光电成像原理与技术答案

光电成像原理与技术答案

【篇一：光电成像原理与技术总复习】

b一、重要术语

光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管（器）、明适

（响）应、暗适（响）应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、

人眼的光谱灵敏度（光谱光视效率）、人眼的分辨率、图像的信噪

比、凝视、凝视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、

辐射强度、辐亮度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密

度、光通量、光亮度、光出射度，照度，发光强度，光亮度；坎

（凯）德拉、流明、勒克司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、

云、雾、霾、霭、大气消光、大气散射、大气吸收、大气能见度

（能见距离）、大气透明度、电子透镜、光电子图像、亮度增益、

等效背景照度、畸变、像管分辨力（率）、正（负）电子亲（素）

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、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、

成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰性（上升惰性、衰减惰

性）、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里温度、热释电靶的

单畴化、ccd的开启电压、ccd的转移效率、界面态“胖0”工作模式、

光注入、电注入。

二、几个重要的效应

1.光电转换效应（内/外）

2.热释电能转换效率（应）

3.三环效应

4.mcp的电阻效应流电效应

三、几个重要定律

1.朗伯余弦

2.基尔霍夫

3.黑体辐射（共4个）

4.波盖尔

1

5.斯托列托夫

6.爱因斯坦

四、重要结构及其工作原理、特点

1.直视型光电成像器件的基本结构、工作原理

2,非直视型（电视型）光电成像器件的基本结构、工作原理

3.人眼的结构及其图像形成过程

4.大气层的基本构成、结构特点

5.像管的结构及其成像的物理过程

6•光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程）

7.电子光学系统的基本结构及其成像过程

8.荧光屏的结构及其发光过程

9.光谱纤维面板的结构及其成像原理

10.微通道板（mcp的结构及其电子图像的倍增原理）

11.主动红外成像系统结构及其成像过程

12.夜视成像系统结构及其成像过程

13.摄像管的结构及其工作原理

14.光电导摄像管的结构及其工作原理

15.热释电摄像管的结构及其工作原理

16.电子枪的结构及其工作原理

17.mos电容器的结构及其电荷存储原理、

18.ccd的结构及其电荷传输原理

19.埋沟ccd（bccd）的结构及其工作原理

2

20.线阵ccd的结构及其成像原理

五、关键器件、系统的性能参数

1.表征光电成像器件的性能参数

2.大气辐射传输过程中，影响光电成像系统的因素

3.表征像管的性能参数

4.表征mcp的性能参数

5.微光成像系统的性能影响因素

6.摄像管的主要性能参数

7.热释电靶的主要性能参数

8.表征ccd的物理性能参数

六、其他

1.辐射源的辐射能量所集中的波段

2.mcp的自饱和特性

3.像管的直流高压电源的要求

4.受激辐射可见光的条件

5.计算第三章、第四章

题型及分值分布：

1.术语解释（15分）

2.选择题（20分）

3.简述题（35分）

4,计算题（30分）

各章习题：

3

第一章（29页）：4、5、6、7

第二章（53页）：6、9

第三章（84页）：2、3、8、9、13、14

第四章（106页）：1、6

第五章（209页）：1、3、4、8、10

第六章（244页）：1、3、5、24、26

第七章（295页）：1、2、5、6、7、10、12、16、18

第八章（366页）：1、2、4、6、7

整理by:??/???4

【篇二：《光电成像原理与技术》教学大纲】

英文名称：principleandtechnologyofphotoelectricimaging

学分：3.5学时：56（理论学时：56）

先修课程：半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学

一、目的与任务

本课程为电子科学与技术专业（光电子方向）的专业教育必修课程。

本课程的学习可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各

种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像

系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关工作奠定

基础。通过对本学科新理论、新器件、新系统的介绍，还可以使学

生了解本学科的最新发展动态和技术前沿。本课程的内容亦军亦民,

与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主

义精神和大国防意识。

课程主要介绍各类光电成像器件的基本工作原理和各种光电成像系

统的结构以及相关的学科和技术。课程的任务是使学生掌握光电成

像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，完成知识综合的教

育和系统应用的教育。课程强调应用所学习的基础理论和方法分析

光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、

各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论和思想方法等。

二、教学内容及学时分配（56学时）

第1章绪论（2学时）

1.1.光电成像技术的产生及发展

