光电成像原理及技术--课后题答案(北理工)
第一章
5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？
答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。
b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差；
分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认；
时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上；
空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察；
光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。
6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？
答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。
在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1，光电灵敏度：
或者：
8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？
答，利用分辨力和光学传递函数来描述。
分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。
光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。
第二章
6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？
答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）；
景物细节对光电成像系统接受孔径的张角；
景物细节与背景之间的辐射对比度。
第三章
13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？
答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类：
黑体，=1；
灰体，<1,与波长无关；
选择体，<1且随波长和温度而变化。
14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。
答：普朗克公式：
普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。
斯蒂芬-波尔滋蔓公式：
表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。
维恩位移定律：
他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。
最大辐射定律：
一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。
第五章
1、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论或实验依据是
什么？
（1）像管的成像过程包括3个过程
A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图
像
B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增
C、将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像
（2） A过程：外广电效应、斯托列夫定律和爱因斯坦定律
B过程：利用的是电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量
增强；或者利用微通道板中二次电子发射来增加电子流密度来进行图
像增强
C过程：利用的是荧光屏上的发光材料可以将光电子动能转换成光能
来显示光学图像
2、像管是怎么分代的？各代的技术改进特点是什么？
（1）A、零代微光像增强器技术
B、一代级联式像增强器技术
C、采用微通道板（MCP）的二代像增强器
D、采用负电子亲和势光阴极的三代像增强器
E、超二代像增强器
F、超三代像增强器
G、第四代像增强器
（2）①一代和零代的区别在于一代像增强其采用了光学纤维面板将多级耦合起来，形成级联式的像增强器，一般为得到正像，耦合级数多取奇数，通常微三级
②二代和一代的根本区别在于：它不是采用多级级联实现光电子图像倍
增，而是采用在单级像增强器中设置MCP来实现光电子图像倍增。
③三代和二代近贴式像管类似，其根本区别在于光阴极，但对MCP也提
出了更高的性能要求。二代采用的是表面具有正电子亲和势的多晶薄膜结构的多碱光阴极，三代采用的则是负电子亲和势光阴极，因此三代具有高增益、低噪声的有点。
11、光电发射为什么会存在极限电流密度？试分析并导出连续工作条件下和脉冲工作条件下的极限电流密度表达式。
（1）在工作状态下，像管维持光电发射要依赖于光阴极的真空界面有向内的电场场强，这一电场是由电子光学系统提供的。光阴极的光电发射将产生空间电荷，此空间电荷所形成的附加电场与电子光学系统的电场方向相反。随着光电发射电流密度的增大，空间电荷的电场会增加到足以抵消电子光学系统所提供的电场。如果忽略光电子的初速度，当光阴极画的法向场强为零时，光电发射就要受到限制，这时像管的光电发射将呈饱和状态。这一电流密度称之为光电发射的极限电流密度。
（2）见P159~P160
18、什么样的透镜叫短透镜？导出短透镜的焦距公式并分析其成像性质。
答：（1）把对电子起有效作用的场——透镜的作用区间限于一个有限的空间范围内，称此空间位透镜空间，在此空间内，电子轨迹在场的作用下是连续变化的，而物与像则位于透镜场外，透镜场外的空间位等位空间。这种做了理想化的电子透镜称为短透镜（或薄透镜）。
（2）短透镜的焦距公式的推导见书P179~P180（包括像方焦距和物方焦距）
成像性质：
①透镜作用区域较之透镜到物、像距离小得多，比焦距小得多，物、像、焦距
均在场外。
②场划分为三个区域，物空间，透镜空间，像空间，在物、像空间，电位固定
不变，电子轨迹为直线
③Φ’’(z)>0时透镜是会聚的（f为正），φ’’(z)<0时透镜是发散的（f
为负），且f与φ’’(z)成反比，即φ’’(z)越大f越小，会聚本领越强
20、什么是荧光？什么是磷光？
答：晶态磷光体在受电子激发时产生的光发射称为荧光。停止电子激发后持续产生的光发射称为磷光。
21.荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是什么？
（P185）在荧光屏的表层上蒸镀一层铝膜，厚度约为0.1um，其作用为：引走积累的负电荷；防止光反馈给光阴极；使荧光屏形成等电位；将光反射到输出方向。
22.受激辐射可见光的条件是什么？
（p185）受激辐射可见光的条件是电子跃迁的能级差必须与可见光光子的能量相同。
25.荧光屏的转换效率与哪些因素有关？为什么说图像分辨力和发光效率对荧光粉颗粒度的要求是相互矛盾的？
（p192）荧光屏的转换效率与制作荧光屏本身的材料—晶态磷光体的转换效率有关，还与屏的粉层厚度、粒度、入射电子的能量及铝膜的影响等因素有关。
一般，粒度越大转换效率越高。但是，过厚的荧光屏将降低输出图像的分辨力。厚度的增加会导致光扩散的增大，分辨力将随之下降。因此，粒度应该适当。通常选取颗粒直径与荧光屏厚度相近，这样可获得发光效率与图像分辨力的最佳组合。
26.光纤面板（OFP）的传像原理是什么？像管应用光纤面板有什么优点？
（p193）光纤面板是基于光线的全反射原理进行传像的，由于光导纤维的芯料折射率高于皮料的折射率，因此入射角小于全反射临界角的全部光线都只能在内芯中反射。所以每一根光导纤维能独立地传递光线，且相互之间不串光。由大量光导纤维所组成的面板则可以传递一幅光学图像。
光纤面板使像增强器获得以下优点：①增加了传递图像的传光效率；②提供了采用准球对称
电子光学系统的可能性，从而改善了像质；③可制成锥形光纤面板或光学纤维扭像器。
32.为什么MCP大多采用斜通道或弯曲通道的形式？
