光电技术基础课件.ppt

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1、一、光电技术基础一、光电技术基础一、光电技术基础一、光电技术基础 l1 1、辐射度与光度量及转换、辐射度与光度量及转换 eMeIeLeAcosvMvIvLvAcosV,=K V()=683V()me,Vw =17.1 ewHe =Ee tHv =Evte,（单位）（单位）发光强度的单位及定义发光强度的单位及定义l2.2.基本概念基本概念（1 1）量子流速率（）量子流速率（为什么其计算公式中不能出现光度量为什么其计算公式中不能出现光度量）光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。光源在光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。光源在给定波长给定波长处处,由由 +d+d 到波长范围内发射的

2、辐射通量到波长范围内发射的辐射通量d de e除以该波长除以该波长的光子能量的光子能量hvhv，得到光源在该波长得到光源在该波长处每秒钟处每秒钟发射的光子数，称为光谱量子流速率发射的光子数，称为光谱量子流速率d dN Ne,e,，即，即 光源在波长光源在波长为为00范围内发射的总量子流速率范围内发射的总量子流速率:3.3.基本定基本定律律l(1)(1)斯忒藩斯忒藩-波尔兹曼辐射定律波尔兹曼辐射定律l(2)(2)维恩位移定律维恩位移定律Wcm-2m-1K-5(m)4、半导体物理基础、半导体物理基础l1 1）半导体对光的吸收）半导体对光的吸收(5(5种种)，哪几种吸收会引起光电效应？，哪几种吸收会

3、引起光电效应？对光吸收的一般规律对光吸收的一般规律(1)(1)本征吸收本征吸收(2)(2)杂质吸收杂质吸收 2 2）光电效应）光电效应(1)(1)内光电效应内光电效应a.a.光电导效应（光电导效应（非平衡多数载流子产生复合运动引非平衡多数载流子产生复合运动引起材料电导率的变化）起材料电导率的变化）分为两种情况分为两种情况微弱辐射作用微弱辐射作用(3)(3)激子吸收激子吸收 （4 4）自由载流子吸收）自由载流子吸收 （5 5）晶格吸收晶格吸收 强辐射的作用强辐射的作用室温室温300K300K时时b b 光生伏特效应光生伏特效应(少数载流子的漂移运动少数载流子的漂移运动)(2)(2)光电发射效应光

4、电发射效应 (外光电效应）外光电效应）外光电效应中光电能量转换的基本关系为外光电效应中光电能量转换的基本关系为 2 光电导器件光电导器件l（1)1)光电导器件的特性光电导器件的特性光敏电阻的阻值计算光敏电阻的阻值计算 强辐射作用情况下的强辐射作用情况下的时间响应时间响应 弱辐射作用情况下的弱辐射作用情况下的时间响应时间响应 （2)2)光敏电阻的主要噪声：热噪声、产生复合光敏电阻的主要噪声：热噪声、产生复合噪声、低频噪声噪声、低频噪声 （3)3)光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路l1).1).基本偏置电路基本偏置电路l2).2).恒流电路恒流电路RLR(RL10R)RLdUo=RcdIc=Rc

5、dIe=RcSgUwdl3).3).恒压电路恒压电路 RLR（RLR/10）3 3 光生伏特器件光生伏特器件 lA.A.硅光电二极管：最高工作频率硅光电二极管：最高工作频率10107 7HzHz光电二极管的全电流方程为光电二极管的全电流方程为 lB.B.PINPIN型型光电二极管特点光电二极管特点C.C.雪崩雪崩光电二极管特点光电二极管特点D.D.硅光电池硅光电池光生伏特器件的噪声：低频噪声、光生伏特器件的噪声：低频噪声、光生伏特器件的噪声：低频噪声、光生伏特器件的噪声：低频噪声、散粒噪声散粒噪声散粒噪声散粒噪声、热噪声、热噪声、热噪声、热噪声 光生伏特器件的偏置电路光生伏特器件的偏置电路l1

6、)1)自偏置电路自偏置电路(光电池光电池)Pm=Im Um=(0.60.7)UocIp Um=(0.60.7)Uoc硅光电池自偏置电硅光电池自偏置电路的特点：可得到路的特点：可得到最大的输出功率；最大的输出功率；输出电流（输出电输出电流（输出电压）与入射辐射线压）与入射辐射线性关系差。性关系差。l(2)(2)零伏偏置零伏偏置(R RL L=0=0时的自偏置电路时的自偏置电路)l(3)(3)反向偏置反向偏置 硅光电池反向硅光电池反向偏置电路的特偏置电路的特点：点：PN结势结势垒区加宽，线垒区加宽，线性范围和光电性范围和光电变换动态范围变换动态范围加宽。加宽。(5)(5)内光电器件特性比较内光电器