1.2.光电成像技术对视见光谱域和视见灵敏阈的延伸

13光电成像技术的应用范畴

14光电成像技术的四个领域

1.5.光电成像器件的分类

1.6.光电成像器件的特性

第2章人眼的视觉特性与图像探测（3学时）

21人眼的视觉特性与模型

22图像探测理论与图像探测方程

2.3.约翰逊准则

第3章辐射源与典型景物辐射（1学时）

3.1.典型辐射源及其特性

第4章辐射在大气中的传输（3学时）

4.1大气的构成

4.2大气消光及大气窗口

4.3大气吸收和散射的计算

4.4大气消光对光电成像系统性能的影响

第5章直视型电真空成像器件成像物理（9学时）

51像管成像的物理过程

52像管的类型与结构

5.3.图像的光电转换

5.4.电子图像的成像

5.5.电子图像的发光显示

5.6.光学图像的传像与电子图像的倍增

第6章直视型电真空成像系统的结构与特性分析（6学时）

6.1.微光夜视系统的结构与特点

62直视型微光成像系统的总体设计

63主动红外夜视系统的结构与特点

6.4.夜视系统的作用距离

第7章电视型电真空成像器件成像物理（5学时）

7.1.电视摄像的基本原理

72光电导型摄像器件

7.3.光电发射型摄像器件

7.4.热释电摄像器件

第8章固体成像器件（ccd和emos）成像原理及应用（9学时）

8.1.ccd的物理基础

8.2.ccd的结构与工作原理

8.3.ccd成像原理与性能参数

8.4.微光电荷耦合成像器件

8.5.ccd的tdi工作方式

8.6.ccd的应用

8.7.emos成像器件与应用

第9章电视型成像系统的结构与特性分析（6学时）

9.1.电视系统的组成与工作原理

92电视信号的发送与接收

93实用微光电视系统

94微光电视系统的视距估算

95成像光子计数探测系统

9.6.光谱成像技术及应用

第10章红外热成像器件成像物理（8学时）

10.1.

10.2.

10.3.

10.4.

10.5.

10.6.

10.7.红外探测器的分类红外探测器的工作条件与性能参数光电导

型红外探测器光伏型红外探测器红外焦平面阵列探测器非制冷红外

焦平面阵列探测器量子阱红外探测器

第11章红外热成像系统的结构与特性分析（4学时）

11.1.热成像系统类型与基本参数

11.2,光机扫描系统

11.3,制冷器工作原理与分类

11.4.视频信号的处理与显示

11.5.热成像系统的性能模型与作用距离

11.6.热成像系统的实验室评价

11.7.热成像系统的总体设计的基本考虑

三、考核与成绩评定

本课程以课堂教学为主，平时成绩占总成绩的30%（平时考核10%

+课外作业20%）。期末考核采用闭卷考试方式，成绩占总成绩的

70%o成绩评定按百分制计，六十分为及格。

四、大纲说明

1.本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与

工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑

专业特色而制定的。《光电成像原理与技术实验》为与本课程部分

内容配套的实验课程，故本课程不再安排实验学时。

2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容

进行适当的调整和删节。

3.本大纲适合光电类相关专业。

五、教科书、参考书

教科书：

白廷柱，金伟其编著.光电成像原理与技术[m].北京：北京理工大

学出版社，2006.1

参考书：

[1]邹异松，刘玉风，白廷柱编著.光电成像原理[m].北京：北京

理工大学出版社，1997

[2]张敬贤，李噎丹，金伟其编著.微光与红外成像技术[m].北京:

北京理工大学出版社，1995.

网邹异松编著.电真空成像器件及理论分析[m].北京：国防工业

出版社,1989.

[4]《红外与光电系统手

册》之三：光电元器件

[5]《红外与光电系统手册》之五：被动光电系统

[6]《红外与光电系统手册》之六：主动光电系统

[7]《红外与光电系统手册》之八：新系统和技术

编写教师：白廷柱，曹峰梅

责任教授：

教学院长签字：

《principleandtechnologyofphotoelectricimaging》

coursecode:******

coursename:principleandtechnologyofphotoelectric

imaging

classhour:56

credit:3.5

coursedescription:

theobjectiveofthiscourseistofamiliarizestudentswith

mathematicalandphysicaltechniquestoanalyzetheprinciple

oftypicalphotoelectricimagingdevices,systemarchitecture

anditsapplication,thiscoursealsohelpstotrainstudentsto

analyzephotoelectricimagingproblemsanddesignpractical

imagingmodels.

themaincontentsofthecourseincludethedevelopmentand

currentstatusofoptoelectronicimagingtechnique,theeye's

visionmodel,theimagedetectionprinciple,theatmospheric

propagation'seffectonthephotoelectricimagingsystem,low­

light-levelnightvisiontechnique,televisioncameratechnique

andinfraredimagingtechniques,itmainlyfocusesonthe

photoelectricdevice'soperatingmechanism,architectureand

typicalphotoelectricimagingsystemsbasedonthesedevices.