（196、205）通常MCP不垂直于端面，而具有7°—15°的斜角。一方面可提高通道内的二次电子发射次数，另一方面也可使正离子不能穿出通道，消除或减少离子反馈。
P244
8.夜视成像系统对物镜的基本要求是什么？
（p213）夜视成像系统对物镜的基本要求大致有以下几点：
①大的同光口径和相对孔径。
②小的渐晕。
③宽光谱范围的色差校正。
④物镜有好的调制传递特性。
⑤最大限度的消除杂散光，杂散光对低信噪比的光电成像的影响比较明显，减小物镜的杂
散光可减小像质的变坏。
⑥在红外光学系统中，必须同时可虑聚光系统和扫描系统。
⑦尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。
第六章
9.成像物镜主要分为哪几种类型？各种类型的典型形式是怎样的？答：光电成像系统用物镜系统分为三类：折射系统、反射系统和折反射系统。
（1）光电成像系统中常用折射物镜有双高斯型和匹茲伐型。双高斯结构是微光成像系统中大相对孔径的基本型，由于这种结构
较容易在较宽光谱范围内修正像差，属于基本对称型结构，
使轴外像差能自动抵消。在仪器视场不大的情况下，可用匹
茲伐型物镜，其基本结构是两个正光焦度的双胶透镜，结构
简单，球差和慧差校正较好，但视场加大时场曲严重。（2）反射物镜分为单反射镜和双反射镜。最常见的是双反射镜。单反射镜分为球面镜喝非球面镜（抛物面、椭球面和双曲面镜）
系统。球面反射镜和抛物面反射镜可单独使用，椭球面和双
曲面反射镜由于其光学焦点和几何焦点不重合，慧差大，像
质欠佳，通常和其他反射镜组合成双反射镜系统。
（3）把反射镜的主镜和次镜都采用球面镜，而用加入补偿透镜的方法校正球面镜的球差，构成折反射物镜系统。折反射物镜可
实现大口径长焦距，常用的折反射物镜有施密特系统、曼金
折反射镜、包沃斯-马克苏托夫系统以及包沃斯-卡塞格伦系
统。
10.红外物镜相对于可见光物镜有什么不同？
答：（1）大的通光孔径和相对孔径。限制微光成像系统视见能力的主要因素之一是来自景物的辐射噪声。加大物镜的孔径能最大限度地接收来自目标的辐射，获得大的靶面照度，即大的通光孔径有利于提高微光系统的信噪比。
（2）小的渐晕。
（3）宽光谱范围的色差校正。校正色差的光谱范围取决于系统光谱响应波段，对主动红外成像系统为0.65～1.2微米（，对微光成像系统为0.4～0.9微米，对热成像系统为1.5～14微米）。
（4）物镜有好的调制传递特性。像管为低通滤波器，目前的极限分辨力为30～70lp/mm，通常要求物镜在10lp/mm的空间频率时MTF不低于75%。
（5）最大限度地消除杂散光，杂散光对低信噪比的光电成像的影响比较明显，减小物镜的杂散光可减小像质的变坏。
（6）在红外光学系统中，必须同时考虑聚光系统和扫描系统。
（7）尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。
11、在直视型成像系统中对目镜的基本要求是什么？
答
12、像管直流高压电源的特点是什么？其主要包括哪几部分？
答：特点
（1）提供稳定的直流高压，使像管工作时保持合适的输出亮度；（2）性能稳定，在高低温环境下保证仪器正常工作；
（3）实现自动亮度控制（ABC）功能；
（4）对于选通系统，应提供选通周期、脉宽以及延时可调的选通电压；
（5）对自动快门，能够根据像管电流自动调整工作电压的占空比；（6）防潮、防震、体积小、质量轻、耗电省。
包括以下几个部分：直流低压电源、晶体管变换器、升压变压器、倍压整流电路以及稳压电路。
13、试以二倍压电路为例，说明倍压电路的工作原理。
答：把变压器次级绕组上的交流高压整流并倍压到所需直流高压的过程。
变压器T的次级绕组输出峰值电压为V2的交流，则：
（1）正半周：假设T的输出端上负、下正，则D2因反向偏置截止，D1回路导通，对C1充电，在正半周结束前，C1两端
电压为V2;
（2）负半周：T的输出端上正、下负，则D1因反向偏置截止，D2回路导通，对C2充电，在负半周结束前，C2两端电压
为2倍V2，送至输出端口为2倍V2的直流。
15、为什么说大气后向散射对主动红外夜视仪性能将产生不利影响？
答：在主动红外成像系统中，照明系统安装在接收器附近，在照射远距离目标时，探照灯光轴非常接近系统光轴。照射光束在大气传输过程中被大气散射，其中一部分后向散射将进入观察视场，在成像面上造成一个附加背景，从而降低成像的对比度和清晰度。在能见度差的情况下，这一影响是主动红外成像系统性能的一个基本限制因素，会对主动红外夜视仪性能产生不利影响。
16、选通技术用于主动红外夜视仪可取得怎样的效果？
选通成像系统原理框图
答：选通技术是利用短脉冲光照明器和选通型像管，从时间上分开不同距离上的散射光和目标的反射光，使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在像管选通工作时到达像管并成像。由于辐射脉冲在投向目标过程中所产生的后向散射辐射到达接收器时，像管处于非工作状态，可减小后向散射对成像系统的影响。
19、简述直视微光成像系统对像增强器的要求。
答：在设计直视型夜视成像系统时，应当提高增强器极限分辨力m 0；为使系统性能尽可能达到光子噪声限，像增强器暗背景噪声应尽可能减小，通常要求20(2)
8A b L R C E πτ-<<;还要求像增强器有较高的G ；还需注意几点：像增强器的输入
输出窗类型、荧光屏类型以及调制传递函数（MTF ）。
20、试述像管使用自动亮度增益（ABC ）电路的目的及其工作原理。
答：目的：自动亮度控制电路的作用是通过控制像增强器外加电压的办法来控制它的增益，以达到控制荧光屏输出图像亮度的目的，扩大了微光成像系统的使用光度范围。
级联像增强器高压电源及ABC电路
工作原理：图为级联像增强器高压电源，其中包括典型的ABC电路。ABC电路实际是一个带负反馈的直流低压电源，输出的直流电压E1到直流变换电路，变为交流电压后再经升压变压器及倍压整流滤波电路后供给像增强器。图中R1、R2和稳压二极管D1构成比较电压回路；R W为取样电阻；C1为高频旁路电容；C2、C3为低频旁路电容。当比较回路电流大于BG1的基极电流Ib1时，分压电阻R1和D1上的电压为标准电压。当光阴极入射照度E c上升时，供给像增强器的电流上升，ABC电路的输出电压E1下降，最终导致供给像增强器的直流高压下降而降低了像管的增益，起到维持荧光屏亮度基本不变的作用。
21、物镜和像增强器的参数如何影响系统的极限分辨力的？
答：图见P229 6-29。在像增强器暗噪声可忽略的前提下，物镜和像管参数对系统极限分辨特性的影响如图所示。
①物镜焦距从f’增大到10f’，在大于星光照度10-3lx情况下，系统分辨力得到明显改善，反之则改善很小；
②物镜直径从D增大到10D，在低于满月光10-1lx情况下，系统分辨力得到明显改善，大于满月光改善很小；
③光阴极灵敏度从s提高到10s，在低于10-2lx照度范围，系统得到最大改善；；
④增加系统积累时间t得与光灵敏度s类似的改善；
⑤提高像增强器极限分辨力m0，在10-4~10-1lx目标照度范围对系统分辨力提供一般的改善。当D、s、t一起增加时这种改善更有意义。
P245
22、为什么要对像增强器进行强光保护？如何实现？
答：因为若观察场景中一直存在强光源，则像管荧光屏会出现局部饱和，影响像管寿命，甚至造成像管不可逆的损坏。传统的防护方法有分压法和散焦法，但对观察有不利影响。
自动快门电路根据像管光电源大小对像管实施自动间断供电，可以防
强光。
23、试述像管增强器背景噪声对系统极限分辨特性的影响
答：像增强器存在的噪声（如暗噪声）将使像管输出图像对比度恶化，分辨力下降。像增强器存在等效背景照度Eo时，系统极限分辨角增大，表示如下
P295
1、何为摄像管？简述摄像管的工作原理？
答、电视摄像是将两维空间分布的光学图像转换为一维时间变化的视频信号的过程，完成这一过程的器件称为摄像管。
工作原理：
A、摄像管光敏元件接受输入图像的副照度进行光电转换，将两
维空间分布的光强转变为两维分布的电荷量。
B、摄像管电荷存储元件在一帧周期内连续积累光敏元件产生
的电荷，并保持电荷量的空间分布，这一存储电荷的元件称
之为靶。
C、摄像管电子枪产生空间两维扫描的电子束，在一帧周期内完
成全靶面的扫描，逐点扫描的电子束到达靶面的电荷量与靶
面存储的电荷量相关，受靶面存储的电荷量的调制，在输出
电路上产生与被扫描点辐照射强度成比例的信号，即视频信
号。
3、摄像管的结构由几部分组成？各部分的作用是什么？
答：主要由光电变换与存储部分和信号阅读部分两大部分组成。