7、件特性比较 1 1、光电变换的线性：按、光电变换的线性：按线性由好到坏线性由好到坏排列：光电二极管、光电排列：光电二极管、光电池、光电三极管、复合光电三极管、光敏电阻池、光电三极管、复合光电三极管、光敏电阻2 2、动态范围：、动态范围：线性动态范围线性动态范围，反偏光电二极管动态范围最好反偏光电二极管动态范围最好，其，其次是光电池、光电三极管，光敏电阻；光敏电阻的非线性动态范次是光电池、光电三极管，光敏电阻；光敏电阻的非线性动态范围宽。围宽。3 3、灵敏度灵敏度：光敏电阻的灵敏度最高，其次是雪崩光电二极管、光：光敏电阻的灵敏度最高，其次是雪崩光电二极管、光电三极管，光电二极管的灵敏度最低。电三

8、极管，光电二极管的灵敏度最低。4 4、时间响应时间响应：PINPIN与与APDAPD响应时间最快，其次是光电三极管、复合响应时间最快，其次是光电三极管、复合光电三极管和光电池，光电三极管和光电池，光敏电阻的时间响应最慢光敏电阻的时间响应最慢。(4)(4)如何设计光伏器件的反向偏置电路（如何设计光伏器件的反向偏置电路（P69P69，图解法，图解法)选择负载电阻和偏置电压时应根据输入光通量的变选择负载电阻和偏置电压时应根据输入光通量的变化范围和输出信号的幅度要求来决定化范围和输出信号的幅度要求来决定l5 5、光谱响应：光敏电阻的光谱响应最宽（尤其是红外、光谱响应：光敏电阻的光谱响应最宽（尤其是红外

9、波段的光敏电阻）。波段的光敏电阻）。l6 6、供电电源与应用的灵活性、供电电源与应用的灵活性l 光敏电阻无极性，可用于交、直流电源；光电池光敏电阻无极性，可用于交、直流电源；光电池可不加偏压，但线性差；其它光伏器件要加反偏。可不加偏压，但线性差；其它光伏器件要加反偏。l7 7、暗电流与噪声：光电二极管的暗电流最小，光敏电、暗电流与噪声：光电二极管的暗电流最小，光敏电阻及其它光伏器件的暗电流较大。具有高放大倍率的阻及其它光伏器件的暗电流较大。具有高放大倍率的复合光电三极管与面积较大的光电池的噪声最大。复合光电三极管与面积较大的光电池的噪声最大。(5)(5)内光电器件特性比较内光电器件特性比较 l

10、4 4 光电发射器件光电发射器件2)PMT2)PMT的特性参数的特性参数(1)(1)灵敏度灵敏度(2)(2)量子效率量子效率(3)(3)光谱响应（光谱响应（长、短波限长、短波限）(4)(4)暗电流暗电流(5)(5)增益增益(6)(6)噪声噪声 主要由主要由散粒噪声和负载电阻的热噪声散粒噪声和负载电阻的热噪声组成。组成。锑化铯（锑化铯（Cs3Sb）倍增极倍增极氧化的氧化的银镁合金银镁合金（AgMgOCs）1)PMT1)PMT的组成的组成它主要由它主要由光入射窗口、光电光入射窗口、光电阴极、电子光学系统、倍增阴极、电子光学系统、倍增极和阳极极和阳极等部分组成。等部分组成。(7)(7)线性（造成非线

11、性的原因（线性（造成非线性的原因（内因、外因，内因、外因，P87P87、P88P88）、疲劳与衰老疲劳与衰老。l2 2）光电倍增管的供电电路光电倍增管的供电电路(1)(1)电阻链的设计电阻链的设计:原则原则 IR10Iamax (2)(2)电源电压电源电压R=Ubb/IR各分压电阻各分压电阻R Ri i （除第一级外）为：（除第一级外）为：而而R R1 1 应为应为R1=1.5Ri实际中常先按均匀分压选定电流，计算出电阻链分压器实际中常先按均匀分压选定电流，计算出电阻链分压器的总阻值的总阻值R R由由计算计算UDD与与Ubb。l(3)(3)电源电压的稳定度电源电压的稳定度 对锑化铯倍增极对锑化