【篇三：光电成像原理】

系：物理学系

专业：光信息科学与技术

姓名：王世明

学号：2007113143

嵌入式光电成像系统及高分辨率的实现

王世明

（西北大学2007级陕西西安710069）

摘要：自上世纪初人类揭示光电效应的本质以来，光电成像技术一

直是成像领域

的热点技术，并得到了迅速的发展。目前，光电成像技术已广泛应

用于国防、航天、生物科学、化工检测、工业监控乃至日常消费等

领域。本论文分析了目前光电成像系统结构和性能上的优势和不足,

从提高系统移动性和集成度、突破传输受限和增强系统实时处理和

分析三个方面出发，设计了一套新型的光电成像系统，并详细分析

了这套系统的整体构造、软硬件设计和实现形式、调试技术和实验

结果。

嵌入式技术的引入，可以大大减小光电成像系统的体积，降低功耗,

提高便携性，从而扩展光电成像技术的应用领域。本论文将该系统

应用于图像采集，得到了理想的实验结果。论文最后，总结了设计

过程中所做的工作和创新点，同时对于系统的进一步完善和开发进

行了展望。本文主要介绍了光电成像原理的发展过程及其在实际生

活中的运用，为我们介绍了具体的应用及未来的发展前景。

实现成像系统的超高分辨是光电探测领域中探索和追求的重要目标。

对提高天文观测、空间侦察和资源探物的信息容量及精度具有重要

意义。归纳总结了近年来国内外从光学系统结构、光电探测器及软

件重建等方面对提高系统分辨能力所进行的部分研究和进展.结合

本实验室在这一领城开展的研究，时其中的一些理论及工程方法探

索进行了阐述和分析，旨在为进一步实现超高分辨光电成像系统的

研究提供建设性参考意见。

关键词：光电成像、嵌入式系统、ads调试、图像采集

一.光电成像系统的发展

现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文明生存和发展

的基本需要，据统计，在人类接受的信息中，视觉信息占到了60%o

但是由于视觉性能的限制，通过直接观察所获得的图像信息是有限

的。首先是灵敏度的限制，在照明不足的情况下人的视觉能力很差;

