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第4章 光电成像器件 4.1 摄像管 4.2 摄像器件的性能参数 4.3 电荷耦合器件CCD 4.4 CMOS图像传感器 4.5 图像增强器 光电成像器件是能够输出图像信息的一类器件 摄像器件 使光学图像变成视频信号 · 摄像管 · 电荷耦合器件CCD · CMOS图像传感器 像管 使光学图像增强或改变光谱 · 图像增强器 · 变像管 4.1 摄像管 可分为两大类： *光电发射型摄像管 利用外光电效应 *视像管 利用内光电效应 氧化铅视像管结构与工作原理 4.2 摄像器件的性能参数 4.3 电荷耦合器件 CCD图像传感器主要特点： 固体化摄像器件 很高的空间分辨率 很高的光电灵敏度和大的动态范围 光敏元间距位置精确,可获得很高的 定位和测量精度 信号与微机接口容易 一、CCD的结构与工作原理 CCD的基本功能: 信号电荷的产生、存储、传输和检测 以双列两相线阵CCD为例介绍其工作原理 二、电荷耦合器件的性能参数 1.电荷转移效率 电荷转移效率η 转移损失率 ε 电荷传输效率η 4.分辨率 线阵CCD：极限分辨率为 1/d (线对/mm) 面阵CCD: 像元数越多，分辨率越高。更多 用水平方向、垂直方向各自的线数来表示。 6.动态范围 CCD像元的饱和输出电压与它在暗场下 的峰-峰噪声电压的比值 Usat/Udn 。 Usat决定于势阱中可存储的最大电荷量, 一般为数百mv～数v； CCD是低噪声器件，可用于微光成像, Udn一般为数mv以下。 普通CCD的动态范围1000:1左右。 7.暗电流 CCD器件可控制在1nA/cm2。 三、线阵CCD驱动电路的设计 线阵CCD驱动电路就是要产生正确的 SH、?1、?2、RS 信号，它是CCD芯片赖以 正常工作的基础。 介绍TCD1200D线阵CCD驱动电路的设计： TCD1200D有2160个光敏单元，其前后各有64 及12个哑单元。因此： TSH?2236TRS , fRS =1MHz， fφ1、φ2=0.5MHz 四、彩色面阵CCD 在面阵CCD光敏面上加滤色器 （Color Filter Array，CFA）， 即构成CFA单芯片图像传感器。 五、CCD像感器的应用 面阵CCD组成电视摄像机、数码照相机，用途极其广泛。 线阵CCD是行图像传感器件，大量应用于扫描仪、光谱仪、复印机、传真机中，多个线阵CCD拼接用于航天扫描成像；以及目标定位、精密图像传感和工件尺寸的无接触在线测量。 成像法在线测量线材直径： 测量电路和观测点波形图 4.4 CMOS图像传感器 CCD图像传感器的不足： ⒈驱动电路与信号处理电路难与CCD单片集 成，图像系统为多芯片系统； ⒉电荷耦合方式对转移效率要求近乎苛刻； ⒊时钟脉冲复杂，需要相对高的工作电压； ⒋图像信息不能随机读取。 CMOS图像传感器的特色 ⒈是单芯片成像系统。 ⒉这种片上摄像机用标准逻辑电源电压工作，仅消耗几十毫瓦功率，功耗极低。 ⒊可实现随机读取图像信息。 4.5 图像增强器 变像管是把不可见光图像变为可见光图像的真空光电管。 一.像管 第三代图像增强器 NEA光电阴极＋MCP 三、图像增强器与摄像器件的耦合 —微光摄像机 四、医用X光透视成像系统 X光透视是医学上应用最广泛的诊断方法之一，传统的X光透视必须在暗室中进行。 新一代的X光透视机配上了X光摄像系统，暗室透视变为明室透视，是医学上有重大意义的进步。 X光摄像系统主要由X射线像增强器、高分辨率CCD摄像机、显示器及计算机组成。 CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor） 采用标准 CMOS工艺的固体摄像器件 一、CMOS图像传感器结构 结构原理框图 CMOS图像传感器由光敏二极管像元阵列、X-Y寻址逻辑、定时和控制电路、A/D及在片信号处理器(ASP)构成，采用单一的5V电源。 CMOS图像传感器芯片上，还可以设置很多功能电路，形成具有多种功能的器件。 CMOS图像传感器程控工作，有几种读出模