1.简述：
（1）CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同点和不同点；
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。
（2）在应用上各自有什么优缺点，以及各自的应用领域是什么
答：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。
运用的领域：CMOS传感器在低端成像系统中具有广泛运用，如数码相机，微型和超微型摄像机。CCD在工业生产中的应用广泛，如冶金部门中的各种管、线轧制过程中的尺寸测量。
（3）全球生产CMOS器件和CCD几件的企业有哪些分别位于哪些国家，并对先关企业进行简要描述。
2、简要概述《光电成像原理与技术》各章的主要内容，并用自己的语言陈述各章之间的联系（文字在1000字以上）。
答：
1.光电成像技术的产生及发展，光电成像对视见光谱域的延伸，光电成像技术的应用范畴，光电成像器件的分类，光电成像器件的特性。
2.]
3.人眼的视觉特性与图像探测：人眼的视觉特性与模型，图像探测理论与图像探测方程，目标的探测与识别。
4.辐射源与典型景物辐射：辐射度量及光度量，朗伯辐射体及其辐射特性，黑体辐射定律，辐射源及其特性。
5.辐射在大气中的传输：大气的构成，大气消光及大气窗口，大气吸收和散射的计算，大气消光对光电成像系统性能的影响。
6.直视型电真空成像器件成像物理：像管成像的物理过程，像管结构类型与性能参数，辐射图像的光电转换，电子图像的成像理论，电子图像的发光显示，光学图像的传像与电子图像的倍增。
7.直视型光电成像系统与特性分析：直视型光电成像系统的原理，夜视光电成像系统的主要部件及特性，直视型夜视成像系统的总体设计，夜视系统的作用距离。
8.电视型电真空成像器件成像物理：电视摄像的基本原理，摄像管的主要性能参数，摄像管的分类，热释电摄像管，电子枪简介。
9.固体成像器件成像原理及应用： CCD的物理基础与工作原理， CDD的结构与特性，CCD 成像原理，增强型（微光）电荷耦合成像器件，CCD的应用，CMOS成像器件及其应用。10.电视型光电成像系统与特性分析：电视系统的组成与工作原理，电视型微光成像系统（微光电视），成像光子计数探测系统。
11.红外热成像器件成像物理：红外探测器的分类，红外探测器的工作条件与性能参数，光电导型红外探测器，光伏型红外探测器，红外焦平面阵列探测器，非制冷红外焦平面陈列探测器，量子阱红外探测器。
12.红外热成像系统的结构与特性分析：热成像系统类型与基本参数，光机扫描系统，制冷器工作原理与分类，信号的处理与显示，热成像系统的性能与作用距离模型，热成像系统的实验室评价，热成像系统总体设计的基本考虑。
3、'
4、请用自己的语言陈述学习《光电成像原理与技术》之后的收获和感受（文字在500字以上），并提出三条以上的建议。
答：
收获：在系统的学习了光电成像原理与技术之后更加的深入了解了光电成像的内部原理以及技术关键。再第一章中我知道了光电成像技术的发展历史以及应用范围；第二章里面学习到了人眼的视觉特性是怎样的，以人眼作为研究模型进一步改进我们的光电器械；第三章我学会了辐射相关的公式定律以及辐射的特性等等；
感受：
本课程的学习可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关工作奠定基础。通过对本学科新理论、新器件、新系统的介绍，还可以使学生了解本学科的最新发展动态和技术前沿。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。
课程主要介绍各类光电成像器件的基本工作原理和各种光电成像系统的结构以及相关的学科和技术。课程的任务是使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，完成知识综合的教育和系统应用的教育。课程强调应用所学习的基础理论和方法分析光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论和思想方法等。
课程注重理论联系实际，注重对学习者的能力的培养。通过本课程的学习，可以使学习者掌握现代光电成像原理与技术的基础理论和基本技术，了解当今广泛使用的光电成像器件的基本工作原理，各种光电成像系统的设计思想、结构和性能等。同时，还可以培养学生运用所学的数理知识和思想方法分析和认识光电成像的物理过程，利用理论知识指导和分析各种光电成像器件的工作机理以及构成光电成像系统的技术途径，掌握光电成像系统的应用设计方法和应用光电成像技术解决实际问题的能力，为学生认识和理解系统的概念及其所学知识与理论在工程上的应用打下良好的基础。
建议：书本的理论依据充足，公式也够完整，但是整体看来比较复杂，搞科学不一定非要都是一堆堆公式，可以试着将某些原理、现象、公式通过图片的方式直观的展示给学生，这样学生的学习兴趣会增加，而且要更容易理解。
4、简述光电成像器件将二维图像转换成一维电信号可通过哪些途径实现
*
答：1.电真空型摄像管
（1）内光电变换型的光电导摄像器件①利用内光电效应将入射的光学辐射图像变换为电信号，在视像管中，光电导靶既作为光电变换器，又作为电信号存储与积累器异质结②又可分为注入型光电导靶、阻挡型光电导靶、异质结光电导靶、硅二极管阵列光电导靶
（2）外光电变换型的光电发射型摄像器件①利用的是外光电效应完成二维图像转换成一维电信号的②光电发射型摄像管都具有一下两个共同点：A、光电变换
部分是采用光阴极把输入的光学图像转换成光电子图像B、光电变换器和信号存
储靶是分开的。③常见的有超正析摄像管、二次电子导电摄像管（SEC）、电子
轰击型硅靶摄像管（EBS）
2. 热释电摄像管
