光电图像处理讲义chapter03

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1、第三章第三章光电成像与图像显示技术光电成像与图像显示技术光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月光电成像技术光电成像技术现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文明生存和发展的基本需要。但是由于视觉性能的限制，通过直接观察所获得的图像信息是有限的。在很早以前人类就为开拓自身的视见能力而进行探索，并取得了不少有成效的进展。望远镜的出现，为人类延伸了视见距离。显微镜的应用，为人类观察极小物体提供了方便。可是，在扩展视见光谱范围和视见灵敏度方面却经历了漫长时间，才有所进展。这一进展是由光

2、电成像技术所开拓的，目前光电成像技术已成为信息时代的重要技术领域。光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月光电成像与图像显示光电成像与图像显示光学图像输入图像输出光学成像系统光电成像器件图像输出图像处理系统图像显示设备光电成像器件可以在完成图像输入后直接输出图像，也可以转换为数字图像，经由计算机处理后再输出图像，后者通常还需要系统中有图像显示设备光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月光电成像器件的分类光电成像器件的分类变像管变像管可直接显示输出图像通常使用光直视型

3、直视型电发射效应，也像增强器像增强器称为像管光电成像光电成像器件器件真空式真空式使用光电发射效应非直视型非直视型或光电导效应，不直接显示图像固体式固体式光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月直视型电真空成像器件－像管直视型电真空成像器件－像管直视型电真空成像器件统称为像管，它是用于直视成像系统的光电成像器件。像管包括变像管和像增强器两大类。变像管的主要功能是完成图像的电磁波谱转换；像增强器的主要功能是完成图像的亮度增强。不可见图像输入可见光图像输出像管光电子科学与工程学院光电信息技术

4、研究所刘斌昺2008年04月像管的基本原理像管的基本原理像管实现图像的电磁波谱转换和亮度增强是通过三个环节来完成的。首先是将接受的微弱的或不可见的输入辐射图像转换成电子图像；其次是使电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像；第三是将增强的电子图像转换成可见的光学图像。1.物镜：将自然界图像成像到光阴极2.光阴极：利用外光电效应将光学图像转换为电子图像3.电子透镜：对电子图像进行聚焦成像4.荧光屏：将电子图像转换为光学图像5.目镜：便于眼睛观察光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月像管的

5、基本原理像管的基本原理像管中的电子图像通过特定的静电场或电磁复合场获得能量增强。由光阴极的光电发射产生的电子图像，在刚离开光阴极面时是低速运动的电子流，这一低能量的电子图像在静电场或电磁复合场的治伦沃力作用下得到加速并聚焦到荧光屏上。在到达像面时是高速运动的电了流，能量很大。由此完成了电子图像的能量增强。像管中特定设置的静电场或电磁复合场称之为电于光学系统。由于它具有聚焦电子图像的作用，故又被称之为电子透镜。像管输出的是可见光学图像。为把电子图像转换成可见的光学图像，通常采用荧光屏。能将电子动能转换成光能

6、的荧光屏是由发光材料的微晶颗粒沉积而成的薄层。光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月像管的特性与技术参数像管的特性与技术参数光谱响应特性光谱响应特性是指像管的响应能力随入射波长的变化关系。像管的光谱响应特性实际上是其光阴极的光谱响应特性。它决定像管应用的光谱范围。式中：P为入射辐射功率，I为输出信号电流；P；为单色辐射功率；λR为光阴极光谱响应率。λ光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月像管的特性与技术参数像管的特性与技术参数增益合适的亮度是观察图像的必要条件。

7、像管输出的图像亮度既与入射图像的照度有关，又取决于像管本身对辐射能量的变换与增强的能力。“增益”就是用来描述像管这种能力的参数。常用的增益特性有亮度增益。亮度增益的定义：像管的亮度增益定义为：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与入射到阴极面上的照度E之比：V光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月像管的特性与技术参数像管的特性与技术参数放大率放大率定义为像物尺寸比。取决于光学成像系统放大率和电子成像系统放大率。设像管输出图像尺寸为S’，输入图像尺寸为S，则放大率为：m=S’/S

8、畸变类似于几何光学的概念。只不过由于电子光学系统的特性，边缘放大率比近轴放大率高，所以一般只产生枕形畸变。D=(m/m-1)×100%ro光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月像管的特性与技术参数像管的特性与技术参数分辨率输出图像中肉眼可以分辨的最高分辨率，以线对表示。光电子科学与工程学院光电信息技术研究所刘斌昺2008年04月直视型光电成像器件的缺点直视型光电成像器件的缺点直视型光电成像器件可以拓展人的