其次是分辨力的限制；还有时间上的限制，已变化过的景象无法留

在视觉上。总之，人的直观视觉只能有条件地提供图像信息。在很

久以前，人们就已经开始为开拓自身的视觉能力而探索，望远镜、

显微镜、胶片照相机等的应用，为人类观察和保留事物景象提供了

方便。直到上世纪20年代，爱因斯坦完善了光与物质内部电子能态

相互作用的量子理论，人类从此揭开了内光电效应的本质。同时，

随着半导体理论发展和随之研制出来的各种光电器件，内光电效应

得到了广泛的应用。而在外光电效应领域，1929年科勒制成了第一

个实用的光电发射体一银氧钠光阴极，随后成功研制了红外变像管,

实现了将不可见的红外图像转换为可见光图像。随之而来的是紫外

变像管和x射线变像管，人类的视觉光谱范围获得了很大的扩展。

上世纪30年代，人类又开始为扩展视界而致力于电视技术的研究。

以弗兰兹沃思开发的光电析像器为起端，伴随而来的是众多摄像器

件的诞生，超正析像管、分流摄像管、视像管、热释电摄像管等。

1976年，美国贝尔实验室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象,

利用

半导体的光电特性，成功研制了一种新型的固态摄像器件，光电成

像技术到达了一个新的高峰。经过30多年的发展，如今固态摄像器

件已经衍生出了三大类型：电荷耦合器件(chargecoupleddevice,

即ccd)、互补金属氧化物半导体图像传感器

(complementarymetaloxidesemiconductor,即emos)光电成像

技术，不但可以扩展人眼对微弱光图像的探测能力，将超快速现象

记录；还可以开拓人眼对不可见辐射的接受能力。正是这些作用，

光电成像技术已经广泛应用于航天、导弹制导、军事侦查等高科技

领域，尤其是以超大规模的电荷耦合器件为核心的固态摄像器件在

国防和民用领域获得了广泛应用。分辨率高、灵敏度高、功耗低、

体积小等优点，让固态摄像器件在显微探测、微距测量、监控、数

码摄像等应用方面取得迅猛的发展。

二.光电成像系统的组成及应用

光电成像系统按波长可分为可见光、紫外光及红外光电成像系统。

光电成像系统所涉及的复杂信号传递可以用图1.1来表示。

图1光电成像系统的基本组成

光电成像技术就是利用光电变换和信号处理技术获取目标图像，它

所研究的内容可以概括为四个方面，即：在空间上扩大人类视觉机

能的图像传输技术；在时间上扩大人类视觉能力的图像记录和存储

技术；扩大人类视觉光谱响应范围图像变换技术；扩大人类视觉灵

敏机能的图像增强技术。随着科学技术的迅猛发展，包括微光与红

外成像技术，在内的光电成像技术受到了普遍的重视并且不断开拓

着新的应用领域。在可见光成像领域，光电成像系统普遍应用于黑

暗过程的观察、材料折射和透明性的拍照、显微镜工作等。其中，

黑暗过程的观察包括日常安全监控、心理学中的行为状态记录、水

下监视、夜间射击监控等，在科学研究工作中，光电成像系统还可

以用于记录空气动力学、核物理等方面的高速微光现象、记录空间

探测的确定方位和水下自然现象的记录。尤其是在显微成像领域，

光电成像系统可以用于厚且不透明断面内的现象的快速记录和在荧

光下的图像的记录。

在红外辐射领域，光电成像系统应用方面包括：利用温度高于绝对

零度产生的热辐射成像工作，比如：炼钢、轧钢过程中的监控，输

油管道状态检查，起火原因分析，输电线、电力设备热状态检查，

导弹制导，癌症及与温度变化有关的病变早期诊断等；利用与可见

光相比有不同折射、色散和透明度的红外照相或观察，比如：红外

区双折射的研究，行星和恒星星象的记录，扩展浓雾大气的可见区,

发射红外线的研究，膺品检查等；红外显微镜工作，比如：光敏制

品的鉴定，金属或矿物断面的检查等。在紫外辐射领域，光电成像

系统主要应用于利用衍射、物质辐射和透过辐射等性质的紫外照相,

紫外显微镜工作和X射线照相。

图2摄像头成像系统结构图

三.嵌入式系统

所谓嵌入式系统(embeddedsystems),实际上是“嵌入式计算机

系统的简称，根据ieee(国际电气和电子工程师协会)的定义，嵌入

式系统是“控制、监视或辅助设备、机器和车间运行的装置”；而国

内的定义为，以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、

从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严

格要求的专用计算机系统。一般而言，嵌入式系统的构架分为4个

部分：处理器、存储器、输入/输出和软件(操作系统+应用软件)，

如图3所示。

图3嵌入式系统的基本框架

嵌入式系统是应用于特定环境下、面对专业领域的应用系统，不同

于通用计算机系统的多样化和适用性。它与通用计算机相比，具有

以下特点：

1.嵌入式系统开发需要交叉开发工具和环境。开发时往往有主机和

目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机。

2.嵌入式操作系统内核小，软件代码精简。嵌入式系统出于成本

和应用的考虑，内存和存储介质都有限。所以嵌入式操作系统都采

用裁剪的内核，而且在程序设计上非常注意空间占用和执行效率。

3.实时性。大多数嵌入式系统都是实时系统，而且是强实时多任务

系统，要求相应的嵌入式操作系统也必须是实时操作系统(rtos)。目

前实时操作系统作为操作系统的一个重要分支己成为研究的一个热

点，主要探讨实时多任务调度算法、死锁解除等问题。

4.软件专用性、移植性强。嵌入式系统的个性化很强，软件系统和

硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。

5.软硬件模块化设计、系统可精简。嵌入式系统的设计一般都采用

模块化设计方法，可以根据需要进行选择，不要求其功能设计及实

现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系

统安全。

6.嵌入式系统的工作环境多样化，要求其硬