中北大學(xué)光電成像答案
1.光電成像系統(tǒng)有哪幾部分組成試述光電成像對視見光譜域的延伸以及所受到的限制(長波限制和短波限制)。(P2-4)
輻射源，傳輸介質(zhì)，光學(xué)成像系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換器件，信息處理裝置。
電磁波的波動(dòng)方程該方程電磁波傳遞圖像信息物空間和像空間的定量關(guān)系，通過經(jīng)典電磁場理論可以處理電磁波全部的成像問題
收到的限制:當(dāng)電磁波的波長增大時(shí)，所能獲得的圖像分辨力將顯著降低。對波長超過毫米量級的電磁波而言，用有限孔徑和焦距的成像系統(tǒng)所獲得的圖像分辨力將會(huì)很低。因此實(shí)際上己排除了波長較長的電磁波的成像作用。目前光電成像對光譜長波闊的延伸僅擴(kuò)展到亞毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了將長波電磁波用于成像外，用于成像的電磁波也存在一個(gè)短波限。通常把這個(gè)短波限確定在x射線(Roentgen 射線)與y 射線(Gamma射線)波段。這是因?yàn)椴ㄩL更短的輻射具有極強(qiáng)的穿透能力，所以，宇宙射線難以在普通條件下聚焦成像。
2.光電成像技術(shù)在哪些領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用光電成像技術(shù)突破了人眼的哪些限制(P5)
應(yīng)用:
(1)人眼的視覺特性
(2)各種輻射源及目標(biāo)、背景特性
(3)大氣光學(xué)特性對輻射傳輸?shù)挠绊?/p>
(4)成像光學(xué)系統(tǒng)
(5)光輻射探測器及致冷器
(6)信號的電子學(xué)處理
(7)圖像的顯示
突破了人眼的限制:
(1)可以拓展人眼對不可見輻射的接受能力
(2)可以拓展人眼對微弱光圖像的探測能力
(3)可以捕捉人眼無法分辨的細(xì)節(jié)
(4)可以將超快速現(xiàn)象存儲下來
3.光電成像器件可分為哪兩大類各有什么特點(diǎn)(P8)固體成像器件主要有哪兩類(P9，CCD CMOS)
直視型:用于直接觀察的儀器中，器件本身具有圖像的轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)及顯示等部分，可直接顯示輸出圖像，通常使用光電發(fā)射效應(yīng)，也成像管.
電視型:于電視攝像和熱成像系統(tǒng)中。器件本身的功能是完成將二維空間的可見光圖像或輻射圖像轉(zhuǎn)換成一維時(shí)間的視頻電信號使用光電發(fā)射效應(yīng)或光電導(dǎo)效應(yīng)，不直接顯示圖像.電荷耦合器件，簡稱CCD;自掃描光電二極管陣列，簡稱SSPD，又稱MOS圖像傳感器
4.什么是像管由哪幾部分組成(P8第一段后部)
器件本身具有圖像的轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)及顯示等部分，它的工作方式是:通過外光電效應(yīng)將入射的輻射圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像,而后由電場或電磁場的聚焦加速作用進(jìn)行能量增強(qiáng)以及通過二次發(fā)射作用進(jìn)行電子倍增，經(jīng)過增強(qiáng)的電子圖像轟擊熒光屏，激發(fā)熒光屏產(chǎn)生可見光圖像。這樣的器件通常稱為像管。
基本結(jié)構(gòu)包括有:光電發(fā)射體、電子光學(xué)系統(tǒng)、微通道板(電子倍增器件)、熒光屏以及保持高真空工作環(huán)境的管殼等
5.像管的成像包括哪些物理過程其相應(yīng)的物理依據(jù)是什么(P8第一段工作方式)
(1）像管的成像過程包括3個(gè)過程
A、將接收的微弱的可見光圖像或不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像
B、使電子圖像聚焦成像并獲得能量增強(qiáng)或數(shù)量倍增
C、將獲得增強(qiáng)后的電子圖像轉(zhuǎn)換成可見的光學(xué)圖像
(2）A過程:外廣電效應(yīng)、斯托列夫定律和愛因斯坦定律
B過程:利用的是電子在靜電場或電磁復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)規(guī)律來獲得能量增強(qiáng);或者利用微通道板中二次電子發(fā)射來增加電子流密度來進(jìn)行圖像增強(qiáng)
C過程:利用的是熒光屏上的發(fā)光材料可以將光電子動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能來顯示光學(xué)圖像
6.什么是變像管什么是像增強(qiáng)器試比較二者的異同(P8第三四段)