12、铯倍增极 对银镁合金倍增极对银镁合金倍增极 由于光电倍增管的输出信号由于光电倍增管的输出信号 ，因，因此，输出信号的稳定度与增益的稳定度有关此，输出信号的稳定度与增益的稳定度有关 对锑化铯倍增极对锑化铯倍增极 对银镁合金倍增极对银镁合金倍增极 PMTPMT后接的放大器常采用电压输入，因此要用负载后接的放大器常采用电压输入，因此要用负载电阻将输出电流变换为电压。负载电阻的选择应考虑电阻将输出电流变换为电压。负载电阻的选择应考虑它的压降不能过大，否则将影响阳极的接收特性，使它的压降不能过大，否则将影响阳极的接收特性，使管字偏离线性工作范围。同时还要考虑管字偏离线性工作范围。同时还要考虑负载电阻的热

13、负载电阻的热噪声噪声。l(4)(4)负载电阻负载电阻l(5)(5)接地方式接地方式(分别适用于哪种情况分别适用于哪种情况)l*1 1）阳极接地（）阳极接地（阴极负高压供电）阴极负高压供电）)阳极输出方便阳极输出方便，既可接交流放大器，也可接直流放大器。但阴极处既可接交流放大器，也可接直流放大器。但阴极处于负高压，因屏蔽罩都是与机壳相连接地的，所以于负高压，因屏蔽罩都是与机壳相连接地的，所以光、磁、电的屏蔽罩不能与阴极太近，至少要间隔光、磁、电的屏蔽罩不能与阴极太近，至少要间隔1 12cm2cm，因此，因此PMTPMT的外形尺寸就大，同时暗电流和噪的外形尺寸就大，同时暗电流和噪声也较高。声也较高

14、。l2 2）阴极接地（）阴极接地（阳极正高压供电阳极正高压供电）光、磁、电的屏光、磁、电的屏蔽罩跟阴极靠得很近，屏蔽效果好，蔽罩跟阴极靠得很近，屏蔽效果好，暗电流小暗电流小，噪，噪声电平低。但由于阳极处于正高压会导致寄生电容声电平低。但由于阳极处于正高压会导致寄生电容增大，匹配电缆增大，匹配电缆连接复杂连接复杂。若后面需接直流放大器。若后面需接直流放大器时，整个放大器就处于高电压，这样会产生不便；时，整个放大器就处于高电压，这样会产生不便；若后面接交流放大器，就必须有一个耐压很高的隔若后面接交流放大器，就必须有一个耐压很高的隔直电容器。直电容器。l5 5 热辐射探测器热辐射探测器热辐射探测器的

15、热辐射探测器的两个阶段（哪个阶段能产生热电效应）两个阶段（哪个阶段能产生热电效应）；热；热敏电阻、热电偶尤其是敏电阻、热电偶尤其是热释电探测器热释电探测器的工作原的工作原理及特性理及特性l1 1）热辐射的一般规律）热辐射的一般规律 l2 2）热敏电阻（半导体）热敏电阻（半导体）特点：阻值与温度的变化非线性关系；特点：阻值与温度的变化非线性关系；必须加偏压必须加偏压，RT=RTaTTR RT T为热敏电阻在某个温度下的电阻值，常称为热敏电阻在某个温度下的电阻值，常称为为冷阻冷阻，如果功率为，如果功率为的辐射入射到热敏电的辐射入射到热敏电阻上，设其吸收系数为阻上，设其吸收系数为a a，则热敏电阻的

16、，则热敏电阻的热热阻阻定义为吸收单位辐射功率所引起的温升，定义为吸收单位辐射功率所引起的温升，即即 交流灵敏度交流灵敏度S SS S为为 直流灵敏度直流灵敏度S S0 0为为 l热敏电阻的电压灵敏度（响应率）热敏电阻的电压灵敏度（响应率）单位入射辐射功率下热敏电阻变换电路的输出信号电压单位入射辐射功率下热敏电阻变换电路的输出信号电压称为灵敏度或响应率。称为灵敏度或响应率。l2 2）热电偶）热电偶热电偶是基于热电偶是基于温差热电效应温差热电效应的一种热探测器，响应时间较长，的一种热探测器，响应时间较长，约为约为几毫秒到几十毫秒几毫秒到几十毫秒，常用于探测直流或低频辐射；，常用于探测直流或低频辐射