热释电摄像管与普通的光电导摄像管在结构上类似，只是用热释电靶代替了光电导靶但是存在本质的区别，首先热释电靶是利用热释电效应来工作的，其次热释电靶是近乎完美的绝缘体，容易积累电荷而使电子束不能连续工作，为此要设法消除靶面的负电荷积累。
3. 固体成像器件CCD
（1）CCD是电荷耦合器件的英文缩写，他利用的是处于非热平衡状态的势阱来进行电荷存储和转移的，它是基于MOS电容器在非稳态下工作的一种器件，为一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列，具有存储和转移信息的能力（2）可分为表面CCD(SCCD)和埋沟CCD(BCCD) （3）且它既能制成线阵CCD也能制成面阵CCD,
还能和像增强器耦合在一起构成图像增强型CCD(ICCD),也可用光电子轰击CCD的像敏元构成电子轰击型CCD(EBCCD),还可以采用延时--积分工作模式构成TDI
4. CMOS成像器件
（1）CMOS是互补金属—氧化物—半导体的英文缩写（2）和CCD具有基本相同的光电转换原理，即光敏单元受到光照后产生光生电子，在通过信号读出电路将其读出，但是CMOS的每个源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以呗单独选址和读出
5.红外探测器
;
（1）热探测器A、热探测器吸收红外辐射后，产生温升，伴随这温升而发生某些物理性质的变化，如产生温差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化、气体体积和压强变化等。测量这些变化就可以测量出他们吸收的红外辐射的能量和功率B、常用的有热释电探测器、微测辐射热计、微测辐射热电堆等（2）光子探测器A、某些固体受到红外辐射照射后，其中的电子直接吸收红外辐射而产生运动状态的改变，从而导致该固体的某种电学参量的改变，这种性质统称为固体的光电效应，光子探测器就是利用光电效应制成的一种探测器B、常用的可以分为以下几类：光电子发射探测器（利用的是外光电效应）、光电导探测器（利用的是内光电效应）、光伏探测器光磁电探测器（利用的是光磁电效应）、肖特基势垒探测器、量子阱探测器等（3）红外焦平面阵列探测器①由红外探测器和具有扫描功能的信号读出器件组成的红外焦平面阵列，是凝视型红外热成像系统的核心，红外焦平面阵列包括光敏元件和信号处理两个部分，可采用不同的光子探测器、信号电荷读出器多路传输②可分为单片式红外焦平面阵列、混合式红外焦平面阵列、Z平面红外焦平面等
5、PV型光电探测器的工作机理是什么有哪些特点常用哪些材料
答：（1）工作机理：其基本部分是一个P-N结光电二极管。波长比材料的截止波长短的红外辐射，被光电二极管吸收后将产生电子-空穴对。如果吸收是发生在结区1，电子和空穴即强电场分开，并在电路中产生光电流。如果吸收是在P区或者N区到结的扩散长度区内，光生载流子必定会首先扩散到空间电荷区，然后在那里受到电场作用，对外电路贡献光电流。如果光电二极管是开路，则P-N结两端出现开路电压，即产生光生伏特效应。若在P、N两端连接一个低电阻，则光电二极管被短路，且有短路电流流动（反向）。
（2）特点：1、光伏探测器响应速度快，有利于进行高速探测；其器件结构有利于
排成二维阵列；探测率高。2. 提高光伏探测器的响应度，首先要提高光生电流，即量子产额，其次是降低反饱和电流，即提高增量电阻。3、光伏探测器常工作于无外加偏压情况，此时器件功耗极低，特别适用于大规模两维阵列。如果后接放大器的输入阻抗高，则入射光信号通过器件电压变化检出信号，即为光伏模式。若后接放大器的输入阻抗很低，则光信号通过二极管短路电流变化检出。若在器件上加一直流偏压，能使器件工作于任何特性工作点，可用电容将探测器耦合到放大器上。
在高频使用时常用反偏以减小耗尽区电容和相应的时间常数Rl*Cj。
（3）材料：
6、热成像系统对扫描器的基本要求是什么常用的光机扫描器有哪些各有什么特点
答：1. 热成像系统对扫描器的基本要求：
？
用于热成像系统的扫描器大部分产生直线扫描光栅。对扫描器的基本要求是：扫描器转角与光束转角呈线性关系；扫描器扫描时对聚光系统像差的影响尽量小；扫描效率高；扫描器尺寸尽可能小；结构紧凑。
2.常用的光机扫描器及特点：
a．摆动平面反射镜
摆动平面反射镜在一定范围内周期性地摆动完成扫描。根据反射光学原理，摆动反射镜使光线产生的偏转角二倍于反射镜的摆角，即当反射镜摆动α角时，反射光线偏转2α角。摆动平面镜是周期性往复运动，因为机构有一定的惯性，所以速度不宜太高，且在告诉摆动的情况下，视场边缘变的不稳定，要求较高的电机传动功率，因此，总的来说摆动平面镜不舍和高速扫描。
b.旋转反射镜鼓
在高速扫描的情况下，经常采用旋转反射镜鼓，由于镜鼓是连续转动，故比较
平稳。旋转反射镜鼓主要用于平行光束扫描。旋转反射镜鼓与摆动平面镜工作
状态基本相同，转角关系和像差也类似。但旋转反射镜鼓的反射面是绕镜鼓中
心线旋转，所以镜面位置相对于光线产生位移。
c.旋转折射棱镜扫描器
具有2（n+1）个侧面(n=1,2,3,…)的折射棱镜，绕通过其质心的轴线旋转，构成
旋转折射棱镜扫描器，旋转折射棱镜只用作会聚光束扫描器。会聚光束中旋转
折射棱镜扫描器除使焦点移动外，还产生各种像差，但由于其运动平衡而连续，
尺寸小，机械噪声小，有利于提高扫描速度。此外，对物镜系统消像差要求较
高，增加了设计难度。
d.旋转折射光楔
旋转折射光楔是一非常灵活的光学扫描器，一般用在平行光路中。利用一对旋
转光楔，改变其旋转方向和转速可以得到许多不同的扫描图形。
，
7、红外探测器的制冷器按制冷原理划分可以分为哪几种类型
答：
特点：1. 杜瓦瓶：结构简单，制冷温度稳定，冷量充足。制冷物质多为液氮77K。
2.焦-汤制冷器：制冷物质为高压氮气。制冷部件体积小，重量轻，无运动部件，机械噪声小，使用方便。缺点：气源可得性差，高压气瓶较重，对工作气体纯度要求苛刻，杂质不能超过%，否则节流孔堵塞会停止工作。