[1]變像管:接收非可見輻射圖像，如紅外變像管等，特點(diǎn)是入射圖像和出射圖像的光譜不同。
[2]像增強(qiáng)器:接收微弱可見光輻射圖像，如帶有微通道板的像增強(qiáng)器等，特點(diǎn)是入射圖像極其微弱，經(jīng)過器件內(nèi)部電子圖像能量增強(qiáng)后通過熒光屏輸出人眼能夠正常觀看的光學(xué)圖像。
[3]異同、相同點(diǎn):二者均屬于直視型光電成像器件。不同點(diǎn):主要是二者工作波段不同，變像管主要完成圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換，像增強(qiáng)器主要完成圖像的亮度增強(qiáng)。
7.表征光電成像器件性能的參數(shù)有哪幾類分別是什么反映光電成像系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換能力的參數(shù)有哪些(P9第一段)
表征光電轉(zhuǎn)換特性靈敏度響應(yīng)率、轉(zhuǎn)換系數(shù)增益等。
表征時(shí)間響應(yīng)特性惰性余輝、脈沖響應(yīng)函數(shù)、瞬時(shí)調(diào)制傳遞函數(shù)等。
表征噪聲特性噪聲、噪聲等效輸入如輸入功率等、信噪比等。表征光學(xué)成像特性分辨力、光學(xué)傳遞函數(shù)等。不同的光電成像器件需針對其工作原理確定具體的評價(jià)參數(shù)。
光電轉(zhuǎn)換能力的參數(shù):[1]轉(zhuǎn)換系數(shù)（增益)[2]光電靈敏度（響應(yīng)度）–峰值波長，截止波長
8.光電成像系統(tǒng)通常包括哪幾種噪聲(P14)
主要包括:
(1散粒噪聲
(2產(chǎn)生一復(fù)合噪聲
(3溫度噪聲
(4熱噪聲
(5低頻噪聲
(1/f噪聲)
(6介質(zhì)損耗噪聲
(7電荷藕合器件(CCD)的轉(zhuǎn)移噪聲
9.人眼的視覺分為哪三種響應(yīng)明暗適應(yīng)各指什么(P31-32)
[1]三種響應(yīng):明視覺、暗視覺、中介視覺。人眼的明暗視覺適應(yīng)分為明適應(yīng)和暗適應(yīng)
[2]明適應(yīng):對視場亮度由暗突然到亮的適應(yīng),大約需要2~3 min
[3]暗適應(yīng)。對視場亮度由亮突然到暗的適應(yīng),暗適應(yīng)通常需要45 min,充分暗適應(yīng)則需要一個(gè)多小時(shí)。
10.何為人眼的絕對視覺閾、閾值對比度和光譜靈敏度(P32-34)
[1]人眼的絕對視覺閾:在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下，全黑視場中，人眼感覺到的最小光刺激值。
[2]閾值對比度:時(shí)間不限，使用雙眼探測一個(gè)亮度大于背景亮度的圓盤，察覺概率為50%時(shí)，不同背景亮度下的對比度。
[3]光譜靈敏度（光譜光視效率)。人眼對各種不同波長的輻射光有不同的靈敏度（響應(yīng))。
11.試述人眼的分辨力的定義及其特點(diǎn)各是什么(P34-35)
[1]定義:人眼能區(qū)分兩發(fā)光點(diǎn)的最小角距離稱為極限分辨角θ，其倒數(shù)為人眼分辨力。
[2]特點(diǎn):眼睛的分辨力與很多因素有關(guān),從內(nèi)因分析,與眼睛的構(gòu)造有關(guān)。從外因分析,主要是決定于目標(biāo)的亮度與對比度,但眼睛會(huì)隨外界條件的不同,自動(dòng)進(jìn)行適應(yīng),因而可得到不同的極限分辨角。當(dāng)背景亮度降低或?qū)Ρ榷葴p小時(shí),人眼的分辨力顯著地降低。于中央凹處人眼的分辨力最高,故人眼在觀察物體時(shí),總是在不斷地運(yùn)動(dòng)以促使各個(gè)被觀察的物體依次地落在中央凹處,使被觀察物體看得最清楚。
12.簡述下列定義:(1)圖像信噪比(P40-42,2-27相關(guān));(2)圖像對比度(指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級的測量，即指一幅圖像灰度反差的大小);(3)圖像探測方程(P43下部)
[1]圖像信噪比:圖像信號與噪聲之比
[2]圖像對比度:指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級的測量，即指一幅圖像灰度反差的大小。
[3]當(dāng)關(guān)系式成立時(shí)，表明圖像可探測到，反之將不能探測。
13.何為明視覺函數(shù)、暗視覺函數(shù)(人眼在明亮/黑暗環(huán)境中，對不同波長可見光的視覺)人眼在不同環(huán)境下的敏感波長分別是多少(明亮:555nm，黑暗:507nm)(P58)
