文档介绍：图像传感器应用技术
天津大学精密仪器与光电子工程学院
王庆有
2005年2月
序
CCD的发展史
初期阶段
70年
72年 D器件
79年 D面阵摄像机
80年代CCD图像传感器已在我国得到原理性的应用,国际上已进入规模应用
88年起,D应用技术讲习班,D技术
D应用技术在我国得到深入的发展
序
CCD图像传感器的发展
CCD器件的尺寸
最小:外径小于2mm;
最大:×;
CCD像元数
线阵:256×1-- 7500×1; 2250×3-- 10550×3;
面阵:190×190; 1024×1024; 5120×D器件的工作速度
线阵:最高等效工作速率为240MHz
面阵:最高帧频为1000幅/秒
序
图像传感器的应用
非接触测量物体的外形尺寸
非接触测量物体的震(振)动
非接触测量物体的运动速度
非接触测量物体的表面质量
用于颜色的检测
用于光谱探测
用于安全检查、安全监控、安全监视
用于道路、交通、安全管理等
第1章光电技术基础
光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电磁波方式传播的粒子。
光的本质是物质,它具有粒子性,又称为光量子或光子。光子具有动量与能量,并分别表示为与式中h为普朗克常数(×10-34J·s);v为光的振动频率(s-1);c为光在真空中的传播速度(3×108m·s-1)。
光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光电效应,而光电效应又充分证明了光的量子性。
图1-1为电磁波按波长的分布及各波长区域的定义(称为电磁波谱)。电磁波谱的频率范围很宽,涵盖了由宇宙射线到无线电波(102~1025Hz)的宽阔频域。光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分,它包括的波长区域从几纳米到几毫米,即10-9~10-3m的范围。在这个范围内,~,故称这部分光为可见光。
红外
紫外
可见光
10
15
6
18
21
9
12
10
10
10
10
10
10
10
3
24
f
/Hz
图1-1 电磁辐射光谱的分布
X射线
Γ射线
近红外
远红外
电磁波
光辐射的度量与光源有关的辐射度参数与光度参数
1. 辐(射)能和光能
以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐(射)能,用符号Qe表示,其计量单位为焦耳(J)。
光能是光通量在可见光范围内对时间的积分,以Qv表示,其计量单位为流明秒(lm·s)。
(射)通量和光通量
辐(射)通量或辐(射)功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率;或者说,在单位时间内,以辐射形式发射、传播或接收的辐(射)能称为辐(射)通量,以符号Φe表示, 其计量单位为瓦(W),即
对可见光,光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱,光能被无穷短时间间隔dt来除,其商定义为光通量Φv,即

(1-3)
若在t时间内发射、传播或接收的光能不随时间改变,则式(1-3)简化为
(1-4)

Φv的计量单位为流(明)(lm)。
显然,辐(射)通量对时间的积分称为辐(射)能,而光通量对时间的积分称为光能。
(射)出(射)度和光出(射)度
对有限大小面积A的面光源,表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量dΦe与该面元面积dA之比,定义为辐(射)出(射)度Me,即

(1-5)
Me的计量单位是瓦(特)每平方米[W/m2]。
面光源A向半球面空间内发射的总辐通量为
(1-6)
对于可见光,面光源A表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量dΦv、与面元面积dA之比称为光出(射)度Mv,即
(1-7)

其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m2]。
对均匀发射辐射的面光源有
(1-8)
由式(1-7),面光源向半球面空间发射的总光通量为
(1-9)