17、；可不可不加偏压加偏压。UOC=M12Tl3 3）热释电探测器）热释电探测器热释电器件必须工作在热释电器件必须工作在居里点以下居里点以下，极化强度，极化强度PS是温度是温度T的函数，的函数，且热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输且热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号电压为零，出的信号电压为零，只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。Q=Ad(Ps/T)T=AdT问题：问题：如何理解热释电效应？热释电探测器为什么只如何理解热释电效应？热释电探测器为什么只能检测交变辐射信号？能检测交变辐射信号？几种探测器比较几种探测器

18、比较1、光光谱谱响响应应范范围围光光子子探探测测器器是是对对波波长长响响应应有有选选择择性性的的探探测测器器，其其响响应应范范围围由由材材料料自自身身特特性性决决定定；热热探探测测器器的的光光谱谱响响应应范范围围最宽，其光谱响应范围主要取决于器件的最宽，其光谱响应范围主要取决于器件的窗口材料窗口材料。2、响响应应频频率率均均由由探探测测器器的的工工作作机机制制决决定定。一一般般规规律律：热热探探测测器器（热热释释电电除除外外）响响应应频频率率最最低低（几几千千Hz），其其中中热热电电偶偶响响应应频频率率在在100Hz范范围围内内；光光电电导导探探测测器器响响应应频频率率次次之之，一一般般在在几

19、几MHz范范围围内内；光光伏伏探探测测器器响响应应频频率率比比光光电电导导探探测测器器高高，可可达几百达几百MHz，其中，其中PIN管响应频率最高管响应频率最高，可达，可达GHz。3、光光电电特特性性直直线线性性光光电电导导探探测测器器的的光光电电特特性性直直线线性性最最差差，光光伏伏探测器较好，光电倍增管最好。探测器较好，光电倍增管最好。4、入入射射光光功功率率范范围围一一般般在在0.1uw到到几几百百mw.特特殊殊情情况况,在在探探测测极极微微弱弱的的可可见见光光信信号号时时多多采采用用PMT，其其入入射射光光功功率率范范围围在在10-910-3W，APD在在10-710-5W；探探测测高

20、高能能量量激激光光功功率率时时多多采采用热电偶。用热电偶。几种探测器比较几种探测器比较5、外外加加偏偏置置电电压压除除热热电电偶偶、光光电电池池外外，大大部部分分光光辐辐射射探探测测器器都都要要外外加加偏偏置置电电压压。一一般般偏偏置置电电压压在在几几伏伏到到几几十十伏伏，并并可可由由光光电电系系 统统 的的 供供 电电 电电 路路 统统 一一 供供 电电，但但 PMT（600 3000V）和和APD（100-200V）必须单独供电）必须单独供电.6、归归一一化化探探测测率率D*大大小小热热探探测测器器的的D*最最低低，光光电电导导探探测测器器次次之之，光伏探测器的光伏探测器的D*高，高，PM

21、T在紫外和可见光波段的在紫外和可见光波段的D*最高。最高。7、工工作作环环境境及及稳稳定定性性 探探测测可可见见光光波波段段的的硅硅光光电电探探测测器器、CdS,CdSe及及热热电电偶偶对对环环境境无无特特殊殊要要求求，体体积积小小，稳稳定定性性好好；在在红红外外波波段段的的光光子子探探测测器器一一般般在在低低温温下下工工作作，需需要要致致冷冷；若若对对所所探探测测的的红红外外波波段段信信号号的的灵灵敏敏度度要要求求不不高高时时可可采采用用常常温温工工作作的的热热探探测测器器。PMT对对杂杂散散光光、电电磁磁干干扰扰敏敏感感，器器件件体体积积大大，要要防防震震、防潮，对环境要求苛刻。防潮，对环

22、境要求苛刻。8、价价格格硅硅、CdS、CdSe和和热热敏敏电电阻阻便便宜宜，红红外外波波段段的的光光子子探探测测器器要要加加红红外外透透镜镜，价价格格贵贵一一些些；PMT最最贵贵。另另外外带带前前置置放放大大器的一体化探测器较贵。器的一体化探测器较贵。6 6 发光器件与光电耦合器件发光器件与光电耦合器件 1 1、注入式半导体发光器件、注入式半导体发光器件LEDLED 发光二极管的基本工作原理与特性发光二极管的基本工作原理与特性 少数载流子的注入与复合而产生发光少数载流子的注入与复合而产生发光PNPN结结(同质结同质结)注入发光注入发光(发生在发生在p p区区)异质结注入发光异质结注入发光(发生

