光电成像技术.ppt

第6章光电成像系统将美丽留驻？实物如何准确地描述一幅图像？§6.1光电成像概述§6.2固体摄像器件分类及性能§6.3红外成像技术§6.4光学成像系统和光学传递函数§6.1光电成像概述3、噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性。三、光电成像系统基本组成的框图景物§6.2固体摄像器件分类及性能固体摄像器件主要有三大类：电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，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）目前，前两种用得较多，我们这里主要分析CCD一种。注：CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理上没有区别。CCD图像传感器的优势Fig.1贝尔实验室GeorgeSmith和WillardBoyle将可视电话和半导体存储技术结合发明了CCD原型瑞典皇家科学院6日宣布，美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯因发明电荷耦合器件（CCD）图像传感器而与“光纤之父”高锟一同获得2009年诺贝尔物理学奖。评委会赞扬博伊尔与史密斯1969年第一次成功地发明了数字成像技术，工作于贝尔实验室的他们设计了一种影像传感器，可以将光在短时间内转化为像素，为摄影技术带来“革命化”变革。“没有CCD，数码相机的发展将更为缓慢。没有CCD，我们就不会看到哈勃太空望远镜拍摄的令人诧异的图片，也不会看到我们的邻居火星上的红色沙漠图像。”评委会说。1969年，由美国的贝尔研究室所开发出来的。同年，日本的SONY公司也开始研究CCD。1973年1月，SONY中研所发表第一个以96个图素并以线性感知的二次元影像传感器〝8H*8V(64图素)FT方式三相CCD〞。1974年6月，彩色影像用的FT方式32H*64VCCD研究成功了。1976年8月，完成实验室第一支摄影机的开发。1980年，SONY发表全世界第一个商品化的CCD摄影机(编号XC-1)。1981年，发表了28万个图素的CCD(电子式稳定摄影机MABIKA)。1983年，19万个图素的IT方式CCD量产成功。1984年，发表了低污点高分辨率的CCD。1987年，1/2inch25万图素的CCD，在市面上销售。同年，发表2/3inch38万图素的CCD，且在市面上销售。1990年7月，诞生了全世界第一台V8。6.2.1电荷耦合摄像器件CCD的特点:以电荷作为信号。CCD的基本功能:电荷存储和电荷转移。CCD工作过程:信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程。1、CCD的基本结构：（1）输入部分：输入二极管（ID/Inputdiaode）、输入栅（IG/InputGrid）6.2.1电荷耦合摄像器件(3)输出部分：将电荷信号转换为电压或电流信号输出栅（OG/Outputdiaode）输出二极管（OD/OutputGrid）１）ＣＣＤ的输入部分（１）电注入：当ＣＣＤ用于信息存储或信息处理时，通过输入端注入与信号成正比的电荷。有两种方式，电流注入法和电压注入法。如图６.４（ａ）所示为电流注入法结构，如图６.４（ｂ）所示为电压注入法结构。（２）光注入：当ＣＣＤ用于拍摄光学图像时，把按照照度分布的光学图像通过光电转换转化为电荷分布，然后由输入部分注入。ＣＣＤ相机采用的就是光注入，如图６.５所示。式中，η为材料的量子效率；ｑ为电子电荷量；Ｎｅｏ为入射光的光子流速率；Ａ为光敏单元的受光面积；ｔｃ为光的注入时间。图6.6MOS的基本结构三、CCD的基本功能包括：电荷的产生、存储、转移和输出。1、电荷的产生：电荷的产生方法主要分为：光注入和电注入。（1）电注入：当CCD用作信息存贮或信息处理时，通过输入端注入与信号成正比的电荷。（2）光注入：当CCD用作拍摄光学图像时，把按照照度分布的光学图像通过光电转换成为电荷分布，然后由输入部分注入。CCD相机就是采用光注入。光电导效应信号电荷的产生（示意图）2、电荷存储当金属电极上加正电压时，由于电场作用，电极下P型硅区里空穴被排斥入地成耗尽区。对电子而言，是一势能很低的区域，称“势阱”。有光线入射到硅片上时，光子作用下产生电子—空穴对，空穴被电场作用排斥出耗尽区，而电子被附近势阱（俘获）。电极上所加的电压越高，势阱越深，电荷留在阱内量越多。只要电压存在，电子就能储存在势阱里。由于绝缘氧化物层使得电子不能穿过而到达电极，因此存贮在势阱里的电子形成了电荷包，其电荷量的多少与光照强度及照射时间成正比，于是所有电极下的电荷包就组成了与景物相对应的电荷像。信号电荷的存储（示意图）光滴CCD的工作过程CCD的工作过程这一过程存在着以下问题：当一个像素聚集过多的电荷后，就会出现电荷溢出溢出的电荷会跑到相临的像素势阱里去。这样电量就不能如实反映原物。要避免这种情