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1、光电成像器件,光电成像器件(Photoelectronic imaging devices)，图像传感器，一类能够输出图像信息的阵列器件，用于“面源”探测。,光电成像器件的分类,有无扫描机构,变像管,像增强器,像管,摄像管,把不可见变可见,把微弱增强,电子束扫描后显示,真空成像器件,三大功能 变换光谱：将红外、紫外的辐射图像变成可见图像 增强亮度：使图像亮度接近人眼的视觉响应峰值 光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像,像管：变像管和像增强管的统称。,像管的工作原理,涂覆于真空管内壁的光电发射材料薄膜 红外：银氧铯；可见：单碱和多碱；紫外；负电子亲和势。（参见书第四章）,光电阴极,非聚焦型
2、像管（近贴型） 两个平行电极间形成均匀电场 从同一点出发不同初速的电子，在均匀电场作用下，以抛物线轨迹向荧光屏投射 均匀电场只有加速投射作用，没有聚焦成像作用 电子不能会聚成像点，而是弥散圆斑 分辨率低,三大类像管（1）,静电聚焦型像管 阴极发射电子从阳极中小孔通过，电子被聚焦加速 当各电极电压之比保持不变时，电子轨迹也基本不变，各电极电压多用电阻链分压的办法供给。,成倒像,三大类像管（2）,电磁复合聚焦型 由磁场聚焦和电场加速共同完成成像作用。 轴向有相同初速度的电子，以螺旋线前进，聚焦于同一点。 用于需高性能像质的场合，如天文测量。,三大类像管（3）,作用是将电子动能转换为光能。 高转换效
3、率 发射谱与人眼或下级光电阴极的光谱响应特性匹配。,荧光屏,光谱响应特性和光谱匹配 光谱响应特性指：光电阴极的光谱响应特性，它决定管子所能应用的光谱范围。 Q：由上面的特性可以联系到什么器件？ 光谱匹配：在像管的光谱响应范围内光源与光电阴极、光电阴极与荧光屏、荧光屏与人眼视觉函数之间的光谱分布匹配，匹配好，则像管灵敏度高。,像管的主要特性参数,光谱匹配函数,增益特性 亮度增益：荧光屏的光出射度和入射至光电阴极表面上的照度之比。,像管的主要特性参数,等效背景照度 暗背景：无光照射时荧光屏的发光。 荧光屏上的目标叠加了一个背景亮度，使图像对比度下降，严重时可能使微光图像淹没在背景中。 等效背景照度
4、EBI：荧光屏上产生与暗背景相等亮度时，光电阴极面上需输入的照度值。,Bb为暗背景亮度，单位为cd/m2 ；Gb为亮度增益。 变像管的EBI在10-3lx量级；像增强器在10-7lx量级。,像管的主要特性参数,分辨率 标准测试板通过像管后，在荧光屏上每毫米长度上用目测法能分辨得开的条纹对数。 每毫米线对数，lp/mm 调制传递函数* P176,光电技术，江文杰等编著， 科学出版社，pp:190-191，2009.,像管的主要特性参数,红外夜视仪,红外辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，该辐射图像相当于对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光
5、屏，再转成光学图像。,变像管与激光器同步工作，减小背景光影响，提高图像对比度和质量。,选通式变像管,级联式像增强器,第一代像增强器,微通道板像增强器（micro channel plate, MCP） 微通道光电倍增管 P93 二次电子发射倍增系数=2，累计碰撞倍增次数n=10，微通道的总增益G =n = 2101000 倍,第二代像增强器,可见光较高灵敏度，近红外较高量子效率。 同时具有光谱变换和图像增强作用。 进一步提高分辨率、信噪比等性能参数，开发超三代和第四代像增强器。,负电子亲和势光电阴极,微通道板,P66-68,第三代像增强器,微光夜瞄镜,像增强器的典型应用,X射线像增强器 医疗诊
6、断中，使拍照所需X射线剂量比原来减少，大大降低了X射线对病人的危害。 工业探伤,像增强器的典型应用,有无扫描机构,变像管,像增强器,像管,摄像管,把不可见变可见,把微弱增强,电子束扫描后显示,真空成像器件,将输入的光学图像转换为电荷图像 通过电荷的积累和储存构成电位图像 通过电子束扫描读出电位图像，形成视频信号输出,光电变换,光电信息积累、储存,扫描输出,真空摄像管,光电发射型（a）：外光电发射效应 视像管（b）：内光电效应,真空摄像管分类,光电效应分类,光电变换,光电信息积累、储存,扫描输出,移像区：使光电子在运动中获得能量，从而在靶面上产生更多电荷，提高灵敏度。,视像管靶,光电阴极,存储靶
7、,两种真空摄像管的区别,灵敏度 光电转换特性 对数坐标上信号电流与照度关系曲线的斜率，称为特性。表示对灰度的传递功能。图像不失真: =1。 分辨率 （P169） 图像细节的分辨能力。 惰性 输出信号变化相对于照度变化有滞后。 暗电流和噪声 动态范围 同一幅图像中，摄像管能处理的最高照度值与最低照度值之比。,摄像管的主要特性参数,聚焦线圈：使到达靶面中心的电子束聚成一锐点 偏转线圈：使电子束按一定规律扫描靶面，读取图像信息校正线圈：使聚焦后的电子束垂直上靶 关键部件：视像管靶,视像管,二次电子传导摄像管（SEC） 增强硅靶管（SIT）,光电发射摄像管,1934年就成功地研制出光电摄像管（Icon
8、oscope），用于室内外的广播电视摄像。但是，它的灵敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能获得较为清晰的图像。使它的应用受到限制。 1947年制出的超正析像管（Imaige Orthico），它的灵敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。 1954年投放市场的高灵敏视像管（Vidicon）基本具有了成本低，体积小，结构简单的特点，使广播电视事业和工业电视事业有了更大的发展。,图像传感器的发展历史,1965年推出的氧化铅视像管(Plumbicon)成功地取代了超正析像管，发展了彩色电视摄像机，使彩色广播电视摄像机的发展产生一次飞跃。诞生了1英寸，1/2英寸，甚至于1/3英寸（8mm）靶面的彩色摄像机。然而，氧化铅视像管抗强光的能力低，余辉效应影响了它的采样速率。 1976年，又相继研制出灵敏度更高，成本更低的硒靶管（Saticon）和硅靶管（Siticon）。不断满足人们对图像传感器日益增长的需要。 1970年，美国贝尔电话实验室发现的电荷耦合器件（CCD）的原理使图像传感器的发展进入了一个全新的阶段，使图像传感器从真空电子束扫描方式发展成为固体自扫描输出方式。,图像传感器发展历史,