A、光电变换与存储部分：将光学图像变成电荷图像，并在整个
帧周期内在靶上连续地对图像上的任一像元积累电荷信号。
B、信号阅读部分：从靶面上取出信号
4、摄像管是怎样分类的？按光电变换的形式可分为哪几类？按视频信号读出方式又可分为哪几类？
答：可按下面3种方法分类：a 按电荷积累方式分类 b按光电变换形式分类 c 按视频信号读出方式分类
其中按b可分为：外光电变换型和内光电变换型
按c可分为：信号板输出型和双面靶输出型
17、热释电摄像管的靶有什么特点？具有什么性质？
答：（1）热释电摄像管的靶是热释电靶，是具有热释电效应的铁电体材料所制成的；
（2）性质：①利用热释电效应工作，仅对随时间变化的热辐射有响应；
②是良好的绝缘体，容易积累电荷。
20、简述热释电摄像管的工作过程。为什么要给热释电摄像管靶加基底电荷？目前产生基底电荷有哪几种方式？
答：（1）工作过程：具体答案在课本7.4.2节（P285~P289），这里只写大标题
①热释电靶的单筹化；
②靶面电荷图像的形成；
③热释电靶电荷图像的读出。
(2)加基底电荷的原因：
①靶面电荷图像形成时：靶面的信号电荷是由扫描电子束的负电荷着靶后才形成视频信号的，故靶面信号电荷必须为正。而靶是绝缘体，信号电荷又是静电的束缚电荷，扫描电子束着靶的负电荷不能在帧周期内导走，所以为了防止热释电摄像管中靶面上产生负电荷积累，必须在每次电子束扫描后都给靶面提供一定量的正电荷；
②电荷图像读出时：同上
（3）方法：二次电子发射法；摄像管内充气法；泄漏电流法。
21、热释电摄像管工作时有什么要求？对应这几种要求又哪几种工作方式？各有何优缺点？
答：热释电靶面上的静电电荷面密度随靶温度变化而产生相应的变化。为了能连续摄取图像，要求热释电摄像管在每次电子束扫描靶面后，能够重新产生靶面的静电电荷图像。具体方法：平移式：
摄全景式：——优点：装置简单。但图像总在运动，不便于观察，热目标后边缘有黑色拖尾
斩光式——缺点：附加斩光装置及其相关系统，斩光速度与扫描速度协调，必须加校正电路将负极性新后倒相
P366
3、什么是CCD的开启电压？为什么实际工作中CCD的开启电压必须考虑平带电压？平带电压又是怎样的？
解：CCD开始产生沟道所需要的栅压就是开启电压。
理想的MOS系统的C（V g）特性往往与实际测得的C（V g）特性不完全一致，这是因为没有考虑金属电极和半导体的功函数差Φms、Si-SiO2界面上存在的表面电荷Q ss以及在SiO2中因玷污产生的可动电荷等因素的影响作用，所以，必须对理想情况下的结果进行修正。
由于上述因素的影响，表面能带向下弯曲，为了使表面能带由弯曲变成平直，恢复平带状态，而在金属栅极上所加的负的偏压就是平带电压。（P302）
5. 什么是界面态？怎样减少界面态的影响？什么是“胖零”工作模式？为什么SCCD要采用“胖零”工作模式？
解：界面态即界面陷阱电荷，主要是指Si-SiO2界面处处于禁带中的局部能级，它可在短时间与衬底半导体交换电荷，是表面复合和散射的主要成因，它主要是对表面沟道的CCD的转移效率产生重大影响。
采用埋沟CCD可避开界面态俘获信号电荷的不良影响。要减少界面态的影响，可采用“胖零”工作模式。
“胖零”工作模式：用一定数量的基底电荷先将界面态填满，当信号电荷注入时，信号电荷被俘获的几率变小，而从界面态释放出来的电荷又可以跟上原来的电荷包。信号电荷包损失到界面态中去的电荷，可能与它从界面态得到的电荷相等，从而在一定程度上减少了界面态带来的影响。
SCCD的电荷转移损失很大，引入“胖0”电荷后，可使CCD界面引起的电荷转移损失降到最小。
6、简述BCCD工作原理，说明BCCD工作的特点，并与SCCD比较各自的优缺点。
解
7、以三相CCD为例，说明决定其工作频率的上下限因素是什么？
解：
9、面阵CCD有几种工作模式？各有什么优缺点？
解：常见面阵CCD摄像器件有两种结构：行间转移结构（LT-CCD）和帧/场转移结构(FT-CCD)。
10、什么是增强型CCD？增强型CCD有哪些耦合类型或工作方式？
答：像增强器与CCD耦合在一起，构成图像增强型CCD(ICCD)。
增强型CCD有两种耦合方式：光学耦合方式和光纤耦合方式。
P366
12．简述CMOS器件的成像原理，比较CMOS器件与CCD器件在工作原理上的异同，各有什么公优缺点？
答：
CMOS图像传感器的光电转换原理与CCD基本相同，其光敏单元受到光照后产生光生电子。而信号的读出方法却与CCD不同，每个CMOS源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以被单独选址和读出，工作时仅需工作电压信号，而CCD读取信号需要多路外部驱动。
优缺点比较：CMOS与CCD图像传感器相比，具有功耗低、摄像系统尺寸小，可将图像处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD的相比相对较低。
灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力，而CCD灵敏度较CMOS高30%～50%。电子-电压转换率表示每个信号电子转换为电压信号的大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构，其电压转换率略优于CCD。动态范围表示器件的饱和信号电压与最低信号阈值电压的比值，在可比
较的环境下，CCD的动态范围约比CMOS的高两倍。CMOS图像传感器的
响应均匀性较CCD有较大的差距。标准CMOS具有较高的暗电流（1 nA/cm2，最低100 pA/cm2），而精心制作的CCD的暗电流密度为2～10 pA/cm2。由于大部分相机电路可与COMS在同一芯片上制作，信号及驱动传输距离缩短，电感、电容及寄生延尺降低，信号读出采用X-Y寻址方式，CMOS工作速度优于CCD。
P395
2．微光电视的含义及其特点是什么？
答：微光电视利用月光、星光、气体辉光及其散射光所形成的自然环境照明，获取被摄目标场景的可见光图像，因此又称低照度电视（LLLTV）系统。通常摄像靶面照度在1Lx以下为微光电视。
2-第二章 X射线影像-课后习题答案
第二章X射线影像 习题二解答 2-1 X射线信息影像形成的阶段是（） A. X射线透过被照体之后 B. X射线照片冲洗之后 c. X射线到达被照体之前 D.在大脑判断之后 答：X射线到达被照体之前,不具有物体信息。X射线透射出被照体时,由于被照体对X射线的吸收衰减,使透射出的X射线强度产生不均匀分布,由此形成X射线信息影像。正确答案:A 2-2 X射线照片图像形成过程中,起作用的是（） A. X射线的穿透作用 B. X射线的荧光作用 c.被照体对X射线吸收衰减的差异 D. X射线的光化学作用 答：由于X射线具有穿透作用,且不同的物体(组织)对X射线的吸收衰减不同,使透射出物体(组织)的X射线强度分布不均匀,携带了物体(组织)的信息,当其投照到胶片上后,x射线的光化学作用使胶片形成潜影。但因X射线的光化学作用使胶片形成潜影的效率较低,利用X射线荧光作用的增感屏得到广泛使用。在增感屏一胶片系统中,胶片潜影的形成,来自X射线光化学作用的贡献不足10% ,其余为X射线的荧光作用使增感屏发出的荧光的贡献。正确答案:A、B、C、D 2-3关于X射线照片图像的形成,正确的说法是（） A. X射线透过被照体之后的透射线和散射线,照射到胶片上形成照片图像 B. X射线照片图像是X射线被被照体吸收与散射后形成的 C. X射线照片图像是利用了X射线的直进性 D. X射线胶片接受到的散射线不形成图像 答：由于被照体对X射线的吸收衰减,使透射出的X射线强度产生不均匀分布,由此形成X射线信息影像。散射线对透射过被照体的X射线的强度分布规律没有影响,因此散射线不形成影像,只能给照片带来灰雾。正确答案:B、C、D 2-4关于光密度的定义,正确的说法是（） A.光密度为胶片乳剂膜在光的作用下致黑的程度 B.光密度是由胶片乳剂曝光后,经冲洗还原出来的银颗粒沉积而形成的 c.银颗粒沉积越多的地方,照片越黑,密度越高;反之亦然
光电检测技术课后部分答案