3. 斯特林制冷器：结构紧凑，体积小，重量轻，制冷温度范围宽（77K-10K），启动时间短，效率高，寿命长，操作简单，可长时间连续工作。缺点：冷头有高速运动活塞，机械振动大，容易引起器件噪声增大，分置式可减小这一问题。
4.半导体制冷器：制冷能力取决于半导体材料的性质和回路中电流的大小。目前一级半导体制冷器可产生60℃的温差，为达到更冷，可将n个热电偶串接起来。结构简单，寿命长，可靠性高，体积小，重量轻，无机械振动和冲击噪声，维护方便，只耗电能。
5. 辐射制冷器：耗能极少，甚至不需要能源的被动式制冷器，使用寿命长，不需外加制冷功率，无运动部件，更不会产生振动、冲击噪声，可靠性高。缺点：要求卫星的轨道和姿态得到控制，保证辐射制冷式中对准超低温的宇宙空间，不允许太阳光、地球等红外辐射直射到制冷器的辐射器上。
?
8、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各有什么特点
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。
9、象管直流高压电源有什么特点主要包括哪些部分
答：（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.
10、常用的光机扫描方案有哪些特点如何
答：1.物方扫描：扫描器位于聚光光学系统之前或置于无焦望远系统压缩的平行光路中。
由于扫描器在平行光路中工作，故称平行光束扫描。
2.相仿扫描：扫描器位于聚光光学系统和探测器之间的光路中，对像方光束进行扫描。对
于扫描器在会聚光路中工作，故称会聚光束扫描。
特点：
\
11.、试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义，写出表达式及其试中字母的含义。
答：1. 普朗克公式：
第一辐射常数c1=2πhc^2=*10^ -16(w. ㎡); 第二辐射常数：c2=hc/k=*10^ -2; k 为波尔兹曼常数；c为光速；M。为波长；
公式描述了黑体辐射的光谱分规律，是黑体理论的基础。
2. 斯蒂芬-波尔滋蔓公式：M。（T）=∫（∞－0）M。（λT) dλ=c1π^4 /15(c2)^4 *T^4=бT^4或M。（λ,T)=бT^4
。б=c1π^4/15(c2)^4=*10^ -8 ^ ^ -4)称为斯蒂芬-波尔滋蔓常数。C1为第一辐射常
数。
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。
、
3. 维恩位移定律：峰值波长(μ
常数b=C2/=2898(μC2为第二辐射常数；
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。
4. 最大辐射定律：
M om为最大辐射出射度；
B=C1b^-5 / (e^ c2/b - 1)=* 10^ -11^ -2.μm^ ^ -5)
一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。
12、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。
答：（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）159····160页
13、LED光源和LD光源的英文全称是什么中文全称是什么本质区别是什么哪个光源的相干性好
答：LD的英文全称为：LD light source , 中文全称：半导体激光二极管区别：
是利用注入有源区的载流子自发辐射复合发光
是受激辐射复合发光
3.结构上的差别：LD有光学谐振腔，使产生的光子在腔内振荡放大，LED没有谐振腔。
4.性能上的差别：LED没有阈值特性,光谱密度比LD高几个数量级, LED输出光功率小,发散角大。Ld的相干性好，led是部分相干。
14、简述像管的结构以及像管与摄像管的区别。
】
答：像管的结构：光电变换部分（光电阴极）、电子学部分（电子透镜）、电光变换部分（荧光屏）。
像管和摄像管的区别：像管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，观察者必须通过它来直接面对景物。
15、简述下列教材每一章的内容：（1）《现代光电子成像技术概论》（第二版）向世明主编；（2）《成像光学导论》廖延彪；
答：（1）第一章：光电子成像技术的意义和作用，神奇的人眼视觉及其局限性，子成像系统的物理功能及技术特点，光电子成像系统的构成、工作原理及工作模式，光电
子成像器件和显示器件的一般原理，光电子成像技术基本科学问题探讨，“成像”
一词的来源，现代光电子成像技术的数理含义。
第2章辐射源、目标及大气特性
第3章固体光电子成像器件
第4章真空光电子成像器件
第5章图像显示技术
）
16、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
答：1.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。
2.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。
17、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
18.全国哪些高校有光学工程专业或者光学专业的硕士点（30）哪些高校有光学工程专业或者光学专业的博士点（20）在广西哪些高校有光学工程专业或者光学专业的硕士点
硕士点:哈尔滨工业大学、河北师范大学、北京大学、苏州大学、.长春理工大学、.
