光电检测技术及应用（第2版）徐熙平-第3章 光电检测器件201607.pptVIP

CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较 这两种器件都采用硅（Si）材料制造，它们的光谱响应特性和量子效率等基本相同；二者的像敏单元尺寸和电荷的存储容量也相近。但是，由于二者的结构和工艺方法不同，二者的其他性能也有所差别。这两种图像传感器的性能差别如表所示。 参 数 CMOS成像器件 CCD 1 填充率 接近100% ? 2 暗电流（PA/M2） 10~100 10 3 噪声电子数 ≤20 ≤50 4 FPN（%） 可在逻辑电路中校正 ＜1 5 DRNU（%） ＜10 1~10 6 工艺难度 小 大 7 光探测技术 ? 可优化 8 像元放大器 有 无 9 信号输出 行、列开关控制，可随机采样 CCD为逐个像元输出，只能按规定的程序输出 10 ADC 在同一芯片中可设置ADC 只能在器件外部设置ADC 11 逻辑电路 芯片内可设置若干逻辑电路 只能在器件外设置 12 接口电路 芯片内可以设有接口电路 只能在器件外设置 13 驱动电路 同一芯片内设有驱动电路 只能在器件外设置，很复杂 上表说明，CMOS成像器件的功能多，工艺方法简单，成像质量也与CCD接近。因此，CMOS将获得愈来愈广泛的应用。 5、红外热成像 利用物体或景物发出的红外热辐射而形成可见图像的方法称为红外热成像技术。如WP-95 型热释电红外热像仪。 采用碲镉汞(HgCdTe)热释电器件为热电传感器，采用单点扫描方式，扫描一帧图像的时间为 5s，不能直接用监视器观测，只能将其采集到计算机中，用显示器观测。一幅图像的分辨率为 256 × 256，图像灰度分辨率为 8 bit(256 灰度阶)。热像仪的探测距离为0.3m至无限远距离。热像仪视角范围大于12°，空间角分辨率为 1.5mrad。工作温度为液氮制冷温度 77K，在这样低的温度下，它对温度的响应非常灵敏，可以检测0.08℃的温度变化。常被用于医疗、科研、国防及航天等领域。 第3章 光电检测器件 七、图像传感器 第3章 光电检测器件 七、图像传感器 TGS 热释电摄像管的结构 热释电摄像管的基本结构 6、图像的增强与变像 把强度低于视觉阈值的图像增强到可以观察程度的过程称为图像的增强；用于实现该过程的光电成像器件称为像增强器。 把各种不可见图像，如红外图像、紫外图像及X射线图像，转换成可见图像的过程称为图像的变像；用于实现该过程的器件称为变像器。像增强器与变像器都是图像变换器件，除光电阴极面的光谱响应不同外，二者的工作原理基本相同。 第3章 光电检测器件 七、图像传感器 像增强器/变像器的典型结构 性能参数 光电阴极灵敏度 光电阴极的量子效率决定器件的灵敏度。它对波长的依赖关系决定器件的光谱响应。光电阴极暗电流和量子效率决定像的对比度和最大信噪比，而对比度和信噪比又决定照度最低情况下的分辨率。因此在设计和选择特殊应用的变像器时，选择恰当的光电阴极方可获得最佳性能。 放大率与畸变 荧光屏上像点到光轴的距离 与阴极面上对应点到光轴的距离 之比，称为变像器所在环带的放大率 。若理想放大率为 ，则畸变为： D＞0 为枕形畸变 D 0 为桶形畸变 第3章 光电检测器件 七、图像传感器 亮度转换增益 第3章 光电检测器件 七、图像传感器 提高光电阳极的灵敏度 ； 提高荧光屏的发光效率 ； 增大阳极电压 ； 减小荧光屏与光电阴极工作面积之比 ； ； 应综合考虑 与 之间的关系，减小 ，可增大 。 鉴别率 在足够照度的条件下(以 100 lx 为宜)，通过像增强器/变像器所恰好分辨出的黑白条纹数目。现在，常用光学传递函数(OTF)或调制传递函数(MTF)来讨论它们的成像质量。 第3章 光电检测器件 七、图像传感器 ； 观察灵敏阈 在极限观察的情况下，将光电阴极面的极限照度E称为观察灵敏阈。它通常用实验的方法来确定。即把星点像投射到变像器光电阴极面上，测量在荧光屏上刚刚能觉察出星点像情况下的阴极面上星点的照度。 暗背景亮度 在无光照射下，光电阴极产生的暗电流在阳极电场的作用下轰击荧光屏使之发光，这时荧光屏的亮度称为暗背景亮度。 像增强管的级联 串联方式 1）磁聚焦三级串联式像增强器 第3