第一章 1.举例说明你知道的检测系统的工作原理 激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此 激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。 2.简述光电检测系统的组成和特点 组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽 空域变换-------光学扫描 光学参量调制：光强，波长，相位，偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。 （2）光电变换，变换电路，前置放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）（3）电路处理 放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。 第二章 1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。 自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。 受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。 受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。 2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点 结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。 粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。两电极夹有发光材料 薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。 3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光 加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。 4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有 关。 5.简述半导体激光器的工作原理，它有哪些特点，对工作电源有什么要求
光电成像原理与技术教学大纲-北京理工大学
《光电成像系统实践》教学大纲 课程编号：OPT04042 英文名称：Practice of Photo-electronic imaging System 学分：3 学时：3周 先修课程：应用光学，光电成像原理与技术，精密机械基础等 一、目的与任务 本环节为电子科学与技术专业（光电子方向）实践教学必修环节，安排在第7学期进行。 本教学实践环节旨在通过对典型光电成像系统结构的认识和设计，进一步巩固、加深学生对光电成像系统的构成、各技术环节的作用和工作原理的认识和理解，明确系统总体性能与各部分参数的关系，使学生掌握光电成像系统的总体设计的思路、步骤和关键环节部件选配方法等。通过本实践教学环节，可达到提高学生动手能力和在实际工作中独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强学生对科学性、合理性、经济性、可行性、可靠性、可维护性等工程概念的理解，以及提高学生解决实际工程问题水平的目的。 本课程的内容亦军亦民，与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主义精神和大国防意识。 二、教学内容及学时分配（3周） 课程设计题目分类： 设计1直视微光成像（观瞄）系统设计（关键部件选型应包括：物镜系统、像管＋高压电源、目镜系统的选型等）； 设计2电视型微光成像（如车载夜视仪、星光级电视瞄具）系统设计（关键部件选型应包括：物镜系统、像管＋高压电源、摄像系统、信号传递方式及显示系统的选型等）； 设计3主动照明微光／红外成像（如车牌抓拍系统、闯红灯违章记录系统、车号识别系统、露天场景全天候监视系统、水下成像系统）系统设计（关键部件选型应包括：光源、滤光镜、物镜系统、像管＋高压电源、目镜系统的选型等）； 设计4医用内窥镜电视成像（如胃镜系统、工业内窥镜）系统设计（关键部件选型应包括：专用镜头、光源、传光系统、支撑机构、信号传递方式、显示方式与显示系统等）； 设计5 高速工业在线视频检测成像（如钢丝直径在线检测、路面瑕疵或不平整度检测系统、轨道参数测量系统、印刷品质量检测系统、电路板故障检测系统）系统设计（关键部件选型应包括：光源、滤光镜、物镜系统、摄像系统、信号传递方式、信息记录或显示系统的选型及图像处理方案等）； 设计6 特种光电成像系统设计（选择光子计数探测系统、火星车立体视觉系统、紫外指纹搜索系统、门禁体温自动探测系统、高炉炉膛测温成像系统、舰载红外警戒系统、多光谱成像系统或其他新用途、新型成像系统。关键部件选型根据具体要求进行）； 课程设计要求： 学生在以上设计选题中选做1个，根据具体设计要求的技术指标（观察条件、目标及背景特性、工作条件等其他相关技术指标）完成系统的框架设计、总体技术参数分配、关键部件的选配等；通过网络检索、查询相关设计手册等手段，完成关键部件详细参数的了解和市场调研，完成关键部件选型，参数验算，并利用实验室已有试验条件，开展部分模拟性验证实验和计算机仿真；对诸如专业处理电路等非成熟产品，要求能够给出功能框图，数据输入输出格式及要求等；使用
光电成像原理与技术答案
光电成像原理与技术答案 【篇一：光电成像原理与技术总复习】 t>一、重要术语 光电成像技术、像管、变像管、像增强器、摄像管（器）、明适（响）应、暗适（响）应、人眼的绝对视觉阈、人眼的阈值对比度、人眼的光谱灵敏度（光谱光视效率）、人眼的分辨率、图像的信噪比、凝视、凝视中心、瞥见时间、瞥见孔径、辐射度量、辐射功率、辐射强度、辐亮度、辐照度、辐射出照度、光度量、光能、光能密度、光通量、光亮度、光出射度，照度，发光强度，光亮度；坎（凯）德拉、流明、勒克司、视见函数、朗伯辐射体、气溶胶粒子、云、雾、霾、霭、大气消光、大气散射、大气吸收、大气能见度 （能见距离）、大气透明度、电子透镜、光电子图像、亮度增益、 等效背景照度、畸变、像管分辨力（率）、正（负）电子亲（素） 和势、负电子亲和势、光电发射的极限、电流密度、mcp的饱和电 流密度、荧光、磷光、表面态、微光夜视仪、照明系统的光强分布、成像系统的极限分辨力、选通技术、靶、惰性（上升惰性、衰减惰性）、摄像管的分辨力、动态范围、靶网、居里温度、热释电靶的 单畴化、ccd的开启电压、ccd的转移效率、界面态“胖0”工作模式、光注入、电注入。 二、几个重要的效应 1. 光电转换效应（内/外） 2. 热释电能转换效率（应） 3. 三环效应 4. mcp的电阻效应/充电效应 三、几个重要定律 1. 朗伯余弦 2. 基尔霍夫 3. 黑体辐射（共4个） 4. 波盖尔 1 5. 斯托列托夫 6. 爱因斯坦 四、重要结构及其工作原理、特点 1. 直视型光电成像器件的基本结构、工作原理
2. 非直视型（电视型）光电成像器件的基本结构、工作原理 3. 人眼的结构及其图像形成过程 4. 大气层的基本构成、结构特点 5. 像管的结构及其成像的物理过程 6. 光阴极实现辐射图像光电转换的物理过程（光电发射过程） 7. 电子光学系统的基本结构及其成像过程 8. 荧光屏的结构及其发光过程 9. 光谱纤维面板的结构及其成像原理 10. 微通道板（mcp的结构及其电子图像的倍增原理） 11. 主动红外成像系统结构及其成像过程 12. 夜视成像系统结构及其成像过程 13. 摄像管的结构及其工作原理 14. 光电导摄像管的结构及其工作原理 15. 热释电摄像管的结构及其工作原理 16. 电子枪的结构及其工作原理 17. mos电容器的结构及其电荷存储原理、 18. ccd的结构及其电荷传输原理 19. 埋沟ccd（bccd）的结构及其工作原理 2 20. 线阵ccd的结构及其成像原理 五、关键器件、系统的性能参数 1. 表征光电成像器件的性能参数 2. 大气辐射传输过程中，影响光电成像系统的因素 3. 表征像管的性能参数 4. 表征mcp的性能参数 5. 微光成像系统的性能影响因素 6. 摄像管的主要性能参数 7. 热释电靶的主要性能参数 8. 表征ccd的物理性能参数 六、其他 1. 辐射源的辐射能量所集中的波段 2. mcp的自饱和特性 3. 像管的直流高压电源的要求 4. 受激辐射可见光的条件 5. 计算第三章、第四章
光电子技术课后习题
