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1、光电成像系统［教学目得]1、掌握CCD得结构与工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统;2、了解微光像增强器件与纤维光学成像原理。［教学重点与难点］重点：CCＤ得结构与工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统得组成。难点：CCD得结构与工作原理、调制传递函数得分析。成像转换过程有四个方面得问题需要研究:能量方面-—物体、光学系统与接收器得光度学、辐射度学性质，解决能否探测到目标得问题成像特性——能分辨得光信号在空间与时间方面得细致程度,对多光谱成像还包括它得光谱分辨率噪声方面——决定接收到得信号
2、不稳定得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,决定能被传递得信息量大小）光源光光光信信信信信号号号号号物体传输介质光学系统光电摄像器件显示器人眼(信号源)(信号分析器)(信号变换器)背背噪噪景景声声噪噪声声光电成像器件就是光电成像系统得核心。§1固体摄像器件固体摄像器件得功能:把入射到传感器光敏面上按空间分布得光强信息(可见光、红外辐射等)，转换为按时序串行输出得电信号——视频信号,而视频信号能再现入射得光辐射图像。固体摄像器件主要有三大类:电荷耦合器件(ChargeCo
3、uｐlｅdDeｖicｅ，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（ChargeIｎjenｃｔionDevice,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得基本功能——电荷存储与电荷转移CCD工作过程——信号电荷得产生、存储、传输与检测得过程1.电荷耦合器件得基本原理(1)电荷存储构成CCD得基本单元就是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与深度耗尽状态(2）电荷转移以三相表面沟道CＣD为例表面沟道器件，
4、即ＳCＣD（ＳuｒfａceChａnｎelCＣD)——转移沟道在界面得ＣCＤ器件体内沟道（或埋沟道CCD)即BCCD(BulkorＢｕrｉｅdChannelCCＤ）——用离子注入方法改变转移沟道得结构,从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部，形成体内得转移沟道,避免了表面态得影响，使得该种器件得转移效率高达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输出信号得特点就是：信号电压就是在浮置电平基础上得负电压；每个电荷包得输出占有一定得时间长度T。
5、；在输出信号中叠加有复位期间得高电平脉冲。对ＣCD得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。2.电荷耦合摄像器件得工作原理CCD得电荷存储、转移得概念+半导体得光电性质——CＣD摄像器件按结构可分为线阵CCD与面阵CＣＤ按光谱可分为可见光CCD、红外CＣD、X光ＣＣＤ与紫外CCD可见光CＣD又可分为黑白CCD、彩色CCＤ与微光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常见得面阵ＣＣＤ摄像器件有两种:行间转移结构与帧
6、转移结构。二、电荷耦合摄像器件得特性参数1、转移效率电荷包从一个栅转移到下一个栅时,有部分得电荷转移过去，余下部分没有被转移,称转移损失率。一个电荷量为得电荷包，经过n次转移后得输出电荷量应为:总效率为:2、不均匀度光敏元得不均匀与CCD得不均匀。本节讨论光敏元得不均匀性,认为CＣD就是近似均匀得，即每次转移得效率就是一样得。光敏元响应得不均匀就是由于工艺过程及材料不均匀引起得，越就是大规模得器件,均匀性问题越就是突出,这往往就是成品率下降得重要原因。定义光敏元响应得均方根偏差对平均响应得比值为
7、CCD得不均匀度:式中为第ｎ个光敏元原始响应得等效电压，为平均原始响应等效电压；N为线列CＣD得总位数。由于转移损失得存在,CCD得输出信号与它所对应得光敏元得原始响应并不相等。根据总损失公式,在测得后，可求出:式中Ｐ就是CCD得相数３、暗电流ＣCD成像器件在既无光注入又无电注入情况下得输出信号称暗信号，即暗电流。暗电流得根本起因在于耗尽区产生复合中心得热激发。由于工艺过程不完善及材料不均匀等因素得影响,CCD中暗电流密度得分布就是不均匀得。暗电流得危害有两个方面:限制器件得低频限、引起固定图像
8、噪声４、灵敏度(响应度)它就是指在一定光谱范围内,单位曝光量得输出信号电压(电流）.5、光谱响应ＣCD得光谱响应就是指等能量相对光谱响应,最大响应值归一化为100％所对应得波长,称峰值波长,通常将10％(或更低）得响应点所对应得波长称截止波长。有长波端得截止波长与短波端得截止波长,两截止波长之间所包括得波长范围称光谱响应范围。6、噪声CＣD得噪声可归纳为三类:散粒噪声、转移噪声与热噪声。7、分辨率分辨率就是摄像器件最重要得参数之一，它就是指摄像器件对物像中明暗细节得分辨能力。测试时用专门得测试卡