14.目標(biāo)搜索的約翰遜準(zhǔn)則把探測水平分為幾個(gè)等級(四個(gè)等級)各是怎么定義的(P47表2-6)人眼的凝視時(shí)間和瞥見時(shí)間(P48下部倒數(shù)第二段)
搜索時(shí)，人眼注視一點(diǎn)后迅速地移到另一點(diǎn)進(jìn)行注視，這一過程稱為掃視，固定的注視稱為凝視，被凝視的點(diǎn)稱為凝視中心，凝視時(shí)間稱瞥見時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，通常人眼大約以每秒三點(diǎn)間斷地移動(dòng)，瞥見時(shí)間約為13s
15.通常光輻射的波長范圍可分為哪幾個(gè)波段紅外區(qū)?波長范圍是多少可見光區(qū)波長范圍是什么(P54)
(近紅外區(qū)、短波紅外區(qū)、中波紅外區(qū)、長波紅外和遠(yuǎn)紅外區(qū))
16.什么是輻射度量與光度量試述輻射度量與光度量的聯(lián)系和區(qū)別(P54-59)
光輻射度量在歷史上形成了輻射度學(xué)和光度學(xué)兩套度量系統(tǒng)。
輻射度學(xué):是建立在物理測量的基礎(chǔ)上的輻射能量客觀度量,不受人眼主觀視覺的限制，其概念和方法適用于整個(gè)光輻射范圍（紅外、紫外輻射等必須采用輻射度學(xué))。
光度學(xué):是建立在人眼對光輻射的主觀感覺基礎(chǔ)上，是一種心理物理法的測量，故只適用于電磁波譜中很窄的可見光區(qū)域。
關(guān)系:P59-P60
17.根據(jù)物體的輻射發(fā)射率可將物體分為哪幾種類型哪種輻射體的輻射發(fā)射率與波長有關(guān)系，且隨溫度變化(P66中間)
通常,依發(fā)射率與波長的關(guān)系,將地物分為三種類型。
[1]黑體或絕對黑體,其發(fā)射率ε=1,即黑體發(fā)射率對所有波長都是一個(gè)常數(shù),并且等于1.
[2]灰體，其發(fā)射率ε=常數(shù)≤1（因吸收率α<1）。即灰體的發(fā)射率始終小于1,ε不隨波長變化
[3]選擇性輻射體,其發(fā)射率隨波長而變化,而且ε<1（因吸收率α也隨波長而變化并且α<1)。
18.試簡述黑體輻射的幾個(gè)定律，其物理意義是什么(P67-68)公認(rèn)的兩物體間熱力傳導(dǎo)的基本法則是什么(普朗克輻射定律)
[1]普朗克輻射定律:普朗克定律描述了黑體輻射的光譜分布規(guī)律，是黑體輻射理論的基礎(chǔ)
[2]斯蒂芬一玻爾茲曼定律:表明黑體在單位面積上單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量與黑體溫度T的四次方成正比
[3]維恩位移定律:單色輻射出射度最大值對應(yīng)的波長ml
[4]斯蒂芬-玻爾茲曼定律:表明黑體的輻射出射度只與黑體的溫度有關(guān)，而與黑體的其他性質(zhì)無關(guān)
19.簡述下述名詞:(1)氣溶膠粒子:(2絕對濕度(3)相對濕度(4)波蓋爾定律:(5)大氣窗口:(6)大氣能見度:(7)大氣透明度:(8)大氣傳遞圖數(shù):(9)云、霧、輕霧、靄、霾和霧霾。(1-3:P90-91，4:P95，5:P96，6-7:P101，8:P104中間，9請百度或見附)
[1]氣溶膠粒子:大氣中懸浮著的半徑小于幾十微米的固體和及液體粒子。
[2]絕對濕度:單位體積空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量,叫做空氣的“絕對濕度”。
[3]相對濕度:空氣中實(shí)際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值,叫做空氣的“相對濕度”。
[4]波蓋爾定律:輻射通過介質(zhì)的消光作用與入射輻射能量、衰減介質(zhì)密度和所經(jīng)過的路徑成正比
[5]大氣窗口:大氣窗口是指太陽輻射通過大氣層未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光輻射波段范圍。
[6]大氣傳遞函數(shù):反映大氣消光使目標(biāo)與背景的對比度下降的程度。右式中,K為地平天空亮度與背景亮度之比。所以Tc是K和透過率ζ的函數(shù),與目標(biāo)亮度無關(guān)。
云的解釋，云是指停留大氣層上的水滴或瓦斯或冰晶膠體的集合體。源自百科詞條
霧的解釋:在水汽充足、微風(fēng)及大氣層穩(wěn)定的情況下，氣溫接近零點(diǎn)，相對濕度達(dá)到100%時(shí)，空氣中的水汽便會(huì)凝結(jié)成細(xì)微的水滴懸浮于空中，使地面水平的能見度下降，這種天氣現(xiàn)象稱為霧。源自百科詞條
輕霧:微小水滴或已濕的吸濕性質(zhì)粒所構(gòu)成的灰白色的稀薄霧幕，使水平能見度大于等于至小于。源自中國氣象局2009年某篇報(bào)道
藹的解釋:靄，氣象學(xué)名詞，一種自然氣象，為細(xì)小的吸濕性小水滴，集體表現(xiàn)輕霧狀。源自百科詞條