电子科技大学、西北大学、四川师范大学、西安电子科技大学、南京航空航天大学、上海交通大学、南京农业大学、华东师范大学、首都师范大学、南京理工大学、湖南师范大学、北京工业大学、南昌大学、西北工业大学、哈尔滨工程大学、赣南师范学院、中山大学、天津理工大学、河北大学、重庆大学、内蒙古师范大学、苏州科技大学、南京艺术学院、昆明理工大学、兰州大学。
博士点:北京大学、北京工业大学、北京交通大学、北京师范大学、长春理工大学、
大连理工大学、电子科技大学、复旦大学、国防科学技术大学、哈尔滨工业大学、湖南师范大学、华东师范大学、华南师范大学华中科技大学、华中师范大学、吉林
大学、兰州大学、南京大学、南开大学、清华大学、曲阜师范大学、山东大学、
山东师范大学、山西大学、上海交通大学
广西光学专业的硕士点: 广西大学、
光电成像原理及技术课后题 答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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G 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
复习指南 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. 电荷耦合器件，简称CCD；自扫描光电二极管阵列，简称SSPD，又称MOS图像传感器 4.什么是像管?由哪几部分组成?(P8第一段后部) 器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，它的工作方式是：通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。这样的器件通常称为像管。 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。 5.像管的成像包括哪些物理过程?其相应的物理依据是什么?(P8第一段工作方式) （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
2014-2015 第一学期 光电成像技术 ——红外热成像技术的发展及其应用 院系电子工程学院光电子技术系 班级光信1104 姓名王凯 学号05113123 班内序号14 考核成绩
红外热成像技术的发展及其应用 摘要：用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。 关键字：红外线，红外热成像技术，发展及其应用 一、引言 1800年英国的天文学家Mr.William Herschel 用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应。他发现，当水银温度计移到红色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，也就是“红外辐射”。 二、红外热成像技术 我们人眼能够感受到的可见光波长为：0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。红外热成像仪大致分为致冷型和非致冷型两大类。 目前，世界上最先进的红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪），其温度灵敏度可达0.03℃。 1、红外热像仪的工作原理 红外热像仪可将不可见的红外辐射转换成可见的图像。物体的红外辐射经过镜头聚焦到探测器上，探测器将产生电信号，电信号经过放大并数字化到热像仪的电子处理部分，再转换成我们能在显示器上看到的红外图像。
传感器与自动检测技术 一、填空题（每题3分） 1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。 2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 7、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。 8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用
图像光电转换的基本过程
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图像光电转换的基本过程 电视图像的传送是基于光电转换原理，而实现光电转换的关键器件是发送端的摄像管和接收端的显像管。 1. 图像的分解 电视系统处理和传送的对象是光的景物，景物存在于三维空间，其光学特性（即景物的亮度和色度信息）不仅随空间位置的不同而不同，而且还与时间有关系（静止景物除外）。因此，景物信息是三维空间和时间的函数，可用光学信息表达式为：。 但是目前的电视系统仍为平面彩色电视，只传输景物的二维光学信息，因此上式中的z可不考虑。另外，这里仅讨论黑白平面活动图像，只需传输各像素的亮度信息，其光学信息表达式简化为：。 但是，亮度仍然是x、y、t的三维函数，而经传输通道传送的电信号为电压（或电流），只能是时间的一维函数为：。实现转换的方法是：将景物信息分解成很多小点，这样
就能以每个小点为单位进行光电转换和传送。因此，对于每个小点来说，其光学特性以及经光电转换得到的电信号就只与时间有关了，也就是将景物信息转化成时间的一维函数。 将景物图像化整为零的方法称为图像的分解，分解之后的小点称为像素。所谓像素，就是组成图像的元素，即基本单位，具有单值的亮度信息和空间位置。一幅电视图像由许许多多个像素组成，电视系统能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。在我国的黑白广播电视标准中，一幅图像包含大约40～50万个像素。图像的结构—导学。 图像的分解是在摄像端的光电转换和扫描过程中完成的。在接收端，通过显示装置的扫描和电光转换作用，这些被分解的像素又会在屏幕上合成出原来的图像，从而实现电视的全过程。 2.图像的传送 一幅图像由许多像素组成，这些像素的亮度信息经光电转换之后变成相应的电信号。电视系统的任务是将各像素的变换成, 实现转换的方式，有同时传输制和顺序传输制。 ●像素信息同时传输制