23、在发生在n n区区)2 2、半导体激光器（、半导体激光器（LDLD）l光受激辐射、发出激光必须具备三个要素：光受激辐射、发出激光必须具备三个要素：l1 1）、激活介质经受激后能实现能级之间的跃迁，要有）、激活介质经受激后能实现能级之间的跃迁，要有粒粒子数反转子数反转；l2 2）、能使激活介质产生粒子数反转的）、能使激活介质产生粒子数反转的泵浦装置泵浦装置；l3 3）、放置激活介质的）、放置激活介质的谐振腔谐振腔，提供光反馈并进行放大，提供光反馈并进行放大，发出激光。发出激光。L=m半导体激光器基本结构半导体激光器基本结构驱动电源驱动电源工作物质工作物质谐振腔谐振腔注入式注入式光子激励光子激励电

24、子束激励电子束激励PN结（同质结）结（同质结）异质结异质结单异质结单异质结双异质结（双异质结（DH）解理面解理面布拉格反馈布拉格反馈分布反馈式分布反馈式DFB分布布拉格反射式分布布拉格反射式DBRLD LD LD LD 和和和和LEDLEDLEDLED的主要区别的主要区别的主要区别的主要区别 LDLD发射的是受激辐射光发射的是受激辐射光 LEDLED发射的是自发辐射光发射的是自发辐射光 LEDLED的的结结构构和和LDLD相相似似，大大多多是是采采用用双双异异质质结结(DH)(DH)芯芯片片，把把有有源源层层夹夹在在P P型型和和N N型型限限制制层层中中间间，不不同同的的是是LEDLED不不

25、需需要要光光学学谐谐振腔，振腔，没有阈值。没有阈值。三、光电耦合器件三、光电耦合器件 1 1、光电耦合器件的特点：电隔离、信号传输方向、具有抗、光电耦合器件的特点：电隔离、信号传输方向、具有抗 干扰和噪声的能力、响应速度快、实用性强、既具有耦合干扰和噪声的能力、响应速度快、实用性强、既具有耦合特性又具有隔离特性。特性又具有隔离特性。2 2、光电耦合器件的主要特性参数：、光电耦合器件的主要特性参数：传输特性、隔离特性传输特性、隔离特性 3 3、光电耦合器件的应用、光电耦合器件的应用:如：构成逻辑门电路如：构成逻辑门电路 7 7、光电信息变换、光电信息变换 1 1、光电信息变换的分类、光电信息变换

26、的分类(6(6种基本形式，两种光电变换电路的种基本形式，两种光电变换电路的 特点特点)*2 2、光电变换电路的分类（、光电变换电路的分类（差分变换电路、光外差检测电路的差分变换电路、光外差检测电路的特点；激光干涉测位移（特点；激光干涉测位移（L=n/2）、莫尔条纹测位移（）、莫尔条纹测位移（，L=nqnd ）3 3、光电信号的变换方法：几何光学、光电信号的变换方法：几何光学、物理光学物理光学（干涉条纹跟踪干涉条纹跟踪法、法、双频激光干涉系统、双频激光干涉系统、衍射方法的光电信息变换衍射方法的光电信息变换）4 4、光电信号的时域调制变换：、光电信号的时域调制变换：调制：调幅、调相和调频（特点、调

27、制后的频谱、带宽），内调制：调幅、调相和调频（特点、调制后的频谱、带宽），内调制和外调制调制和外调制 解调：直线律检波和相敏检波解调：直线律检波和相敏检波(特点特点)8 图像信息的光电变换图像信息的光电变换图图像像传传感感器器真空成像图像传感器真空成像图像传感器 如变像管，像增强器（如变像管，像增强器（直视型直视型）摄像管：光电型、热释电型摄像管：光电型、热释电型固体成像图像传感器固体成像图像传感器CCDCCD图像传感器图像传感器（自扫描型自扫描型）（扫描型扫描型）二、组成、功能及工作原理二、组成、功能及工作原理1、像管的工作原理及典型结构、像管的工作原理及典型结构像管成像物理过程：（三个环节