霾的解釋:空氣中因懸浮著大量的煙、塵等微粒而形成的混濁形象。源自百科詞條
霧霾的解釋:霧霾是霧和霾的組合詞，是特定氣候條件與人類活動(dòng)相互作用的結(jié)果。源自百科詞條
20.輻射在大氣中傳輸主要有哪些光學(xué)現(xiàn)象簡述其產(chǎn)生的物理原因(P96-101)
主要有吸收和散射。產(chǎn)生原因:大氣中吸收太陽輻射的主要成分是氧氣、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等，對長波輻射的主要吸收成分是水汽、二氧化碳和臭氧。不同氣體對不同波段輻射的吸收作用也不同。這種性質(zhì)稱為大氣對輻射能的選擇吸收。散射作用的強(qiáng)弱取決于入射電磁波的波長及散射質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)和大小。當(dāng)散射粒子的尺度遠(yuǎn)小于波長時(shí)，稱為分子散射或瑞利散射，散射系數(shù)與波長的四次方成反比，主要是空氣分子的散射。當(dāng)粒子尺度可與波長相比擬時(shí),稱為米氏散射,散射系數(shù)是波長和粒子半徑的一個(gè)復(fù)雜函數(shù)。
21.什么是負(fù)電子親和勢光電陰極?與正電子親和勢材料的光陰極比較，它有哪些特點(diǎn)?常用的正電子親和勢材料的光電陰極有那些序號?光電陰極的光電發(fā)射材料是什么?
(能產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體被稱為光電發(fā)射體，其在光電器件中常用作陰極故稱光電陰極）
(P152-153量子效率高，溢出深度大﹔光譜響應(yīng)率均勻，且光譜響應(yīng)延伸到紅外﹔熱電子發(fā)射小，表面附近無自由電子，P-Si 禁帶度大，熱激發(fā)很小;光電子的能量集中)
為S-1、S-20
(P149 中部，P147表)
22.什么是第一第二和第三代像增強(qiáng)器，各有什么特點(diǎn)第四代像增強(qiáng)器在三代像增強(qiáng)器基礎(chǔ)上突破的兩個(gè)技術(shù)是什么(P125-129)
級聯(lián)式像增強(qiáng)器由幾個(gè)分立的單極變像管組合成屬于第一代像增強(qiáng)器﹔
微通道板像增強(qiáng)器屬于第三代像增強(qiáng)器;
第二代像增強(qiáng)其的微通道板結(jié)構(gòu)配以負(fù)電子親和勢光電陰極構(gòu)成第三代像增強(qiáng)器。
2）突破技術(shù):
一是管子采用新材料制成的壽命高、高增益、低噪聲的無膜MCD﹔
二是NEA光電陰極采用的自動(dòng)控制門電流，有利于減小強(qiáng)光下達(dá)到 MCD的電子流，以降低強(qiáng)光下圖像模糊效應(yīng)。
23.熒光屏的發(fā)光材料有哪些熒光屏表面蒸鍍鋁膜的作用是什么熒光屏的轉(zhuǎn)換效率與哪些因素有關(guān)(P191表，P185“熒光屏構(gòu)成”的第一段后部，P192圖左側(cè))
p191表，
其作用為:引走積累的負(fù)電荷;防止光反饋給光陰極;使熒光屏形成等電位;將光反射到輸出方向。通常的鋁膜是在真壁狀態(tài)下蒸鍍的亮鋁膜，也可是在充氧氣狀態(tài)下蒸鍍的黑鋁膜，后者有利于改善輸出圖像的對比度。
(p192）熒光屏的轉(zhuǎn)換效率與制作熒光屏本身的材料一晶態(tài)磷光體的轉(zhuǎn)換效率有關(guān)，還與屏的粉層厚度、粒度、入射電子的能量及鋁膜的影響等因素有關(guān)。一般，粒度越大轉(zhuǎn)換效率越高。但是，過厚的熒光屏將降低輸出圖像的分辨力。厚度的增加會(huì)導(dǎo)致光擴(kuò)散的增大，分辨力將隨之下降。因此，粒度應(yīng)該適當(dāng)。通常選取顆粒直徑與熒光屏厚度相近，這樣可獲得發(fā)光效率與圖像分辨力的最佳組合。
24.什么是MCP，簡述微通道板的工作原理微通道板端面與光電倍增管的光電陰級和陽極面不平行，夾角大約為多少(微通道板，P196-198，7°-15°)
微通道板是由成千上萬根直徑為15~40 u m、長度為~的微通道排成的二維列陣，簡稱MCP。
微通道板（MCP）的工作原理:微通道是一根根的玻璃管，內(nèi)壁鍍有高阻值二次發(fā)射材料，具有電阻梯度，施加高電壓后，內(nèi)壁出現(xiàn)電位梯度，光電陰極發(fā)出的一次電子轟擊微通道的一端，發(fā)射出的二次電子因電場加速轟擊另一端，再發(fā)射二次電子，連續(xù)發(fā)射二次可得約10的四次方的增益。
25.什么是微通道板(MCP)的自飽和效應(yīng)二代像增強(qiáng)器利用該效應(yīng)解決了什么間題(P202底部)
26.什么是光纖面板?簡述光纖面板由哪幾種玻璃組成?每種玻璃的作用?光纖面板分為哪幾種?光纖面板的傳像原理是什么?光纖面板應(yīng)用于像管有哪些優(yōu)點(diǎn)?