第一章 光电系统的常用光源 1、可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 解：可见光的波长为：380~780nm 频率可由公式算出：Hz C f 1468 10)89.7~85.3(10)78.0~38.0(103⨯=⨯⨯==-λ 光子的能量范围由公式可算出： J h E 19143410)23.5~55.2(10)89.7~85.3(10626.6--⨯=⨯⨯⨯==ν 3、一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。 解：lm L R dS L dS d L v v v v v 84830)5.1(14.3427030)5.1(44222=⨯⨯⨯==⨯⨯===Φ∴Φ=⎰πππΘ 4、一只He ——Ne 激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。 1）求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。 解：1）在nm 8.632=λ时，V （λ）=0.24 lm V k v e m 328.010224.0683)()()(3=⨯⨯⨯=Φ=Φ-λλλ 又R r =2sin θ ，且θ=1mrad=0.057度，故：41097.42057.0sin 2sin -⨯==o θ 724222221076.7)1097.4(14.3)2(sin )(--⨯=⨯⨯=====ΩθπππR r R r R dS 则发光强度cd d d I v v v 57102.410 76.7328.0⨯==⨯=ΩΦ=ΩΦ=- 光亮度211235 2/1035.51)2101(14.3102.4cos cos m cd r I dS dI B v v v ⨯=⨯⨯⨯⨯===-θ πθ
光电成像原理与技术pdf提取码
光电成像原理与技术pdf提取码 光电成像原理与技术pdf提取码 光电成像是一种利用光电转换原理来获取图像的技术。光电成像 涉及光学、电子学、计算机科学、信息科学等多学科知识，已经成为 现代科技中不可或缺的一部分。在光电成像技术中，摄像机是一个非 常重要的工具。本文将介绍光电成像的原理和技术，并分享提取光电 成像原理与技术pdf文件的提取码。 光电成像的原理 光电成像原理是将光信号转换成电信号。光子从光源发出，在进 入物体后发生反射、散射、透射等现象，之后由位于摄像机内部的感 光元件接收并转换成电信号，最终产生图像。具体来说，光电成像的 原理分为以下几步： 1. 光学部分：光源发出光线，光线经过透镜等光学元件后进入 物体，反射或透射后再经过透镜等光学元件进入摄像机的感光元件。 2. 电子学部分：感光元件将接收到的光信号转换成电信号后输 出到图像处理器上。图像处理器可以采用不同的算法进行处理，从而 形成清晰、真实的图像。 光电成像的技术 在光电成像技术中，最常用的摄像机是CCD（Charge-coupled device）摄像机和CMOS（Complementary metal-oxide-semiconductor）摄像机。 CCD摄像机采用的是电荷耦合器件，主要优点是图像质量较高， 对光线的响应比较均衡，对于图像处理器的要求不高。但是CCD摄像 机价格比较高，动态范围较窄，且功耗较大，同时容易产生噪声。 CMOS摄像机采用的是互补金属氧化物半导体器件，主要优点是结构简单、功耗低、性价比高。CMOS摄像机的响应速度较快，动态范围 较大，但对光线响应不均衡，对图像处理器的要求较高。 光电成像原理与技术pdf提取码
(整理)光电成像技术考点及解析
基本术语： 光电成像技术（P2）：采用各类光电成像器件完成成像过程的技术可以统称为光电成像技术。 像管（P8）：直视型光电成像器件基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板（电子倍增器件）、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。这种成像器件通常简称为像管。 变像管（P8）：接受非可见辐射图像的直视型光电成像器件统称为变像管。 像增强器（P8）：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件统称为像增强器。 摄像器（P8）：电视型光电成像器件用于电视摄像和热成像系统中，只完成摄像功能，不直接输出图像的器件，也称为非直视型光电成像器件或者摄像器件。 明适应、暗适应、:P31-32 凝视、凝视中心:P48的倒数第二段 人眼的绝对视觉阈：P32.2 人眼的阈值对比度：P33.3 人眼的光谱灵敏度：光谱光视效率P34.4 人眼的分辨力：P34.5 图像的信噪比：P42的2-27 瞥见时间：P48的倒数第二段 瞥见孔径：P49的顺数第二行 辐射度量、辐射功率、辐度强度、辐亮度、辐照度、辐射出射度:P54 光度量、光能、光能密度、光通量：都在P58表3-3 光出射度：符号M、Mv，意义：光源单位面积向半球空间发射的光通量；定义式：,单位：; 照度：符号，意义：照射到表面一点处单位面积的光通量；定义式：，单位：lx； 发光照度：符号：，意义：在给定方向上，单位立体角内的光通量；定义式：，单位：cd; 光亮度：，意义：表面一点处的面元，在给定方向上发光强度除以该面元在垂直于给定 方向上的投影面积；定义式：，单位：； 坎德拉：光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540*10∧12Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/163W/sr.cd(P58) 1流明lm(P58):光通量的单位，点光源在某一方向的发光强度为1cd时，在该方向单位立体角内传出的光通量。(P58) 1勒克司lx：1lm的光通量均匀分布在1平方米的面积所产生的照度称为1lx。（P58) 视见函数:P59 朗伯辐射体:P60
光电成像原理复习指南(含答案)
光电成像原理复习指南（含答案） 注：答案差不多能在书上找到的都标注页数了，实在找不到的或者 PPT 上的才打 在题后面了，用红色和题干区分。特此感谢为完善本文档所做出贡献的各位大哥。( 页码标的是白廷柱、金伟其编著的光电成像原理与技术一书 ) 1. 光电成像系统有哪几部分组成 ? 试述光电成像对视见光谱域的延伸以及所受到 的限制 ( 长波限制和短波限制 ) 。 ( 辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换 器件，信息处理装置。 P2-4) 答: 辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。 [1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通 过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。对 波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长 波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限 确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的 辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用 ? 光电成像技术突破了人眼的哪些限 制 ? (P5) 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特 性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼 对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节( 4)可以将超快速现象存 储下来 3. 光电成像器件可分为哪两大类 ? 各有什么特点 ? (P8) 固体成像器件主要有哪两 类 ? (P9 ， CCD CMOS) 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示 等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于 电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像.