光电成像原理与技术考试要点 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[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？ 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？ 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. 4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f 噪声)(6)介质损耗噪声(7)电荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 1. 人眼的视觉分为哪三种响应？明、暗适应各指什么？ 答：[1]三种响应：明视觉、暗视觉、中介视觉。人眼的明暗视觉适应分为明适应和暗适应[2]明适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应,大约需要2~3 min[3]暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应,暗适应通常需要45 min,充分暗适应则需要一个多小时。 2. 何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？ 答：[1]人眼的绝对视觉阈：在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值。[2]阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。[3]光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应）。 3. 试述人眼的分辨力的定义及其特点。 答：[1]定义：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角θ，其倒数为人眼分辨力。
光电传感与检测技术 教材：《光电检测技术与应用（第三版）》郭培源付扬编著北京航空航天大学出版社 参考书目：《光电检测技术》曾光宇清华大学出版社 《光电传感与检测技术》江晓军机械工业出版社 《光电检测技术及应用》周秀云电子工业出版社 学时：64学时（4学分），其中理论56学时，实验8学时（4个实验） 成绩：平时成绩 30%（考勤、作业、学习态度、实验），期末考试 70％ 第一章绪论 1.1 课程内涵 光电传感与检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术,它主要利用光电传感器将光学信号变换成电学信号,并采用电路放大和滤波处理等电子技术对变换后的电信号进行检测，然后用电子学、信息论、计算机等方法进行分析并进一步传递、储存、控制和显示。 1.2 课程特点 光电传感与检测技术具有非接触、精度高、速度快、自动化等特点，是光、机、电、计算机技术的综合应用。它将光电传感器与单片机技术、计算机技术及虚拟仪器技术相结合，使检测技术更加方便。 1.3 光电传感技术 1.3.1 什么是光电传感器 日常生活中的传感器：电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中燃料计和速度计等等。 人体系统和机器系统的比较：人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。 1.3.2 光电传感器的组成和分类 光电传感器的组成包括光源、光学通路、光电元件。 光电传感器分类： （1）按照探测机理分类：
光学图像处理 实 验 报 告 学生姓名： 班级： 学号： 指导教师： 日期：
一、实验室名称： 二、实验项目名称： 图像变换 三、实验原理： 傅立叶变换是信号处理领域中一个重要的里程碑，它在图像处理技术中 同样起着十分重要的作用，被广泛的应用于图像特征提取、图像增强与恢复、噪声抑制、纹理分析等多个方面。 1、离散傅立叶变换（DFT ）： 要把傅立叶变换应用到数字图像处理当中，就必须处理离散数据，离散傅 立叶变换的提出使得这种数学方法能够和计算机技术联系起来。 正变换： 逆变换： 幅度： 相位角： 功率谱： 2、快速傅立叶变换（FFT ）： 离散傅立叶变换运算量巨大，计算时间长，其运算次数正比于N^2,当 N 比较大的时候，运算时间更是迅速增长。二快速傅立叶变换的提出将傅立叶变换的复杂度由N^2下降到了NlgN/lg2,当N 很大时计算量可大大减 少。 而快速傅立叶变换(FFT)需要进行基2或者基4的蝶形运算，算法上面 较离散傅立叶变换困难。 ∑∑-=-=+-=1010)//(2),(1),(M x N y N vy M ux j e y x f MN v u F π∑∑-=-=+=1010) //(2),(),(M x N y N vy M ux j e v u F y x f π
3、离散余弦变换(DCT)： 为FT 的特殊形式，被展开的函数是实偶函数的傅氏变换，即只有余弦项。变换核固定，利于硬件实现。具有可分离特性，一次二维变换可分解为两次一维变换。 正变换： 逆变换： 其中： 四、实验目的： 1． 了解各种图像正交变换的作用和用途； 2． 掌握各种图像变换的方法和原理； 3． 熟练掌握离散傅立叶变换(DFT)、离散余弦变换(DCT)的原理、方法和实 现流程，熟悉两种变换的性质，并能对图像傅立叶变换的结果进行必要解释； 4． 熟悉和掌握利用Matlab 工具进行图像傅立叶变换及离散余弦变换的基本 步骤、MATLAB 函数使用及具体变换处理流程； 5． 能熟练应用Matlab 工具对图像进行FFT 及DCT 处理，并能根据需要进行 必要的频谱分析和可视化显示。 五、实验内容： 1、读取以下两幅图像，分别对其进行离散傅立叶变换(FFT)。变换处理中，要求进行频谱原点平移到(0,0)，并能分别显示出其2D 频谱图。通过对变换结果的分析，可以看出变换结果满足傅立叶变换（FT ）的什么性质。 2、任意读取一幅灰度图像，对其进行FFT 变换，变换结果要求分别展示其64×64、128×128、256×256 的频谱图（注：为便于分析，要求变换结果的频率原点移动到(0.0)），且对64×64 频谱图能进行3D 显示。 3、任意读取一幅灰度图像，对其进行DCT 变换。变换处理过程要求利用正交变换矩阵法及matlab 的dct2()函数两种方法分别进行，并对变换结果进行比较和分析。 六、实验器材（设备、元件）： ()()()()??? ??+??? ??+=∑∑-=-=N y v N x u y x f v c u c v u F N x N y c 212cos 212cos ,)()(,1010ππ∑∑-=-=??????+??????+=101 02)12(cos 2)12(cos ),()()(),(N u N v c N v y N u x F y c x c y x f ππυμ?????-≤≤==1 1201)(N k N k N k c