(光纖面板OFP(Optic Fiber Plates)是用多根單光纖經(jīng)熱壓工藝而制成真空氣密性良好的光纖棒，然后進(jìn)行切片、拋光而成的一種可傳遞光學(xué)圖像的光纖器件;是一種板狀傳像元件，其形狀各式各樣)
(芯玻璃、包皮玻璃、光吸收玻璃)
(芯玻璃是一種高折射率玻璃,是光的通路。光吸收玻璃是一種不透明的黑色玻璃,其作用是將穿透包皮玻璃的雜散光吸收掉,以提高圖像的對比度及分辨率。包皮玻璃為低折射率玻璃，起界面全反射作用)
(P194中間)
(P193下面{原理:光學(xué)纖維面板是基于光線的全反射原理進(jìn)行傳像的,由于光導(dǎo)纖維的芯料折射率高于皮料的折射率,因此入射角小于全反射臨界角的全部光線都只能在內(nèi)芯中反射。所以每一根光導(dǎo)纖維能獨(dú)立地傳遞光線，且相互之間不串光。由大量光導(dǎo)纖維所組成的面板則可以傳遞一幅光學(xué)圖像。})
(增加了傳遞圖像的傳光效率;提供了采用準(zhǔn)球?qū)ΨQ電子光學(xué)系統(tǒng)的可能性，從而改善了像質(zhì);可制成錐形OFP或光纖扭像器)
27.什么是光纖面板的三環(huán)效應(yīng)?該效應(yīng)對傳像有什么影響(P195-196)光纖面板的輸出光分別是什么
三環(huán)效應(yīng)出射角最小的第一環(huán)帶光;出射角相等的第二環(huán)帶光;出射角最大的第三環(huán)帶光
28.什么是攝像管它是怎樣完成攝像過程的(P252)
[1]電視攝像管是將2維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為1維時(shí)間變化的視頻電信號的過程。完成這一過程的器件稱為電視攝像管。
[2]攝像過程主要分3個(gè)步驟:接收輸入圖像的輻照度進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將2維光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為2維空間分布的電荷量電荷存儲元件在一幀周期內(nèi)連續(xù)積累光敏元件產(chǎn)生的電荷，并保持電荷的空間分布，這一存儲電荷的元件稱之為靶電子槍產(chǎn)生2維掃描的電子束，在一幀周期內(nèi)完成全靶面的掃描，在輸出電路上產(chǎn)生與被掃描點(diǎn)光照度強(qiáng)度成比例的電信號，即視頻信號.