光电检测技术第二版答案
光电检测技术第二版答案 【篇一：《光电检测技术-题库》(2)】 、填空题 1.对于光电器件而言，最重要的参数是、 和。 2.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。 3.光电三极管的工作过程分为和。 4.激光产生的基本条件是受激辐射、和。 5. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。 6.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填 满相应的能带，能量最高 的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常 称 为，与之间的区域称为。 7.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用， 此时导带中没有， 价带中没有，所以不能。 8.载流子的运动有两种型式，和。 9. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。 10. 光电检测电路一般情况下由、、组成。 11. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光 敏电阻属于效应。 12.半导体对光的吸收一般有、、、和这 五种形式。 13. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。 14.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。 15.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。 16.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。 17.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。 18..使用莫尔条纹法进行位移-数字量变换有两个优点，分别是和。 19.电荷耦合器件（ccd）的基本功能是和。
20.光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类，按照信号性质可以分为和。 21.交替变化的光信号，必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输 入信号的变化。 22.随着光电技术的发展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。 23.硅光电池在偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。 24.发光二极管的峰值波长是由决定的。 二、名词解释 1. 光亮度： 2. 本征半导体： 3. n型半导体： 4. 载流子的扩散运动： 5. 光生伏特效应： 6. 内光电效应： 7.光电效应 8.量子效率 9.分辨率 10.二次调制 11.二值化处理 12.光电检测技术 13.响应时间 14.热电偶 15.亮度中心检测法 三、判断正误 1. a/d变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。（） 2. 采样/保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持电 容越大越好。（） 3. 光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。 （）
光电信息技术第一章规范标准答案有部分错误
《光电技术》习 题第一章 第一部分: 1． 已知表示光电导体的灵敏度的G （光电增益）= βτ/ t L ，式中β为量子产额；τ为光生载流子寿命；t L 为载流子在光电导两极间的渡越时间，如果在光电导体中自 由电子与空穴均参与导电，请推导：G = β(τn μn +τp μp )U/l 2 式中τn 和τp 分别为自由电子和空穴的寿命；μn 和μp 分别为自由电子和空穴的迁移率。 答： G=βτ/t L t L =l/μE=l 2/μU G=βτμU/l 2 G = β(τn μn +τp μp )U/l 2 2． 简答P 型与N 型半导体杂质能级区别. 答：N 型半导体掺有5价的杂质原子，如磷、砷。杂质引进的额外的电子占有恰在导带下方的某些分立的能级；其距离可为十分之几电子伏特。这些额外的电子容易被杂质原子释放出来并被激发至导带。于是，激发电子对半导体的电导率有贡献。 P 型半导体掺有3价的杂质原子，如硼、铝。杂质引进空的分立能级，这些能级的位置很靠近价带顶。因此，容易把价带中一些具有较高能量的电子激发到杂质能级上。这个过程在价带中产生空态即空穴。 3． 比较直线性光电导与抛物线性光电导的主要特性。 答：在直线性光电导的弛豫中，光电流都按指数规律上升和下降。在t=τ时，光电流上升到饱和值的（1-1e ）,或下降到饱和值的1 e ，上升和下降是对称的。显然，直线性光电导 的弛豫时间与光强无关。 在非线性光电导情况下，光电导的弛豫现象比较复杂。它取决于复杂的复合机理，并且 上升和下降都不对称，我们可以用(1 I n αβb 错误!未定义书签。)1/2来表示弛豫时间。光 照开始后，经过这段时间，光电导增加到定态值tanh 1=0.75。而光照停止后，光电导在这段时间内减少到定态值的一半。显然，抛物线性光电导的弛豫时间与光强有关。光强越高，弛豫时间越短。 4． 举一简例说明研究光电导的光谱分布有何实际应用。 答：（1）做特定的光谱特性的传感器 （2）起节省滤光片的作用 5． 简述光生伏特效应与热释电效应的原因及其应用。 答：光生伏特效应：由光照引起电动势的现象。包括两种类型: (1)发生在均匀半导体材料内部；(2)发生在半导体的界面。pn 结的空间电荷区的电场，称为自建电场。光照产生的电子空穴对，在自建电场作用下的运动，是形成光生伏特效应的原因。光生伏特效应的应用: (1)太阳能电池；(2)光电探测器件。 热释电效应：某些晶体的电极化强度随温度变化而变化，从而在晶体特定方向上引起表面电荷变化的现象。此效应只能发生在不具有中心对称的晶体中。某些晶体内正负电荷
《光电成像技术》课程教学大纲
《光电成像技术》课程教学大纲 课程代码：0807708013课程名称：光电成像技术 英文名称：opticalimagingtechnology学分：2总学时：32 授课学时：32实验学时：0上机学时：0课外学时：32适用于对象：光电信息、通信工程、电子信息专业及计算机通信专业的本科生先修成课程：工程光学、信息光学、演示电子技术、数字电子技术学生独立自主自学时数建议：32学时 一、课程性质、目的和任务 《光电光学技术》就是光电信息科学与工程专业的一门的专业课外课。本课程将了解以ccd和cmos图像传感器为核心器件的光电光学系统的基本原理、技术、性能和应用领域。通过本课程的教学并使学生掌控光电光学技术的基本理论、光电光学系统展开分析和设计的基本方法，培育学生分析问的题和解决问题的能力。 二、教学基本要求 介绍光电光学技术的发展脉络，介绍光源、人眼的视觉特性，认知图像显示器件，掌控光电光学器件的基础理论和光电光学技术的基本原理，掌控各种光电光学系统的结构，并可以运用各子系统展开适当的设计。 三、教学内容 第一章绪论 1、教学内容 （1）光电光学技术的产生及发展（2）光电光学技术的应用领域范畴（3）光电光学器件的分类（4）光电光学器件的特性（5）人眼的视觉特性2、重点和难点 （1）重点：光电成像器件的特性，人眼的视觉特性（2）难点：人眼的视觉特性 第二章辐射源及光源 1、教学内容 （1）光辐射的度量及物体热辐射（2）半导体对光的稀释（3）光电效应 （4）光电成像器件的特性（5）自然光源 （6）半导体发光二极管（led）光源 （7）图像传感器应用系统中光源和照度的匹配2、重点和难点
光电成像原理与技术课程设计
2013-2014第（2）学期理学院实践教学 成绩评定表
2013-2014第（2）学期理学院实践教学 任务书
随着科学技术的发展以与CCD器件的广泛应用，工业生产、国防、安防以与日常生活中高速高清CCD的需求越来越广泛。传统CCD相机像素低、帧频慢，在速度和清晰度方面有很大的缺陷，无法满足越来越高的使用需求，而高速高清CCD在图像清晰度和帧频速度都有突出的优势，为CCD相机注入了新的发展活力。最近世界各国在高速CCD相机研发领域投入大量的精力并取得了大量的成果，开展高帧频大面阵CCD相机的研制工作具有重要意义。 本文首先对柯达公司生产的逐行转移面阵CCD传感器KAI-01050做了简单的介绍，基于逐行转移CCD的工作原理、电荷转移方式的研究，设计了高速高清CCD系统的一种结构。本文通过对这些关键技术的研究，完成了高速高清CCD系统的设计工作。 关键词：高速摄像，高清CCD
第一章绪论 (1) 第二章高速高清CCD系统介绍 (3) 2.1 CCD成像原理 (3) 2.2 KAI_01050探测器介绍 (5) 第三章高速高清CCD系统的组成 (7) 3.1 光学系统设计 (7) 3.2 电路系统设计 (8) 第四章结果分析 (9) 参考文献 (10)
