光电成像系统.doc

  1. 1、本文档共24页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
光电成像系统 [教学目的] 1、掌握CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统; 2、了解微光像增强器件和纤维光学成像原理。 [教学重点与难点] 重点:CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统的组成。 难点:CCD的结构和工作原理、调制传递函数的分析。 成像转换过程有四个方面的问题需要研究: 能量方面——物体、光学系统和接收器的光度学、辐射度学性质, 解决能否探测到目标的问题 成像特性——能分辨的光信号在空间和时间方面的细致程度,对多 光谱成像还包括它的光谱分辨率 噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性 信息传递速率方面 (成像特性、噪声——信息传递问题,决定能被传递的信息量大小) 光电成像器件是光电成像系统的核心。 §1 固体摄像器件 固体摄像器件的功能:把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息(可见光、红外辐射等),转换为按时序串行输出的电信号—— 视频信号,而视频信号能再现入射的光辐射图像。 固体摄像器件主要有三大类: 电荷耦合器件(Charge Coupled Device,即CCD) 互补金属氧化物半导体图像传感器(即CMOS) 电荷注入器件(Charge Injenction Device,即CID) 一、电荷耦合摄像器件 电荷耦合器件(CCD)特点)——以电荷作为信号 CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移 CCD工作过程——信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程 电荷耦合器件的基本原理 (1)电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器 电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态 (2)电荷转移 以三相表面沟道CCD为例 表面沟道器件,即SCCD(Surface Channel CCD)——转移沟道在界面的CCD器件 体内沟道(或埋沟道CCD) 即 BCCD(Bulk or Buried Channel CCD)——用离子注入方法改变转移沟道的结构,从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部,形成体内的转移沟道,避免了表面态的影响,使得该种器件的转移效率高达99.999%以上,工作频率可高达100MHz,且能做成大规模器件 (3)电荷检测 浮置扩散输出 CCD输出信号的特点是:信号电压是在浮置电平基础上的负电压;每个电荷包的输出占有一定的时间长度T。;在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。 对CCD的输出信号进行处理时,较多地采用了取样技术,以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。 电荷耦合摄像器件的工作原理 CCD的电荷存储、转移的概念 + 半导体的光电性质——CCD摄像器件 按结构可分为线阵CCD和面阵CCD 按光谱可分为可见光CCD、红外CCD、X光CCD和紫外CCD 可见光CCD又可分为黑白CCD、彩色CCD和微光CCD (1)线阵CCD 线阵CCD可分为双沟道传输与单沟道传输两种结构 (2)面阵CCD 常见的面阵CCD摄像器件有两种:行间转移结构与帧转移结构。 二、电荷耦合摄像器件的特性参数 1. 转移效率 电荷包从一个栅转移到下一个栅时,有部分的电荷转移过去,余下部分没有被转移,称转移损失率。 一个电荷量为的电荷包,经过n次转移后的输出电荷量应为: 总效率为: 2. 不均匀度 光敏元的不均匀与CCD的不均匀。 本节讨论光敏元的不均匀性,认为CCD是近似均匀的,即每次转移的效率是一样的。 光敏元响应的不均匀是由于工艺过程及材料不均匀引起的,越是大规模的器件,均匀性问题越是突出,这往往是成品率下降的重要原因。 定义光敏元响应的均方根偏差对平均响应的比值为CCD的不均匀度: 式中为第n?个光敏元原始响应的等效电压,为平均原始响应等效电压;N为线列CCD的总位数。 由于转移损失的存在,CCD的输出信号与它所对应的光敏元的原始响应并不相等。根据总损失公式,在测得后,可求出: 式中P是CCD的相数 3. 暗电流 CCD成像器件在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称暗信号,即暗电流。 暗电流的根本起因在于耗尽区产生复合中心的热激发。 由于工艺过程不完善及材料不均匀等因素的影响,CCD中暗电流密度的分布是不均匀的。 暗电流的危害有两个方面:限制器件的低频限、引起固定图像噪声 4. 灵敏度(响应度) 它是指在一定光谱范围内,单位曝光量的输出信号电压(电流)。 5. 光谱响应 CCD的光谱响应是指等能量相对光谱响应,最大响应值归一化为100%所对应的波长,称峰值波长,通常将10%(或更低)的响应点所对应的波长称截止波长。有长波端的截止波长与短波端的截止波长,两截止波长之间所包括的波长范围称光谱响应范围。 6. 噪声 CCD的噪声可归纳为三类:散粒噪声、转移噪声和热噪声。 7. 分辨率 分辨率是摄像器件

文档评论(0)

wyjy + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档