光电成像技术.ppt

光电成像技术;将美丽留驻？;实物;如何准确地描述一幅图像？;;§ 6.1 光电成像概述 §6.2 固体摄像器件分类及性能 § 6.3 红外成像技术 § 6.4 光学成像系统和光学传递函数;§6.1 光电成像概述;;3、噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性。;三、光电成像系统基本组成的框图;景物;§6.2 固体摄像器件分类及性能;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） 目前，前两种用得较多，我们这里主要分析 CCD一种。 注：CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上 ,工作原理上没有区别。;CCD图像传感器的优势;Fig.1贝尔实验室George Smith和Willard Boyle将可视电话和半导体存储技术结合发明了CCD原型;瑞典皇家科学院6日宣布，美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯因发明电荷耦合器件（CCD）图像传感器而与“光纤之父”高锟一同获得2009年诺贝尔物理学奖。 评委会赞扬博伊尔与史密斯1969年第一次成功地发明了数字成像技术，工作于贝尔实验室的他们设计了一种影像传感器，可以将光在短时间内转化为像素，为摄影技术带来“革命化”变革。“没有CCD，数码相机的发展将更为缓慢。没有CCD，我们就不会看到哈勃太空望远镜拍摄的令人诧异的图片，也不会看到我们的邻居火星上的红色沙漠图像。”评委会说。 ;1969年，由美国的贝尔研究室所开发出来的。同年，日本的SONY公司也开始研究CCD。 1973年1月，SONY中研所发表第一个以96个图素并以线性感知的二次元影像传感器〝8H*8V (64图素) FT方式三相CCD〞。 1974年6月，彩色影像用的FT方式32H*64V CCD研究成功了。 1976年8月，完成实验室第一支摄影机的开发。 1980年，SONY 发表全世界第一个商品化的CCD摄影机 (编号XC-1) 。 1981年，发表了28万个图素的 CCD (电子式稳定摄影机MABIKA)。 1983年，19万个图素的IT方式CCD量产成功。 1984年，发表了低污点高分辨率的CCD。 1987年，1/2 inch 25万图素的 CCD，在市面上销售。 同年，发表2/3 inch 38万图素的CCD，且在市面上销售。 1990年7月，??生了全世界第一台 V8。;6.2.1 电荷耦合摄像器件 ;CCD的特点: 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。 ;1、CCD的基本结构： （1）输入部分： 输入二极管（ID / Input diaode）、 输入栅（IG / Input Grid）;6.2.1 电荷耦合摄像器件 ;(3) 输出部分：将电荷信号转换为电压或电流信号 输出栅（OG/ Output diaode） 输出二极管 （OD / Output Grid）;输入栅;１）ＣＣＤ的输入部分 （１）电注入：当ＣＣＤ用于信息存储或信息处理时，通过输入端注入与信号成正比的电荷。有两种方式，电流注入法和电压注入法。如图６.４（ａ） 所示为电流注入法结构，如图６.４（ｂ）所示为电压注入法结构。 ;（２）光注入：当ＣＣＤ用于拍摄光学图像时，把按照照度分布的光学图像通过光电转换转化为电荷分布，然后由输入部分注入。 ＣＣＤ相机采用的就是光注入，如图６.５所示。 ;式中，η为材料的量子效率；ｑ为电子电荷量；Ｎｅｏ为入射光的光子流速率；Ａ为光敏单元的受光面积；ｔｃ为光的注入时间。;图6.6 MOS的基本结构;三、CCD的基本功能 包括：电荷的产生、存储、转移和输出。 1、电荷的产生： 电荷的产生方法主要分为：光注入和电注入。 （1）电注入：当CCD用作信息存贮或信息处理时，通过输入端注入与信号成正比的电荷。 （2）光注入：当CCD用作拍摄光学图像时，把按照照度分布的光学图像通过光电转换成为电荷分布，然后由输入部分注入。 CCD相机就是采用光注入。;光电导效应;信号电荷的产生（示意图）;2、电荷存储 ;当金属电极上加正电压时，由于电场作用，电极下P型硅区里空穴被排斥入地成耗尽区。对电子而言，是一势能很低的区域，称“势阱”。有光线入射到硅片上时，光子作用下产生电子—空穴对，空穴被电场作用排斥出耗尽区，而电子被附近势阱（俘获）