第一章绪论 电荷耦合器件(CCD)属于半导体器件，是一种图像传感器，能够把视场内的光学图像转化为电荷并存储在相应的像素中，然后通过读出电路将存储的像元电荷读出，并用外围电路中的模数转换模块转换为数字信号。一个完整的CCD阵列是由一系列的微小光敏物质(像素)组成。CCD图像传感器上拥有的像素数量越多，能够提供的画面清晰度也就越高。CCD器件自1969年在贝尔实验室诞生以来，随着半导体技术的发展，CCD技术也随之得到迅速发展，从当时简单的8像元移位寄存器，到现在已具有数百万、上千万乃至上亿像元。CCD的像元尺寸已经减小到2um以下，在缩小像元尺寸的同时，通过背面光照技术等，使饱和电压和灵敏度也得到提高，在暗电流、读出噪声抑制、抗光晕转移效率等方面也得到了极大的改善。现在的CCD探测器可以探测到短波红外光谱以与一部分紫外光谱，可应用的范围广泛。 CCD和CMOS都是基于MOS结构进行光电转换达到图像采集目的，但是它们对光电转换后的电荷采用不同的处理方式。由于工作方式、结构和制造工艺的差别，与CMOS相比，CCD器件一直有灵敏度高、噪声低等优点。CCD器件拥有光谱响应宽、噪声低、动态范围大、图像畸变小、灵敏度和几何精度高、寿命长、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、可以长时间在恶劣环境工作、进行数字化处理和与计算机连接方便等优点，在图像采集、工业测控、非接触测量、天文遥感、航空航天、机器视觉、实时监控、军事电子对抗等领域得到了广泛应用，是光电子学和测试技术中最活跃和最富有成果的研究领域之一。 随着科学技术发展和图像采集系统的广泛应用，人们对于图像釆集系统的主要指标：采样速率、分辨率、精度和抗干扰能力等方面，提出了越来越高的要求。CCD探测器作为光电转换式的图像传感器，是现代电子学和现代测试技术中最活跃的传感器，有广泛的应用需求。而大面阵，高帧频的应用需求也在逐步提高。高分辨率、高帧频的高速高清CCD技术的发展越来越受到人们的重视。
光电子技术课后答案
习题1 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上,距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ,如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 ΩΦd d e e I =, 202πd l R c =Ω 20 2e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 2. 如图所示,设小面源的面积为∆A s ,辐射亮度为L e ,面源法线与l 0的夹角为θs ;被照面的面积为∆A c ,到面源∆A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角,试计算小面源在∆A c 上产生的辐射照度。 第1题图 第2题图 用定义r r e e A dI L θ∆cos =和A E e e d d Φ=求解。 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗? 不是热辐射。
6. 从黑体辐射曲线图可以看出,不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。 这一关系式称为维恩位移定律,其中常数为2.898⨯10-3m ∙K 。普朗克热辐射公式求一阶导数,令其等于0,即可求的。 9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗? 按色温区分。 习题2 1. 何为大气窗口,试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。 对某些特定的波长,大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性,一般把近红外区分成八个区段,将透过率较高的波段称为大气窗口。 2. 何为大气湍流效应,大气湍流对光束的传播产生哪些影响? 是一种无规则的漩涡流动,流体质点的运动轨迹十分复杂,既有 横向运动,又有纵向运动,空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量,使光束质量受到严重影响,出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移(亦称方向抖动、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象,统称为大气湍流效应。 5. 何为电光晶体的半波电压?半波电压由晶体的那些参数决定? 当光波的两个垂直分量E x ',E y '的光程差为半个波长(相应的相位差为π时所需要加的电压,称为半波电压。
光电成像原理及技术课后题答案(北理工)
光电成像原理及技术课后题答案(北理工)第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成 像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像 系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？ 答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益 G1， 光电灵敏度： 错误！未找到引用源。 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？答， 利用分辨力和光学传递函数来描述。
分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够 分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不 变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，错误！未找到引用源。=1； 灰体，错误！未找到引用源。<1,与波长无关； 选择体，错误！未找到引用源。<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式：错误！未找到引用源。
光电检测技术与应用课后答案
第2章 1、简述光电效应的工作原理。什么是暗电流？什么是亮电流？P11 答：暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流；光照时，光生载流子迅速增 加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。 2、简述光生伏特效应的工作原理。为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？P15 答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应•当用适当波长的光照射PN结时, 由于内建场的作用 （不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。 （2）光生伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光 伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。 3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点？P15、P17 第3章 2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电 导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会 如何？ 聲；辽一型号的光敏电阻，在不同光照下和不同的环境温度下，其光电导灵歆度和时间常数不相同.在照度相同而温度不同时，苴尤电导灵啟度不相同和时间常数也不相同.其材料性质一样，只是决定了q的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子派度和热生电子浓度各貝’决定了T值不同，照度相同决定光生电子浓度珂司：温度不司决定了热主电子浓度不同，同样也决定了T值不同。 由―嚳兰匚弱頤射）和（强辐射〉可推出光电灵敏度hcP 2 尸h v K f l'* 不相同，由1 = 1比（1 —亡“）（弱辐射》和△打=小却扫nh丄〔强辐射）可推出时间常数不相r 同. 3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？ 答:因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增力□，所以有光照时，光电 效应不明显。 p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反 偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。 5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使 用时如何改善其工作频率响应？ 响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命T有关•减小T ,则频率响应提高：其次，光电导器件的响应时间与运用状态也有九例如，光照强度和温廈的变化，因为它们都影响载流子的寿命口光伏特
光电技术与实验答案
光电技术与实验答案 光电技术与实验答案 【篇一：光电技术复习资料】 求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。（lv? 位表面反射的光通量为 divdscos? ）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单 反入?0.6?100?60 lm/m2这也就是该表面的光出射度mv。 对朗伯辐射体，其光亮度lv与方向无关，沿任意方向（与法线方向成?角）的发光强度i?与法线方向发光强度i0之间的关系为i??i0cos? 每单位面积辐射出的光通量除以?即为其光亮度： lv? divdscos? div0ds s?1 v? 603.14 19.1 cd/m2sr d?vd? /2 附：朗伯体法向发光强度i0与光通量?v的关系由定义，发光强度i?，所以在立体角d?内的 2? 光通量：d?v?id??i0cos?sin?d?d?在半球面内的光通量 ?v?