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
?（一）检测 一、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量病归属到某一范围带，以此来 判别被测参数是否合格或参数量是否存在。测量时将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量队标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 在自动化和检测领域，检测的任务不仅是对成品或半成品的检验和测量，而且为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象使之处于人们选定的最佳状况，需要随时检测和测量各种参量的大小和变化等情况。这种对生产过程和运动对象实时检测和测量的技术又称为工程检测技术。 测量有两种方式：即直接测量和间接测量 直接测量是对被测量进行测量时，对以表读数不经任何运算，直接的出被测量的数值，如：用温度计测量温度，用万用表测量电压 间接测量是测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系是计算出被测量的数值。 如：功率P与电压V和电流I有关，即P=VI，通过测量到的电压和电流，计算出功率。 直接测量简单、方便，在实际中使用较多；但在无法采用直接测量方式、直接测量不方便或直接测量误差大等情况下，可采用间接测量方式。 光电传感器与敏感器的概念 传感器的作用是将非电量转换为与之有确定对应关系得电量输出，它本质上是非电量系统与电量系统之间的接口。在检测和控制过程中，传感器是必不可少的转换器件。 从能量角度出发，可将传感器划分为两种类型：一类是能量控制型传感器，也称有源传感器；另一类是能量转换传感器，也称无源传感器。能量控制型传感器是指传感器将被测量的变换转换成电参数（如电阻、电容）的变化，传感器需外加激励电源，才可将被测量参数的变化转换成电压、电流的变化。而能量转换型传感器可直接将被测量的变化转换成电压、电流的变化，不需外加激励源。 在很多情况下，所需要测量的非电量并不是传感器所能转换的那种非电量，这就需要在传感器前面加一个能够把被测非电量转换为该传感器能够接收和转换的非电量的装置或器件。这种能够被测非电量转换为可用电量的元器件或装置成为敏感器。例如用电阻应变片测量电压时，就需要将应变片粘贴到售压力的弹性原件上，弹性原件将压力转换为应变力，应变片再将应变力转换为电阻的变化。这里应变片便是传感器，而弹性原件便是敏感器。敏感器和传感器随然都可对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测量转换为可用非电量，而传感器是把被测非电量转换为电量。 二、光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器，广泛应用 于自动控制、宇航和广播电视等各个领域。 光电传感器主要噢有光电二极管、光电晶体管、光敏电阻Cds、光电耦合器、继承光电传感器、光电池和图像传感器等。主要种类表如下图所示。实际应用时，要选择适宜的传感器才能达到预期的效果。大致的选用原则是：高速的光电检测电路、宽范围照度的照度计、超高速的激光传感器宜选用光电二极管；几千赫兹的简单脉冲光电传感器、
光电检测技术课程作业及答案(打印版)
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
1.简述： （1）CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同点和不同点； 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。 （2）在应用上各自有什么优缺点，以及各自的应用领域是什么 答：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。 运用的领域：CMOS传感器在低端成像系统中具有广泛运用，如数码相机，微型和超微型摄像机。CCD在工业生产中的应用广泛，如冶金部门中的各种管、线轧制过程中的尺寸测量。 （3）全球生产CMOS器件和CCD几件的企业有哪些分别位于哪些国家，并对先关企业进行简要描述。 2、简要概述《光电成像原理与技术》各章的主要内容，并用自己的语言陈述各章之间的联系（文字在1000字以上）。 答： 1.光电成像技术的产生及发展，光电成像对视见光谱域的延伸，光电成像技术的应用范畴，光电成像器件的分类，光电成像器件的特性。 2.] 3.人眼的视觉特性与图像探测：人眼的视觉特性与模型，图像探测理论与图像探测方程，目标的探测与识别。 4.辐射源与典型景物辐射：辐射度量及光度量，朗伯辐射体及其辐射特性，黑体辐射定律，辐射源及其特性。 5.辐射在大气中的传输：大气的构成，大气消光及大气窗口，大气吸收和散射的计算，大气消光对光电成像系统性能的影响。 6.直视型电真空成像器件成像物理：像管成像的物理过程，像管结构类型与性能参数，辐射图像的光电转换，电子图像的成像理论，电子图像的发光显示，光学图像的传像与电子图像的倍增。 7.直视型光电成像系统与特性分析：直视型光电成像系统的原理，夜视光电成像系统的主要部件及特性，直视型夜视成像系统的总体设计，夜视系统的作用距离。 8.电视型电真空成像器件成像物理：电视摄像的基本原理，摄像管的主要性能参数，摄像管的分类，热释电摄像管，电子枪简介。 9.固体成像器件成像原理及应用： CCD的物理基础与工作原理， CDD的结构与特性，CCD 成像原理，增强型（微光）电荷耦合成像器件，CCD的应用，CMOS成像器件及其应用。10.电视型光电成像系统与特性分析：电视系统的组成与工作原理，电视型微光成像系统（微光电视），成像光子计数探测系统。 11.红外热成像器件成像物理：红外探测器的分类，红外探测器的工作条件与性能参数，光电导型红外探测器，光伏型红外探测器，红外焦平面阵列探测器，非制冷红外焦平面陈列探测器，量子阱红外探测器。
