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西安邮电学院电子工程学院 光电成像原理与技术 E-mail: jin.wf@163.com 本节内容安排（16-1） 光电成像原理的产生与发展 电磁波谱及常见无线电频率分布 电磁波谱及常见无线电频率分布 电磁波谱及常见无线电频率分布 红外线 波长范围在0.76～750mm之间的电磁波。红外线最显著的性质是热效应 紫外线 波长范围在4×10-7～10-9m之间的电磁波。紫外线有明显的生理作用 X 射线(伦琴射线) 波长比紫外线更短的电磁波，其波长范围在10-7 ～10-13m之间。 X 射线具有很强的穿透能力 ? 射线 在原子核内部的变化过程(常称衰变)发出的一种波长极短的电磁波， ? 射线可应用于对金属探伤等   光电成像器件的特性 1、电视图像的宽高比： 图像宽度＆高度之比，一般为4：3。 2、帧频与场频： 帧频为每秒钟电视屏幕变化的数目。一般场频为50赫兹，帧频为25赫兹。在电视中采用隔行扫描的方式。 3、扫描行数与行频：组成每帧图像的行数＆行频。 我国现行电视制式（PLA制式）：宽高比为4：3，场频为50赫兹，行频为15625赫兹，场周期为20毫秒，其中正程扫描时间为18.4毫秒，逆程扫描时间为1.6毫秒，行周期为64微秒，其中正程扫描时间为52微秒，逆程扫描时间为12微秒。 光电成像器件的特性 噪声特性 散粒噪声：具有泊松分布的量子涨落噪声。起因：带电粒子的量子性－－带电粒子发射或穿越势垒时，每一瞬间数量不恒定。（白噪声－噪声的功率谱密度与频率无关）光电发射量子噪声、扫描电子束热发射量子噪声、载流子穿越势垒的量子噪声 产生复合噪声：半导体成像器件中，光敏面在稳定的入射激发条件下，每瞬间产生的载流子数目不一定，同时，载流子的复合及被俘获的过程也是随机的，只有在很长时间内累计的平均值是确定的。 光电成像器件的特性 热噪声：又称约翰逊噪声，是导电体内电子无规则热运动所形成的瞬间电流。光电导与电阻性元件都产生热噪声。（白噪声） 低频噪声（1/f噪声或称电流噪声）：机理不明，其等效电流值近似与频率倒数成正比。 电荷耦合器件(CCD)的转移噪声：电荷包转移过程中要产生转移损失和界面态俘获损失，这两项损失构成的。 光电成像器件的特性 噪声等效功率NEP ：当红外辐射被探测器接收时，由该辐射功率产生的输出信号均方根值正好等于探测器本身的噪声均方根值。－－表示红外探测器最小可探测的功率值。它是温度、辐射的调制频率和测量带宽的函数。 探测率D：噪声等效功率的倒数。 光电成像器件的特性 比探测率（归一化探测率）D*：为便于比较不同情况下探测器的性能，排除探测器面积、测量带宽的因素而规定的。 分辨特性：光电成像过程中由于种种原因而产生像差，造成输出图像的亮度分布不能准确再现输入图像的亮度分布，定量描述这种图像失真程度的性能指标如下： 分辨力 ：以人眼作为接收器所判定的极限分辨能力。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数表示。 光电成像器件的特性 对直视型成像器件：取输入像面上每毫米能分辨的等宽黑白条纹数(lp/mm)。 对电视型成像器件：取扫描线方向相对于帧高的距离内所能分辨的等宽黑白条纹数表示分辨力。简称：电视线（TVL）；也可用视频带宽ΔfV表示。 如电视线为n，电视幅面宽高比为α，行扫描频率fh为： * * 1. 光电成像原理的产生与发展 2. 光电成像对视见光谱域的延伸 3. 光电成像技术的应用 4. 光电成像器件的类型 5. 光电成像的特性 图像信息的重要性：人通过眼睛获取的信息占人能获取信息的80%以上。 人眼的局限性：灵敏度，分辨率，时间，空间，光谱。 灵敏度方面：夜间无照明时视觉很差 分辨率方面：没有足够的视角和对比度就难以辨别 时间方面：变化过去的影像无法存在视觉上 空间方面：隔开的空间人眼将无法观察 光谱方面：只对电磁波很窄的可见光敏感 人类视觉系统的局限性 灵敏度 分辨力 时 间 空 间 光 谱 夜 视 非可见光 微小 遥视 记 录 实验证明，不仅无线电波是电磁波，光、X射线、γ射线也都是电磁波。它们的区别仅在于频率或波长有很大差别。光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X射线和γ射线的频率则更高，波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱。 无线电波：长波（波长