cos?sin?d? d? i0 2、计算电子占据比ef高2kt、10kt的能级的几率和空穴占据比ef 低2kt、10kt能级的几率。 解：能量为e的能级被电子占据的概率为fn(e)? 1 1?exp( e?ef kt ) e比ef高2kt时，电子占据比：fe? 1 1?exp( 2ktkt ) 11?e 2 0.1192 e比ef f?高10kt时，电子占据比：e fp? 11?e 10 4.54?10 ) 11?e
5 1 1?exp( ef?ekt e比ef低2kt时，空穴占据比： 0.1192 f?e比ef低10kt时，空穴占据比：p 11?e 10 4.54?10 5 3、设n－si中ni?1.5?1010cm?3，掺杂浓度nd?1016cm?3，少 子寿命??10?s。如果由于外界作用，少子浓度p＝0（加大反向偏压时的pn结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率r? p 20 ，当复合率为负值时即为产生率） 解：在本征硅中，i npi?n?2.25?10 p? ni 2 2 i ，在n型硅中，少子浓度： 20 nd
光电检测技术与应用XXX课后答案
光电检测技术与应用XXX课后答案光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激
光，通过对此激光的检测可判袂钞票的真假。由于仿制困难，故用于辨伪很正确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作道理是利用人民币的纸张比力坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来判袂钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票举行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一道理，能够实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作道理是针对人民币的纸质举行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸举行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会呈现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对活动钞票举行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反应，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。（5）喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用在
光学系统设计a-北京理工大学--光电学院
《光学系统设计A》 课程编号：****** 课程名称：光学系统设计A 学分：3 学时:48 (其中实验学时：24) 先修课程：应用光学 一、目的与任务 光学系统设计A是测控技术与仪器本科专业的专业教育必修课，它主要是要让学生学会掌握光电仪器设计的理论和实际知识，学习光学设计的像差理论和像差校正方法，掌握国际上流行的光学设计软件的基本使用方法。 本课程的主要任务是：①学习光学系统的像质评价方法和像差理论知识，掌握采用各种像质评价方法来评价光学系统的成像质量；②学习光学自动设计原理和程序，并掌握国内最为流行的光学设计软件Zemax的使用方法；③掌握各类典型光学仪器的设计方法和步骤。 二、教学内容及学时分配 理论教学部分（24学时） 第一章光学系统像质评价(4学时) §1－1 概述 §1－2 共轴光学系统的结构参数和光学特性参数 §1－3 用几何像差评价光学系统的成像质量 §1－4 几何像差的曲线表示 §1－5 用波像差评价光学系统的成像质量 第二章光学自动设计原理和程序(4学时) §2－1 概述 §2－2 光学自动设计中的最优化方法 §2－3 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 §2－4 怎样使用阻尼最小二乘法程序进行光学设计 §2－5 适应法光学自动设计程序 §2－6 怎样使用适应法程序进行光学设计 §2－7 Zemax软件的使用 第三章薄透镜系统的初级像差理论(4学时) §3－1 概述 §3－2 薄透镜系统的初级像差方程式 §3－3 薄透镜组像差的普遍性质
§3－4 像差特性参数P，W，C的规化 §3－5 单透镜的P∞，W∞，C和结构参数的关系§3－6 双胶合透镜组结构参数的求解 §3－7 平行玻璃板的初级像差公式 §3－8 单透镜像差性质的讨论 §3－9 光学系统消场曲的条件——Petzval条件 第四章望远物镜设计(4学时) §4－1 望远物镜设计的特点 §4－2 用初级像差求解双胶合望远物镜的结构参数§4－3 用Zemax软件设计双胶合望远物镜 §4－4 高级像差 §4－5 二级光谱色差 §4－6 用Zemax软件设计其它望远物镜 §4－7 望远物镜像差的公差 第五章显微物镜设计(3学时) §5－1 显微物镜设计的特点 §5－2 显微物镜的类型 §5－3 低倍消色差显微物镜设计 §5－4 中倍消色差显微物镜设计 §5－5 显微物镜像差的公差 第六章目镜设计(3学时) §6－1 目镜设计的特点 §6－2 常用目镜的型式和像差分析 §6－3 冉斯登、惠更斯和凯涅尔目镜设计 §6－4 对称式目镜和无畸变目镜设计 §6－5 广角目镜设计 §6－6 目视光学系统像差的公差 第七章照相物镜设计(2学时) §7－1 照相物镜的光学系统和结构型式 §7－2 照相物镜设计的特点 §7－3 用Zemax软件设计双高斯物镜 §7－4 照相物镜像差的公差
光电技术试题.doc
光电技术试题.doc 光电技术自动成卷系统 单选题（10题，20分）；简答题（5题，40分）；综合题（1题，15分）；计算题（1题，10分）；设计题（1题，15分）选择题（共10道，每题2分） 1、锁定放大器是基于 C A.自相关检测理论 ° B.互相关检测理论 C C.直接探测量子限理论 C I）.相干探测原理 2、下列哪一种应用系统为典型的相干探测应用实例 C A.照相机自动曝光 C B.飞行目标红外辐射探测 C C.激光陀螺测量转动角速度 C D.子弹射击钢板闪光测量 3、依据光电器件伏安特性，下列哪些器件不能视为恒流源： C A.光电二极管 C B.光电三极管 C C,光电倍增管 C D.光电池 4、对于P型半导体来说，以下说法不正确的是 C A.空穴为多子，电子为少子 B.能带图中费米能级靠近价带顶 C.光照时内部不可能产生本征吸收 J D.弱光照时载流子寿命与热平衡时空穴浓度成反比 5、在飞轮转速和方向的光电测量系统中，若光源采用激光二极管，激光波长632nm,输出光调制频率 为lkl【z,探测器为CdSe光敏电阻,后接的检测电路为带通滤波放大器,其中心频率为Ikllz,带宽为lOOIlz。这样，检测系统可以消除光敏
电阻哪些噪声的影响？ J A. 1/f噪声，热噪声 C B.产生-复合噪声，热噪声 ° C.产生-复合噪声，热噪声 C D. 1/f噪声，产生-复合噪声 6、在非相干探测系统中 J A.检测器能响应光波的波动性质，输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位 C B.检测器只响应入射其上的平均光功率 ° C.具有空间滤波能力 C D.具有光谱滤波能力 7、关于半导体对光的吸收，下列说法正确的是 A.半导体非本征吸收时，产生电子一空穴对 C B.杂质半导体本材料不会发生本征吸收 C C.半导体对光的吸收与入射光波长有关 C D.非本征吸收时，吸收的能量全部转换为材料的热能 8、下列关于热电偶和热电堆的说法不正确的是 C A.热电堆的测景误差比热电偶小 ° B,热电堆的测量分辨率比热电偶高 C.热电堆的光电灵敏度比热电偶高 D.两者均基于光热效应 9、下列哪一种探测器的积分灵敏度定标时，要用到色温2856K 的白炽灯标准光源 C A.热电偶 C B.硫镉汞红外探测器 C C. PMT c【）.热样电探测器 10、克尔盒工作的基础是某些光学介质的 C A.电光效应 C B.磁光效应