一、简答题 1、根据系统工作的基本目的，通常光电系统可以分为哪两大类？ 答：(1)信息光电系统。例如：光电测绘仪器仪表、光电成像系统、光电搜索与跟踪系统、光电检测系统、光通信系统等。(2)能量光电系统。例如：激光武器、激光加工设备、太阳能光伏发电、“绿色”照明系统等。 2、光电系统的研发过程需要哪些学科理论与技术的相互配合？ 答：光电系统的发展需要多种学科相互配合。它是物理学、光学、光谱学、电子学、微电子学、半导体技术、自动控制、精密机械、材料学等学科的相互促进和渗透。应用各学科的最新成果，将使光电系统不断创新和发展。 3、光学系统设计基本要求包括哪些？ 答：基本要求包括：性能、构型选择、和可制造性三个方面。 4、光学系统设计技术要求包括哪些？ 答：基本结构参数（物距、成像形式、像距、F数或数值孔径、放大率、全视场、透过率、焦距、渐晕）；成像质量要求（探测器类型、主波长、光谱范围、光谱权重、调制传递函数、RMS波前衰减、能量中心度、畸变）；机械和包装要求；其它具体要求。 5、望远物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？ 答：球差、慧差和轴向色差。 6、目镜设计中需要校正的像差主要是哪些？ 答：像散、垂轴色差和慧差。 7、显微物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？ 答：球差、轴向色差和正弦差，特别是减小高级像差。 8、几何像差主要有哪些？ 答：几何像差主要有七种：球差、慧差、象散、场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差。 9、用于一般辐射测量的探头有哪些？ 答：光电二极管 10、可用于微弱辐射测量的探头有哪些？ 答：光电倍增管 11、常用光源中哪些灯的显色性较好？ 答：常用光源中，白炽灯、卤钨灯、氙灯的显色性较好。（高压汞灯、高压钠灯的显色性较差） 12、何谓太阳常数？ 答：太阳常数——在地球-太阳的年平均距离，大气层外太阳对地球的的辐照度(1367±7) W2m-2
一、选择填空题（20分）电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器 湿敏传感器光电耦合器压电传感器电容传感器 热敏电阻色敏传感器压阻传感器光纤传感器 磁电传感器光电二极管差动变压器热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器 热电偶红外传感器 正确选择以上传感器填入以下空内： 1、可以进行位移测量的传感器有、、；学生答案：学生答案： 3、半导体式传感器有、、、；学生答案： 4、光电传感器有 学生答案： 5、用于磁场测量的传感器有、；学生答案： 6、进行振动（或加速度）测量的传感器有、；学生答案： 7、利用物体反射进行非电量检测的传感器有、。 学生答案： 二、填空题（40分） 8、热电偶所产生的热电势是电势和电势组成的，在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在之间，接入，它的作用是。 学生答案： 热电偶所产生的热电势是光电池、光电仪电势和单一导体的温差电势组成的，在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 9、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下效应，这类元件有；第二类是利用在光线作用下效应，这类元件有；第三类是利用在光线作用下效应，这类元件有。 学生答案： 光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。
光电检测器件的性能比较与应用选择 1.光电检测器件的分类 根据光电检测器件对辐射的作用形式的不同（也就是工作机理的不同），可将其分为热电检测器件和光子检测器件两大类。 热电检测器件目前常用的有热释电器件、热敏电阻、热电偶和热电堆等。他们的特点如下。 （1）响应波长无选择性。对从可见光到远红外的各种波长的辐射，热电检测器件都表现出同样的敏感。 （2）响应慢。热电检测器件吸收辐射后再产生信号所需要的时间长，一般在几毫秒以上。 光电检测器件应用广泛，通常所说的光电检测器件指的就是光子检测器件。这种器件可分两大类：一类是电真空或光电发射型检测器件，如光电管和光电倍增管；另一类是固体或半导体光电检测器件，如光导型（光敏电阻）和光伏型（光电池与光电二、三极管等）检测器件。它们的特点如下。 （1）响应波长有选择性，因这些器件都存在某一截止波长λ，超过此波长则器件无响应。 （2）响应速度快，一般为几纳秒或几百微秒。 2.光信号的类型 在应用光电检测器件的测量仪器和系统中，光电器件接收的光信号有以下几种。 （1）通断光信号光信号的通断是指由被测对象导致的投射到光电器件上的光信号的截断或通过，如光电开关、光电报警器等接收到的即是通断光信号。此时的光电器件不考虑线性，但要考虑灵敏度。 （2）按一定频率变化的光信号这种光信号是有一定频率的，必须使所选器件的上限截止频率（最好是最佳工作频率）大于输入信号的频率，这样才能测出输入信号的变化。 （3）幅度变化的光信号当被测对象对光的反射率、透过率发生变化或被测对象本身的光辐射强度变化时，光信号幅度大小亦随之改变。为准确测出光信号幅度大小的变化，必须选用线性好、响应快的器件，如光电倍增管、光电二极管等。 （4）有色度差的光信号当被测对象本身辐射的色温存在差异或者表面颜色变化时必须选择具有合适光谱特性的光电器件。