29.攝像管的工作原理是什么簡述視頻信號的形成過程(P253-257)
其主要由光電變換與存儲部分和信號閱讀部分兩大部分組成。分為四步:
(1)光電變換部分:將光學(xué)圖像變成電荷圖像的任務(wù)由光電變換部分完成，該部分由光敏元件構(gòu)成，常用的材料有光電發(fā)射體和光電導(dǎo)體
(2)電荷存儲與積累部分:由于光電變換所得的瞬時(shí)信號很弱，所以現(xiàn)在攝像管均采用電荷積累元件。它在整個(gè)幀周期內(nèi)連續(xù)地對圖像上的任一像元積累電荷信號。因?yàn)橐e累和存儲信號，所以在幀周期內(nèi)要求信號不能泄漏。因此，要求電位起伏存儲元件應(yīng)具有足夠的絕緣能力。常見的存儲方式:二次電子發(fā)射積累，二次電子導(dǎo)電積累，電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累，光電導(dǎo)積累;
(3）信號閱讀部分:從靶面上取出信號的任務(wù)由閱讀部分來完成。閱讀部分通常是掃描電子槍系統(tǒng)，它由細(xì)電子束的發(fā)射源、電子束g聚焦系統(tǒng)和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分組成;
(4）視頻信號的形成。
30.攝像管的結(jié)構(gòu)由幾部分組成各部分的作用是什么(P253-257)
(1)光電變換部分:將光學(xué)圖像變成電荷圖像的任務(wù)由光電變換部分完成，該部分由光敏元件構(gòu)成，常用的材料有光電發(fā)射體和光電導(dǎo)體
(2)電荷存儲與積累部分:由于光電變換所得的瞬時(shí)信號很弱，所以現(xiàn)在攝像管均采用電荷積累元件。它在整個(gè)幀周期內(nèi)連續(xù)地對圖像上的任—像元積累電荷信號。因?yàn)橐e累和存儲信號,所以在幀周期內(nèi)要求信號不能泄漏。因此,要求電位起伏存儲元件應(yīng)具有足夠的絕緣能力。常見的存儲方式:二次電子發(fā)射積累，二次電子導(dǎo)電積累，電子轟擊感應(yīng)電導(dǎo)積累，光電導(dǎo)積累;
(3)信號閱讀部分:從靶面上取出信號的任務(wù)由閱讀部分來完成。閱讀部分通常是掃描電子槍系統(tǒng)，它由細(xì)電子束的發(fā)射源、電子束g聚焦系統(tǒng)和電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分組成;
(4)視頻信號的形成。
31.攝像管產(chǎn)生情性的主要原因是什么?怎樣減小這些情性攝像管的分辨力?是怎樣定義的?采用什么單位(P259頂端，P262底部，P263中間，lp/mm)
[1]攝像管的惰性:在攝取動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，攝像管的輸出信號滯后于輸入照度的變化，這一現(xiàn)象稱為惰性。入照度增加時(shí)，輸出信號的滯后稱為上升惰性;當(dāng)輸入照度減小時(shí)，輸出信號的滯后稱為衰減惰性。對于電視攝像管的惰性指標(biāo)，通常采用輸入照度截止后第三場和第十二場(以幀周期0.04s計(jì)，為60ms和240ms)剩余信號所占的百分?jǐn)?shù)來表示。攝像管產(chǎn)生惰性的主要原因有兩個(gè):一是圖像寫入時(shí)的光電導(dǎo)惰性;二是圖像讀出時(shí)掃描電子束的等效電阻與靶的等效電容所構(gòu)成的充放電惰性。
[2]減小攝像管的電容性惰性,采取的措施有:
減小靶的等效電容
降低電子束的等效電阻
在低照度攝像時(shí)增加背景光
[3]攝像管的分辨力。電視攝像管攝像時(shí)的對圖像細(xì)節(jié)的分辨能力是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。由于電視系統(tǒng)采用掃描方式，故分辨力在垂直和水平方向上一般是不同的。因而，通常分成垂直分辨力和水平分辨力﹐即以畫面垂直方向或水平方向尺寸內(nèi)所能分辨的黑白條紋數(shù)來表示。這一極限分辨的線條數(shù)簡稱為電視線(TVL)
(1)垂直分辨力:在整個(gè)畫面上，沿垂直方向所能分辨的像元數(shù)或黑白相間的水平等寬矩形條紋數(shù)，稱為垂直分辨力。例如若能夠分辨600 行，即稱垂直分辨力為600 TVL。
2)水平分辨力:整個(gè)畫面上，沿水平方向所能分辨的像元數(shù)，稱為水平分辨力，習(xí)慣上用電視線(TVL)表示。
[4]采用單位:lp/mm
32.簡述光電導(dǎo)攝像管的工作原理光電導(dǎo)靶的特點(diǎn)是什么(P267-P271)Sn02在異質(zhì)結(jié)靶中作信號電極，其原因是什么
[1]工作原理:光電導(dǎo)攝像管是利用內(nèi)光電效應(yīng)將輸入的光學(xué)輻射圖像變換為電信號的視像管。在視像管中，光電導(dǎo)靶面既作為光電變換器，又作為電信號存儲與積累器。因此，這種攝像管結(jié)構(gòu)簡單。組成視像管的主要部件是光電導(dǎo)靶、掃描電子槍、輸出信號電極和保持真空的管殼。光電導(dǎo)靶被設(shè)置在攝像管中透明輸入窗的內(nèi)表面上。在面對輸入窗的靶面上蒸鍍二氧化錫(Sn0 )透明導(dǎo)電膜，由這一導(dǎo)電膜作為輸出信號電極。視像管靶在輸入光學(xué)圖像的作用下產(chǎn)生與像元照度相對應(yīng)的電荷(電位)圖像，通過掃描電子槍電子束對圖像順序掃描產(chǎn)生視頻信號輸出。
[2]特點(diǎn):
1）硫化銻管:工藝簡單，價(jià)格低，成品率高;
2）氧化鉛管:暗電流很小，惰性低，靈敏度高，分辨力高，是理想的廣播電視級攝像管;
3）硅靶管:壽命長，光譜靈敏度高且范圍寬，分辨力低，暗電流大;
4）硒化鎘管:極高的光電靈敏度，較低的暗電流，寬光譜響應(yīng)，分辨力較高，惰性大。被認(rèn)為有前途;
5）硒砷啼管:光譜響應(yīng)寬，暗電流低，分辨力高，價(jià)格低于氧化鉛。被認(rèn)為有競爭力;
6）硫化鋅鎘管:光電靈敏度非常高，適于在低照度下工作。
Sn02是重?fù)诫sN型半導(dǎo)體，透明導(dǎo)電，為了減少多晶硅對短波方向的吸收，可用Sn02薄膜代替，多晶硅薄膜作電極，可以減少起伏幅度
33.簡述CCD 的組成及每部分作用是什么?簡述電勢平衡法輸入法?浮置擴(kuò)散放大器(FDA)?輸出由哪幾部分組成有什么特點(diǎn)?
