窗口是指太阳辐射通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光辐射波段范

21、围。6大气传递函数:反映大气消光使目标与背景的对比度下降的程度。右式中,K为地平天空亮度与背景亮度之比。所以Tc是K和透过率的函数,与目标亮度无关。11、辐射在大气中传输主要有哪些光学现象？试简述其产生的物理原因？答：主要有吸收和散射。产生原因：大气中吸收太阳辐射的主要成分是氧气、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等，对长波辐射的主要吸收成分是水汽、二氧化碳和臭氧。不同气体对不同波段辐射的吸收作用也不同。这种性质称为大气对辐射能的选择吸收。散射作用的强弱取决于入射电磁波的波长及散射质点的性质和大小。当散射粒子的尺度远小于波长时，称为分子散射或瑞利散射，散射系数与波长的四次方成反比，主要是空气分子的散射

22、。当粒子尺度可与波长相比拟时,称为米氏散射,散射系数是波长和粒子半径的一个复杂函数。12、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论对应的核心器件是什么？ 答：1）将接受的微弱或不可见的输入辐射图像转换成电子图像、2）使电子图像获得能量或数量增强,并聚焦成像、3）将增强的电子图像转换为可见的光学图像核心器件为：1）光阴极、2）电子光学系统、3）荧光屏13、 负电子亲和势光阴极的特点是什么？其较正电子亲和势光阴极有哪些特点？ 答：它的光电灵敏度目前可高达3000A/1m以上，因此三代像增强器具有高增益、低噪声的优点。而且负电子亲和势是热化电子发射，光电子的初动能较低，能量又比较集中,所以，三代像增

23、强器又具有较高的图像分辨力。14、什么是摄像管?它是怎样完成摄像过程的?答:1电视摄像管是将2维空间分布的光学图像转换为1维时间变化的视频电信号的过程。完成这一过程的器件称为电视摄像管。2摄像过程主要分3个步骤:接收输入图像的辐照度进行光电转换，将2维光强转化为2维空间分布的电荷量电荷存储元件在一帧周期内连续积累光敏元件产生的电荷，并保持电荷的空间分布，这一存储电荷的元件称之为靶电子枪产生2维扫描的电子束，在一帧周期内完成全靶面的扫描，在输出电路上产生与被扫描点光照度强度成比例的电信号，即视频信号15、摄像管的工作原理是什么?简述视频信号的形成过程.答：其主要由光电变换与存储部分和信号阅读部分

24、两大部分组成。分为四步：(1) 光电变换部分：将光学图像变成电荷图像的任务由光电变换部分完成，该部分由光敏元件构成，常用的材料有光电发射体和光电导体(2)电荷存储与积累部分：由于光电变换所得的瞬时信号很弱，所以现在摄像管均采用电荷积累元件。它在整个帧周期内连续地对图像上的任一像元积累电荷信号。因为要积累和存储信号，所以在帧周期内要求信号不能泄漏。因此，要求电位起伏存储元件应具有足够的绝缘能力。常见的存储方式：二次电子发射积累，二次电子导电积累，电子轰击感应电导积累，光电导积累；（3）信号阅读部分：从靶面上取出信号的任务由阅读部分来完成。阅读部分通常是扫描电子枪系统，它由细电子束的发射源、电子束

25、g聚焦系统和电子束偏转系统三部分组成；（4）视频信号的形成。16、摄像管产生惰性的主要原因是什么?怎样减小这些惰性?摄像管的分辨力是怎样定义的?采用什么单位?答:1摄像管的惰性：在摄取动态图像时，摄像管的输出信号滞后于输入照度的变化，这一现象称为惰性。入照度增加时，输出信号的滞后称为上升惰性;当输入照度减小时，输出信号的滞后称为衰减惰性。对于电视摄像管的惰性指标，通常采用输入照度截止后第三场和第十二场(以帧周期0.04s计，为60ms和240ms)剩余信号所占的百分数来表示。摄像管产生惰性的主要原因有两个:一是图像写入时的光电导惰性;二是图像读出时扫描电子束的等效电阻与靶的等效电容所构成的充放

26、电惰性。2减小摄像管的电容性惰性,采取的措施有:减小靶的等效电容降低电子束的等效电阻在低照度摄像时增加背景光3摄像管的分辨力：电视摄像管摄像时的对图像细节的分辨能力是一项重要的性能指标。由于电视系统采用扫描方式，故分辨力在垂直和水平方向上一般是不同的。因而，通常分成垂直分辨力和水平分辨力，即以画面垂直方向或水平方向尺寸内所能分辨的黑白条纹数来表示。这一极限分辨的线条数简称为电视线(TVL)(1)垂直分辨力：在整个画面上，沿垂直方向所能分辨的像元数或黑白相间的水平等宽矩形条纹数，称为垂直分辨力。例如若能够分辨600行，即称垂直分辨力为600TVL。(2)水平分辨力：整个画面上，沿水平方向所能分辨

27、的像元数，称为水平分辨力，习惯上用电视线(TVL)表示。4采用单位：lp/mm17、简述光电导摄像管的工作原理，指出光电导靶的特点。答:1工作原理：光电导摄像管是利用内光电效应将输入的光学辐射图像变换为电信号的视像管。在视像管中，光电导靶面既作为光电变换器，又作为电信号存储与积累器。因此，这种摄像管结构简单。组成视像管的主要部件是光电导靶、扫描电子枪、输出信号电极和保持真空的管壳。光电导靶被设置在摄像管中透明输入窗的内表面上。在面对输入窗的靶面上蒸镀二氧化锡(Sn0)透明导电膜，由这一导电膜作为输出信号电极。视像管靶在输入光学图像的作用下产生与像元照度相对应的电荷(电位)图像，通过扫描电子枪电

28、子束对图像顺序扫描产生视频信号输出。2特点：1）硫化锑管：工艺简单，价格低，成品率高；2）氧化铅管：暗电流很小，惰性低，灵敏度高，分辨力高，是理想的广播电视级摄像管；3）硅靶管：寿命长，光谱灵敏度高且范围宽，分辨力低，暗电流大；4）硒化镉管:极高的光电灵敏度，较低的暗电流，宽光谱响应，分辨力较高，惰性大。被认为有前途;5）硒砷碲管:光谱响应宽，暗电流低，分辨力高，价格低于氧化铅。被认为有竞争力；6）硫化锌镉管:光电灵敏度非常高，适于在低照度下工作。18、什么叫热释电效应？试叙述之。答:热释电效应是少数介电晶体所特有的一种性质，这种效应可表述为:晶体在没有外加电场和应力的情况下，它具有自发的或永久的极化强度，且这种电极化强度随晶体本身温度的变化而变化。当温度降低时电极化强度升高，当温度升高时电极化强度降低。使电极化强度降低到零时的温度称为居里温度。具有热释电效应的晶体在固体物理学中称之为铁电体。20、什么叫CCD的转移效率，怎样计算？提高转移效率有哪几种方法？答:1CCD转移效率：一次转移后，到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比。造成电荷转移损失的主要因素有三个:即转移速度快慢、界面态俘获和极间势垒。2计算方法：h-3提高转移效率方法：1）电荷转移速度：在时钟脉冲较低时，损失效率为常数，频率