光电成像器件特性描述 光电成像课件培训资料.pptVIP

1 光电成像器件特性描述 表征光电转换能力：转换系数、灵敏度 表征时间响应的动态特性：惰性、脉冲响应函数、瞬时调制传递函数 表征噪声特性：噪声特点、信噪比、噪声等效功率 表征图像分辨特性：分辨力、点扩散函数、光学传递函数 说明各项性能参数的物理意义 给出必要的数学描述 2 光电转换特性 ——描述光电成像器件输入物理量与输出物理量之间的依从关系 电磁波辐射量 取决于器件类型 3 一、转换系数 ——对于变像管，输入物理量为光敏面接收的红外、紫外、X射线等非可见光辐射，输出物理量为荧光屏发射的可见光辐射 数学表达式 荧光屏出射亮度 光敏面入射照度 M — 辐射出射度 K — 人眼光谱光视效能 4 二、亮度增益 ——对于像增强器，输入物理量微弱可见光辐射，输出物理量为可见光辐射 数学表达式 光增益 二者关系 朗伯出射面 5 三、光电灵敏度（响应率） ——对于电视型光电成像器件，输入物理量为辐射量（光功率），输出物理量为电信号 定义 根据输出信号形式：电压灵敏度、电流灵敏度 根据输入辐射形式：光谱灵敏度、积分灵敏度 光电流i (或光电压u)与入射光功率P之间的光电特性曲线的斜率 或 分类 8 称为光谱利用率系数（或光谱匹配系数） 表示光电器件响应功率占入射功率的百分比，反映了器件光谱响应范围与入射辐射光谱范围匹配情况。 量子效率 — 以量子数目表示 NP：单位时间成像器件接收的光子数 NS：单位时间激发出的光电子数 9 光谱量子效率λ和光谱灵敏度Rλ之间的关系 10 时间响应特性 ——描述光电成像器件对输入物理量变化的动态响应过程 一、惰性和时间常数 定义 器件接收恒定功率辐射时，其输出信号达到稳定需要一定的时间；入射辐射停止，其输出信号完全消失也需要一定的时间。器件输出信号滞后于输入信号变化的现象称为光电成像器件的惰性。 衡量器件惰性的物理量 时间常数  11 输入一个矩形光脉冲信号，器件响应出现上升沿和下降沿。 r 称为上升时间常数，对应于光电成像器件输出值上升到稳态值的63％所需的时间。 f 称为下降时间常数，对应于光电成像器件的输出值下降到稳态值的37%所需时间。 12 确定时间常数 输出信号衰减函数 例：惰性衰减函数为负指数函数 13 二、脉冲响应函数 定义 ——定量表述光电成像器件对激励信号的动态响应过程 输入脉冲信号 器件输出函数 称为脉冲响应函数 14 光电成像器件的脉冲响应函数取决于光电转换的机制，主要有三种类型： 比例函数衰减型： 负指数函数衰减型： a — 取决于器件惰性 h0 — 取决于器件的光电转换特性 其它 15 双曲函数衰减型： 与输出变化率有关，与量子效率有关 三、瞬时调制传递函数 ——定量描述光电成像器件在频率域的响应特性，反映器件自身动态特性，与输入信号和初始状态无关 16 当光电成像器件的输入为光脉冲(t)时，其脉冲响应函数为h(t)，推导出瞬时调制传递函数为 定义 归一化的输出信号的频谱函数与归一化的输入信号的频谱函数之比 数学表达式 17 例：对于脉冲响应函数呈负指数函数衰减的光电成像器件来说，其瞬时调制传递函数为： 其中， 称为幅频特性 称为相频特性 18 噪声特性 ——描述光电成像器件对入射辐射的探测能力 一、噪声及其分类 定义 信号在传输和处理的过程中受到无用信号的干扰，干扰称为噪声。 按噪声产生的原因，可分为 19 散粒噪声：起因于载流子的量子性，瞬时载流子的数量不恒定，围绕平均值起伏，起伏符合泊松分布率。 暗电流噪声、产生－复合噪声、光子噪声 热噪声：导体内载流子无规则地热运动引起的噪声，又称Johnson噪声。存在于任何有电阻的导体中。 低频噪声：主要出现在大约1KHz以下的低频域，与光辐射的调制频率成反比，又称为1/f 噪声。 其他：温度噪声、介质损耗噪声、CCD转移噪声、…… 20 一、散粒噪声 数学表达式 ——具有泊松分布的量子涨落噪声，起因于器件接收的辐射和产生的带电粒子的量子性 噪声电流 噪声电流功率谱密度 21 二、热噪声 数学表达式 ——导体或半导体中载流子无规则热运动引起的瞬时电流或瞬时电压，称为热噪声。 噪声电流 噪声功率谱密度 噪声电压 22 三、低频噪声（1/f 噪声） 经验公式 ——主要出现在大约1KHz以下的低频区域，并且与光辐射的频率 f 成反比。 其中，B、 和 等常数根据试验确定，  近似等于2，  取值在0.8～1.5 之间，f 频带宽度， f f。 23 定义：信号与噪声之比。SNR 电