28、）像管成像物理过程：（三个环节）（1 1）、微弱的光或不可见的输入辐射图像转换成电子图像（）、微弱的光或不可见的输入辐射图像转换成电子图像（光电光电阴极阴极完成）完成）（2 2）、电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像（电子光学系）、电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像（电子光学系统即统即电子透镜电子透镜）（3 3）、将增强的电子图像转换成可见光的图像（）、将增强的电子图像转换成可见光的图像（荧光屏荧光屏）CMOSCMOS图像传感器图像传感器（自扫描型自扫描型）2 2、摄像管、摄像管（1 1）光电摄像管的作用，基本功能：光电变换、光电信息）光电摄像管的作用，基本功能：光电变换、光电信息的积累

29、、储存及扫描输出。的积累、储存及扫描输出。具体分为以下四个过程：具体分为以下四个过程：1.1.光学图像转变成电荷（电位）图像；光学图像转变成电荷（电位）图像；2.2.对电荷图像进行存贮和积累；对电荷图像进行存贮和积累；3.3.对电信号进行放大和增强；对电信号进行放大和增强；4.4.对对存存贮贮电电荷荷图图像像的的各各个个像像素素进进行行扫扫描描，输输出出与与输输入入信信息成比例的一维电信号。息成比例的一维电信号。1 1）内内光光电电变变换换型型（视视像像管管）：由由光光电电导导靶靶、电电子子枪枪及及信信号号输输出出三三部部分分组组成成。光光电电导导型型（如如硫硫化化锑锑摄摄像像管管；pnpn结

30、结型型氧氧化化铅铅摄摄像像管管等等）。没没有有移移像像区区，光光电电变变换换部部分分和和光光信信息息存存储全由一个靶来完成。储全由一个靶来完成。2 2）、外外光光电电变变换换型型（光光电电发发射射型型）：超超正正析析管管、分分流流管管、二二次次电电子子导导电电摄摄像像管管和和硅硅靶靶电电子子倍倍增增管管等等。有有移移像像区区，它它的的光光电电变变换换部部分分和和光光信信息息存存储储部部分分是是由由两两部部分分来来完完成的，彼此分离，总称为移像区。成的，彼此分离，总称为移像区。3 3、CCDCCD图像传感器图像传感器CCD的的特点特点：CCDCCD是由一系列排得很紧密的是由一系列排得很紧密的MO

31、SMOS电容器电容器组成。组成。以以电荷作为信号电荷作为信号,通过电荷的存贮和转移通过电荷的存贮和转移，来，来实现信号的存储实现信号的存储和转移和转移。CCD的的基本功能基本功能：电荷的存储和电荷的转移电荷的存储和电荷的转移CCDCCD基本工作原理基本工作原理信号电荷的产生：信号电荷的产生：光注入光注入、电注入、电注入信号电荷的存贮：关键是势阱的形成信号电荷的存贮：关键是势阱的形成信号电荷的传输：势阱变化（因素）信号电荷的传输：势阱变化（因素）,驱动脉冲驱动脉冲信号电荷的检测：信号电荷的检测：浮置扩散放大器浮置扩散放大器电压输出：电压输出：特点，特点，复位脉冲信号复位脉冲信号的作用的作用P21

32、2，P213CCDCCD摄像器件的基本特性参数摄像器件的基本特性参数1 1）电荷转移效率电荷转移效率2 2）驱动频率驱动频率 3 3）噪声：散粒噪声、转移噪声、热噪声）噪声：散粒噪声、转移噪声、热噪声 引起转移损失的原因：界面态效应（表面态对电荷的引起转移损失的原因：界面态效应（表面态对电荷的浮获浮获）；）；时钟频率时钟频率选择不当。选择不当。如何较少转移损失如何较少转移损失？线阵线阵线阵线阵CCDCCDCCDCCD摄像器件的两种基本形式摄像器件的两种基本形式摄像器件的两种基本形式摄像器件的两种基本形式 MOSMOSMOSMOS光敏元、移位寄存器、电荷转移栅、输出放大器光敏元、移位寄存器、电荷