(P311,的結(jié)構(gòu)
1)電耦合器件組成:信號輸入部分、電荷轉(zhuǎn)移部分、信號輸出部分。
信號輸入部分作用:將信號電荷引入到 CCD 的第一個(gè)轉(zhuǎn)移柵下的勢阱中﹔
電荷轉(zhuǎn)移部分作用:將重復(fù)頻率相同、波形相同并且彼此間有固定相位關(guān)系的多相時(shí)鐘脈沖分組依次加到CCD轉(zhuǎn)移部分的電極上，是電極按一定規(guī)律變化，從而在半導(dǎo)體表面形成一系列分布不對承德陷阱﹔
信號輸出部分作用:講CCD最后一個(gè)轉(zhuǎn)移柵下勢阱中的信號電荷引出)
(P317底部開始)
(P319-320 特點(diǎn):它包括兩個(gè)MOSFET,并兼有輸出檢測和前置放大的作用，它可實(shí)現(xiàn)信號電荷與電壓之間的轉(zhuǎn)換，具有大的信號輸出幅度(數(shù)百毫伏)，以及良好的線性和較低的輸出阻抗。)
34.什么是"胖0"電荷“胖0"電荷數(shù)量是多少什么是"胖0"工作模式引入“胖0"電荷的優(yōu)缺點(diǎn)(P331-332)
35.CCD能否正常工作，其柵極金屬電極之間距離應(yīng)為多少 CCD的信號是什么(小于3um，電荷)
36.什么叫 CCD 的轉(zhuǎn)移效率，怎樣計(jì)算?提高轉(zhuǎn)移效率有哪幾種方法?什么是CCD 的轉(zhuǎn)移噪聲，有哪些特點(diǎn)(P323-324，P333 )頂部)
[1]CCD轉(zhuǎn)移效率，一次轉(zhuǎn)移后，到達(dá)下一個(gè)勢阱中的電荷與原來勢阱中的電荷之比。造成電荷轉(zhuǎn)移損失的主要因素有三個(gè):即轉(zhuǎn)移速度快慢、界面態(tài)俘獲和極間勢壘。
[2]計(jì)算方法:P324上方
[3]提高轉(zhuǎn)移效率方法:
1）電荷轉(zhuǎn)移速度:在時(shí)鐘脈沖較低時(shí)，損失效率為常數(shù)，頻率高時(shí)，損失率增大。
2）界面態(tài)俘獲:解決方法–“胖零”工作模式，通過用一定數(shù)量的基地電荷先將界面態(tài)填滿，當(dāng)信號電荷注入時(shí)，信號電荷被俘獲的幾率變小，而界面態(tài)釋放出來的電荷又可以跟上原來的電荷包。從而在一定程度上減小了界面態(tài)帶來的損失。-“0”信號時(shí)，也有基地電荷注入。
3）極間勢壘:解決方法:盡量減小極間距，采用高阻襯底。
[4] P333頂部
37.CMOS成像原理是什么，簡述CMOS和CCD工作原理的不同點(diǎn)是什么(P358圖左側(cè))
[1]CMOS成像原理:典型的CMOS成像器件由光敏元陣列和輔助電路構(gòu)成。
1)光敏元陣列:完成光電轉(zhuǎn)換的功能。輔助電路:完成驅(qū)動(dòng)信號的產(chǎn)生，光電信號的處理輸出等任務(wù)。
2)每個(gè)光敏元都有其x 、y方向上的地址，可分別由兩個(gè)方向的地址譯碼器進(jìn)行選擇;
3)每列光敏元都對應(yīng)一個(gè)列放大器，列放大器的輸出信號與×方向地址譯碼控制的模擬多路開關(guān)相連
4)實(shí)際工作時(shí), CMOS傳感器在Y方向地址譯碼器控制下,依次接通每行光敏元的模擬開關(guān)，信號通過行開關(guān)送到列線上，通過×方向地址譯碼器的控制，傳送到放大器。
5)輸出放大器的輸出信號由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)預(yù)處理電路處理后通過接口電路輸出。
[2]CMOS與CCD 的比較:
1)光電轉(zhuǎn)換原理相同，讀出過程不同:CMOS工作時(shí)，僅需工作電壓信號，CCD 讀取信號需多路外部驅(qū)動(dòng);
2)集成性:CMOS強(qiáng),CCD弱;
