(光电对抗)《图像信息获取中的光电子技术》.pdf

$""!年,月深圳大学学报（理工版）D:E9$""!
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文章编号：!"""#$%!（&$""!）"’#""()#!’

编者按：光电子产业是$!世纪的高新技术产业，是深圳“十五”期间产业发展的重点*为了使深圳的
光电子产业获得强大的理论支撑，深圳投资!亿多元建立牛憨笨院士领导的深圳大学光电子实验室*为满足
广大读者对光电子技术的浓厚兴趣，自本期开始，我刊辟出《光电子技术讲座》栏目，陆续刊登由牛憨笨院
士撰写的光电子图像信息获取、传输、存储和显示等论文，深入浅出地阐述光电子理论及其应用*

!光电子技术讲座!
图像信息获取中的光电子技术

牛憨笨

（深圳大学光电子学研究所，深圳)!&"%"）

摘要：光电子和微电子技术是目前信息领域中两大核心技术*信息技术的首要任务是
完成信息的获取，特别是图像信息的获取*本文介绍利用光电子技术获取图像信息的原理、
特点及应用等*
关键词：图像信息获取；光电转换；变像管；==>；超快现象诊断；生物医学诊断；军
事应用
中图分类号：?@!+；A)(!9)’文献标识码：B

引言

信息获取是信息传输、处理、显示和存储的前提，是人类认识物质世界的首要步骤*人
类感知世界首先靠自己的眼、耳、鼻、舌和皮肤等)种感觉器官，但它们的功能是极其有限
的*即使是人类最得力的视觉，它获得的信息量占各感官总获得信息量的("C以上，对许
多现象也无能为力*它既分辨不清细小的物体，也看不见遥远的目标，更不能感知紫外线和
红外线，甚至对可见光其灵敏度也是有限的，在漆黑夜晚不借助灯光就什么也看不见，而对
于快速变化的现象更看不清其间发生的变化*人类要更深刻地感知世界，就需要借助于获取
信息的科学仪器*
人类获取视觉信息有多种手段，但最常见的是各种光学系统*例如，眼睛近视或远视可
配戴近视镜或远视镜，看不清细小的东西可借助于放大镜或显微镜，看不见远的目标可借助
于望远镜，要看电影先要用电影摄影机把电影记录在胶片上，要照相可用照相机等*但是光
学系统也有其局限性*例如，要想看见人体内的五脏六肺利用一般光学系统是不行的，而要
在夜晚看清目标，仅借助于一般的光学系统也是办不到的*为了进一步扩展视觉功能，就要
借助于光电子技术*利用光电子技术人们不仅可随时看见遥远的目标和微小的目标，还可以

收稿日期：$""!#"+#’!
作者简介：牛憨笨（!,+"#），男（汉族），山西省壶关人，中国工程院院士，深圳大学研究员*
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4&深圳大学学报（理工版）第"5卷

看见人眼不可感知的微弱目标及各种辐射，甚至还可看清各种超快过程!本文着重介绍光电
子技术获取各种视觉信息的原理、方法、特点及其应用!

"原理

人体五种感觉器官的功能不同，其获取信息的种类和工作方式也不一样!原则上讲，眼
睛具有对信息并行处理功能!即在同一时刻，它可以接收来自不同位置的信息!而其它感觉
器官，原则上讲，它们各自只能接收不同性质的时序信息!正由于人眼有并行处理功能，它
所接收的信息比其它感觉器官接收的信息的总和还要多!为了更充分地发挥眼睛获取信息的
功能，一方面我们使用各种科学仪器使眼睛原来看不见或看不清的东西能够看见或看清；另
一方面我们还使用各种传感器将非视觉信息转换为视觉信息，使人们通过视觉获得更广泛的
不同质的信息!因此，随着科学技术的进步，人类通过眼睛获得信息所占的比例会越来越
高!
上面谈到人眼在获取信息方面既有突出优点，又有某局限性!科学工作者的任务就是采
取有效措施，充分发挥其优点，克服其局限性!概括起来，人眼的局限性主要表现为：
!波长响应范围在可见光范围之内，即#$$%&’$()!超出这个范围，眼睛就看不见了!
因此，它看不见近红外和中远红外光，也看不见紫外和真空紫外光，更看不见*射线、+射
线以及荷电和不荷电粒子；
"在可见光范围内，只有在’$%"$$,-照度下它才可长时间舒服地看清物体!而低于这
一照度就会感到疲劳，而低于$.",-的照度就难以看清目标；
#在合适的照度下眼睛的分辨角仅有$.$/0左右，若物体细节对于眼睛的张角小于此
值，人眼就分辨不清!正由于如此，它既看不清周围微小的物体，也看不清远处的目标；
$由于人眼的视觉逗留时间一般约为$./1，它看不清快速运动的物体!
利用一般的光学系统可在一定程度上解决第#和第$个问题，而对第!和第"个问题基
本是无能为力的!即使第#和第$个问题在很多情况下一般光学系统也不能满足要求!为了
扩展眼睛的光谱响