33、转移栅、输出放大器光敏元、移位寄存器、电荷转移栅、输出放大器光敏元、移位寄存器、电荷转移栅、输出放大器等部分组成等部分组成等部分组成等部分组成(1)单沟道线阵单沟道线阵CCD：组成及工作过程组成及工作过程(2)双沟道线阵双沟道线阵CCD：组成及工作过程组成及工作过程 光积分过程光积分过程 电荷转移电荷转移 电荷传输电荷传输 光积分过程光积分过程 电荷转移电荷转移 电荷传输电荷传输面阵面阵面阵面阵CCDCCD摄像器件的两种基本形式、组成及工作过程摄像器件的两种基本形式、组成及工作过程摄像器件的两种基本形式、组成及工作过程摄像器件的两种基本形式、组成及工作过程由由由由感光区、信号存储区和输出转移感

34、光区、信号存储区和输出转移感光区、信号存储区和输出转移感光区、信号存储区和输出转移部分组成。部分组成。部分组成。部分组成。(1)帧转移面阵帧转移面阵CCD（适合于三相器件适合于三相器件）：它由成像区）：它由成像区(像敏像敏区区)、暂存区和水平读出寄存器等三部分构成。、暂存区和水平读出寄存器等三部分构成。(2)(2)隔列转移型面阵隔列转移型面阵隔列转移型面阵隔列转移型面阵CCDCCD（适合于二相器件适合于二相器件适合于二相器件适合于二相器件）(3)(3)(3)(3)线转移型面阵线转移型面阵线转移型面阵线转移型面阵CCD CCD CCD CCD CMOSCMOS图像传感器图像传感器图像传感器图像传

35、感器CMOS图像传感器的组成、像敏单元结构、信号读出图像传感器的组成、像敏单元结构、信号读出方式等；方式等；CCD与与CMOS图像传感器的图像传感器的主要区别主要区别:1、信息读取方式、信息读取方式2、速度、速度3、电源及耗电量、电源及耗电量4、制作工艺、制作工艺5、成像质量、成像质量9 9 光电信号的数据采集与计算机接口技术光电信号的数据采集与计算机接口技术一、光电信号的二值化处理光电信号的二值化处理 1 1、单元光电信号的二值化处理、单元光电信号的二值化处理：固定阈值法、：固定阈值法、浮动阈值法浮动阈值法2 2、视频信号的二值化处理：、视频信号的二值化处理：1）硬件二值化处理方法：固定阈值

36、法、）硬件二值化处理方法：固定阈值法、浮动阈值法浮动阈值法2）微分法实现的二值化处理方法：）微分法实现的二值化处理方法：提取边界特征提取边界特征二、序列光电信号的二值化数据采集与接口方法二、序列光电信号的二值化数据采集与接口方法1、硬硬件件二二值值化化数数据据采采集集方方法法：实实用用于于物物体体外外形形尺尺寸寸测测量量且且只只实实用用于于在在一一个个行行周周期期内内只只有有一一个个二二值值化化脉脉冲冲，无无法法检测被测物体在视场中的具体位置。检测被测物体在视场中的具体位置。2、边边沿沿送送数数法法二二值值化化数数据据采采集集计计算算机机接接口口：计计数数器器某某时时刻刻的的计计数数值值为为线

37、线阵阵CCD在在此此时时刻刻输输出出像像敏敏单单元元的的位位置置序序号。号。区别区别三、光电信号的量化处理与三、光电信号的量化处理与三、光电信号的量化处理与三、光电信号的量化处理与A/DA/DA/DA/D数据采集数据采集数据采集数据采集序列光电信号的量化处理：序列光电信号的量化处理：线阵线阵CCDCCD输出信号量化输出信号量化处理采用处理采用高分辨率高分辨率A/DA/D转换器转换器ADS8322ADS8322 四、序列光电信号的四、序列光电信号的四、序列光电信号的四、序列光电信号的A/DA/DA/DA/D数据采集与计算机接口数据采集与计算机接口数据采集与计算机接口数据采集与计算机接口 1.1.

38、线阵线阵CCDCCD输出信号输出信号A/DA/D数据采集的基本组成数据采集的基本组成 *2、视频信号的、视频信号的A/D数据采集数据采集(面阵面阵CCD)1）基于基于PC总线的图像采集卡：总线的图像采集卡：特点：传输速度低，特点：传输速度低，必须设置帧存储器必须设置帧存储器2）基于基于PCI总线的图像采集卡：总线的图像采集卡：数据传输率快，用数据传输率快，用数据缓存器（数据缓存器（FIFO存储器）代替帧存储器。存储器）代替帧存储器。板卡式板卡式人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。