13光检测技术-系统李尚远

1、2015-2016(秋)三第二节三教3111光检测技术光检测技术李尚远syl：罗姆楼3-303：62772635 (O)2015-2016(秋)三第二节三教3111光检测技术光检测技术第一部分第二部分第三部分光电探测器光检测方法典型光电信息系统2015-2016(秋)三第二节三教3111光检测技术第三部分典型光电信息系统第九章第十章光传感系统光通信系统第十一章光度、色度及其测量2015-2016(秋)三第二节三教3111光检测技术第十一章光度、色度及其测量11-1 光度、色度及其测量11-2 图像检测系统光度、色度及其测量光度量辐射度量基础国际基本光度量黑体辐射制（SI）色彩度量5辐射度量基础

2、球的表面积：4r2角：4 球面度(sr)对于任何的辐射辐射能：J辐射通量/功率：W，J/s辐射强度：W/sr辐亮度：W/(sr * m2)辐照度：W/m26国际基本制（SI）长度：米（m）质量：千克（kg）时间：秒（s）电流：温度：（A）（K）物质的量：摩尔（mol）发光强度：（cd）”衡量“客观”的基本唯一以“7，Candela定义：发出频率为540THz（真空中555nm的波长）的单色辐射，在给定方向上辐射强度为(1/683) W/sr时，光源在该方向上的发光强度为1cd。ITS Yellowish GREEN555nm是人眼感觉最灵敏的波长1.2.Why 1/683: 1cd 约合一支蜡

3、烛的发光强度3.其他波长？人眼视觉特性函数8眼睛的视觉特性：CIE-1924/19519波 长(nm)V()V()波 长(nm)V()V()3800.000040.0005895900.75700.06553900.000120.0020296000.63100.033154000.00040.009296100.50300.015934100.00120.034846200.38100.00744200.00400.09666300.26500.003344300.01160.19986400.17500.00154400.0230.32816500.10700.000684500.0380

4、.45506600.06100.0003134600.0600.56706700.03200.0001484700.0910.67606800.01700.0000724800.1390.7936900.00820.0000354900.2080.9047000.00410.0000185000.3230.9827100.00210.0000095100.5030.9977200.001050.00000485200.7100.9357300.000520.00000265300.8620.8117400.000250.00000145400.9540.6507500.000120.00000

5、0765500.9950.4817600.000060.000000435600.9950.32887700.000030.000000245700.9520.20767800.0000150.000000145800.8700.1212光度量的常用光量：Qv：光通量：v：lm(流明)，总量发光强度：Iv：cd (,(1/683)W/sr)1 lm = 1 cd * 1 sr = (1/683)W光亮度：Lv：cd/m2光照度：Ev：lux(能源效率：cd/W光电(视)效率：lm/W, lm/m2)10辐射能：J辐射通量/功率：W，J/s辐射强度：W/sr辐亮度：W/(sr * m2)辐照度：

6、W/m2光电效率LED灯：90130lm/W白炽灯：10-20lm/W；节能灯：60lm/W11周围的光度量光量：日照时间（农业）光通量：投影仪：2700 lm照度：体育场馆：足球、田径：750lux，电视转播：1500lux书房：100lux，阅读：500lux 烈日：100K lux，阴天：8K lux能源效率：显示器能效等级：1级，1.05cd/W照明发光效率：LED：Lab250lm/W，白炽灯：15lm/W以下100lm/W12光度测量基础：测量光的强度 光电探测器/光电池13光度测量基础：测量光的强度 光电探测器/光电池照度计14光度、色度及其测量光度量色彩度量人眼构造黑体辐射色度

7、、色彩视觉与色温15人眼构造光谱检测？No！锥体细胞杆体细胞3 cd/m2，33e-5，3e-5 cd/m2为何可以看到五彩斑斓的世界？将光谱的二维降到色彩的一维16黑体辐射黑体辐射的强度(Plancks)Wiens 位移定律峰值波长与黑体温度呈反比b=2898 um K辐射/吸收均为波长的函数光度量光谱检测17色度、色彩视觉、色温色彩视觉：亮度、黄或蓝、红或绿色温：在可见谱段内，当发射体和某温度的黑体有相同的颜色时，那么黑体温度就称为发射体的色温。色：光谱的能量分布通过颜色匹配，色彩空间确定CIE1931-RGB CIE1964-XYZCIE1976-Lab、Luv2015-2016(秋)三

8、第二节三教3111光检测技术第十一章光度、色度及其测量11-1 光度、色度及其测量11-2 图像检测系统9-2 图像检测系统图像传感器传统光电成像技术CCDCMOSCIS图像传感的应用20传统光电成像技术1934年研制出光电像管，应用于广播电视。它的灵敏度相当低，要达到现在图像信噪比的要求，需要不低于10000 lux的照度，这是它的应用范围受到很大限制。1947年超正析 lux。管面世，使最低照度要求降至20001954年灵敏度较高的视像管投入市场。其成本低，体积小，灵敏度和分辨率都较高，但不适用于高速场合和彩色应用。21传统光电成像技术1965年氧化铅管成功代替正析管，广泛应用于机的发展产

9、生彩色电视了一个飞跃。机。它使彩色电视广播1976年前后相继出现灵敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。22CCDCCD：Charge-coupled Device中文全称：电荷耦合元件。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号1969年由贝尔S. Boyle）和2009年获得（Bell Labs）的波义耳(Willard（Ge物理学奖e E. Smith）所发明的。23Gee Elwood SmithWillard Sterling Boyle24CCD单传感器RGB Bayer Color and MicroLenses通过内插产生所缺的颜色25GRGRBGBGGRGRBGBGC

10、CD的传输方式顺序读出、顺序处理效率高、噪声低26CMOS互补金属氧化物半导体CMOS (80s)Complementary Metal Oxide Semiconductor价格低廉，单片式、功耗低、体积小速度快同样是光电二极管+放大处理电路27CMOS类似DRAM的方式（右）28General CMOS Detector ConceptCCD ApproachCMOS ApproachPhotodiodePhotodiodelifier+PixelCharge generation,Charge generation &chargeegration &chargeegrationcharg

11、e-to-voltage converMultiplexing of pixel voltages:Array ReadoutSucsivelyconnectlifiersCharge transfer from pixel to pixelto common busVarious optionssible:- no further circuitry (og out)Sensor Output- add.lifOutputlifierforms- A/D convercharge-to-voltage converiers (og output)(digital output)CISCIS (Contact Image Sensor )接触式图像传感器接触式图像传感器在扫描影像时， 文件与传感器模组直接接触，传感器模组的长度必须不小于被扫描文件或片的宽度，通常必须用数个感光元件及透镜阵列拼凑而成。30图图像传感的应用鼠标测量距离到达角度像31图应用1：光电鼠标图像运算32应用