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光伏效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光伏模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为（可见）图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件电荷转移通道主要有两大类，一类是（SCCD），另一类是（BCCD）。 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（直流）、（交流）和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有（正电子亲合势光电阴极）和（负电子亲合势光电阴极），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把（微弱）增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为（），它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力。 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。 18、根据衬底材料的不同，硅光电电池可分为（2DR）型和（2CR）型两种。 19、根据衬底材料的不同，硅光点二、三级管可分为（3DU）型和（3CU）型两种。 20、为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V（f）, 视见函数有（明视见函数）和（暗视见函数）。 21、PMT有哪几部分组成？并说明店子光学系统的作用是什么？PMT的工作原理？ PMT主要由入射窗口、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。 电子光学系统的主要作用有两点: 1、使光电阴极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比. 2 . PMT的工作原理 1．光子透过入射窗口入射在光电阴极K上 2．光电阴极K受光照激发，表面发射光电子 3．光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，将 发射出比入射电子数更多的二次电子。入射电子经N级倍增后， 光电子数就放大N次. 4．经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流I p，在负载R L上产生信号电压Ｕ0。 22、PMT的倍增极结构有几种形式？个有什么特点？ 鼠笼式,盒栅式，直线聚焦型，百叶窗式，近贴栅网式，微通道板式。 23、什么是二次电子？并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么？光电子发射过程的三步骤？ 答：当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二次电子。 二次电子发射过程的三个阶段： 1) 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子； 2) 内二次电子中初速指向表面的那一部分向表面运动，在运动中因散射而损失部分能量； 3) 到达界面的内二次电子中能量大于表面势垒的电子发射到真空中，成为二次电子。 24、简述Si-PIN光电二极管的结构特点，并说明Si-PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？p69 25、简述常用像增强器的类型？并指出什么是第一、第二和第三代像增强器，第四代像增强器在在第三代基础上突破的两个技术室什么？p130 1). 级联式像增强器2) 第2代像增强器（微通道板像增强器）3).第3代像增强器4).第4代像增强器 26、什么是光电子技术?光电子技术以什么为特征？ 光电子技术是：光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术。主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转
数字图像的盲复原研究
1 引言 图像复原，是指消除或减轻图像获取过程中所发生的质量下降，也就是退化，使它趋向于复原成退化前的理想图像。 图像复原的难易程度主要取决于对退化过程的先验知识掌握的精确程度。如果我们对退化的类型、机制和过程都十分清楚，那么就可以根据图像退化的先验知识建立退化模型，采用各种反退化处理方法，如维纳滤波等，对图像进行复原处理，这是比较典型的图像复原方法。然而，在实际的图像处理时，许多先验知识(包括图像的及成像系统的先验知识)往往并不具备。一方面，某些情况下，要获得图像的先验知识需要付出很大的代价，甚至有的还是物理不可实现的。如，在遥感和天文应用中，得出原始图像的统计模型或获得从未被拍摄过的景象的特定信息都是十分困难的;在航空拍摄和天文学中，因为点扩散函数(PSF)的变化难以把握，所以无法获得模糊过程的精确模型;在医学、电视会议等实时图像处理中，PSF的参数很难预知，从而也无法实时地恢复图像。另外，用于估计退化过程的识别技术还会产生很大的误差，以致于复原出的图像存在人为假象。由此看来，图像退化是不可避免的，同时又很难用硬件准确测出图像系统的PSF。基于以上原因，提出了图像盲复原技术这一课题。 图像盲复原是指在图像系统(即退化过程)的信息全部或部分未知的情况下，通过退化图像的特征来估计真实图像和模糊算子的过程。不管从理论上，还是从实际操作上，都是一个十分困难的问题。尽管对经典的线性图像复原己进行过深入的研究，但这些方法并不能直接应用于图像的盲复原，而是有待于进一步的探讨。 另外，对图像复原结果的评价也应确定一些准则，这些准则包括最小均方误差(MMSE)准则、加权均方准则、最大墒准则等。 本章通过对己有算法的研究来讲述图像盲复原的基本原理和方法，探讨它的发展趋势和价值。 2、图像的成像模型 图像复原的首要任务是建立图像的退化模型，即首先必须了解、分析图像退化的机理，并用数学模型表现出来。由于图像退化的原因很多，退化机理比较复杂，因此，要提供一个完善的数学模型是非常复杂和困难的。