3)噪聲:CMOS大，CCD小;
4)功耗:CMOs是CCD 的1/10。
38.什么是光污染，光污染的主要分類及特點(diǎn)是是什么？
[1]光污染，是指燥光對環(huán)境產(chǎn)生的污染。廣義的光污染包括一些可能對人的視覺環(huán)境和身體健康產(chǎn)生不良影響的事物,包括生活中常見的書本紙張、墻面涂料的反光甚至是路邊彩色廣告的”光芒”亦可算在此列，光污染所涉及的范圍之廣由此可見一斑。在日常生活中，人們常見的光污染的狀況多為由鏡面建筑反光所導(dǎo)致的行人和司機(jī)的眩暈感，以及夜晚不合理燈光給人體造成的不適感。
[2]光污染的主要分類及特點(diǎn)
1.白亮污染當(dāng)太陽光照射強(qiáng)烈時(shí)，城市里建筑物的玻璃幕墻、釉面磚墻、磨光大理石和各種涂料等裝飾反射光線，明晃白亮、眩眼奪目。夏天，玻璃幕墻強(qiáng)烈的反射光也屬于光污染。
2.人工白晝夜幕降臨后，商場、酒店上的廣告燈、霓虹燈閃爍奪目，令人眼花繚亂。有些強(qiáng)光束甚至直沖云霄，使得夜晚如同白天一樣，即所謂人工白晝。
3.彩光污染舞廳、夜總會(huì)安裝的黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈以及閃爍的彩色光源構(gòu)成了彩光污染。
39.在半導(dǎo)體制造業(yè)，開展清潔生產(chǎn)應(yīng)遵循的原則是什么？
在半導(dǎo)體制造業(yè)開展清潔生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)以下原則:
(1確保資源使用的可持續(xù)性;
(2確保能源使用的可持續(xù)性;
(3消除毒害,確保人身安全;
(4減小生態(tài)危害。
具體而言,可以從以下三個(gè)方面在半導(dǎo)體制造業(yè)中開展清潔生產(chǎn):
(1)管理方案,包括完善生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程的控制能力，優(yōu)化操作減少廢物產(chǎn)生，建立健全相應(yīng)的規(guī)章制度及獎(jiǎng)懲原則,提高職工環(huán)境保護(hù)意識等;
(2)技術(shù)改造和開發(fā)方案,包括現(xiàn)有設(shè)備工藝改良、新型無廢少廢技術(shù)和環(huán)境友好設(shè)備與材料的應(yīng)用;
(3)產(chǎn)業(yè)方案,包括突破工藝界限的全流程綜合環(huán)境設(shè)計(jì),突破企業(yè)界限的全行業(yè)技術(shù)合作等。以下介紹一些成功的清潔生產(chǎn)方案。
40.芯片廠生產(chǎn)的主要污染物是什么？
芯片廠產(chǎn)生的主要污染物有生產(chǎn)廢水(含氟廢水、含氨廢水,酸堿廢水)、生產(chǎn)廢氣(酸性廢氣、堿性廢氣、有機(jī)廢氣、工藝尾氣)及廢液(有機(jī)廢液、廢酸)等,此外還產(chǎn)生廢水處理污泥﹑輔助動(dòng)力設(shè)備噪聲等。
1 生產(chǎn)廢水 ?1.1 工藝酸堿廢水 ?1.2 含氟廢水 ?1.3 含氨廢水 ?1.4 研磨廢水 ?1.5 含銅廢水 ?1.6 一般酸堿廢水 ?1.7 清下水
2 廢氣 ? 2.1 酸性廢氣 ?2.2 堿性廢氣 ?2.3 有機(jī)溶濟(jì)廢氣 ?2.4 半導(dǎo)體工藝廢氣
3.噪聲 ? 輔助動(dòng)力設(shè)備噪聲
4 固體廢物及廢液 ? 4.1 固體廢物 ? 廢水處理污泥 ?廢過濾芯 ?廢試劑容器瓶 ?含砷廢物 ?含汞廢物
4.2 有機(jī)廢液 ? 有機(jī)廢液 ?廢酸
41.什么是錐度光纖?試證明對于錐度光纖有D? sin a? = D? sin a?，其中 D? D? 分別為錐度光纖的細(xì)端和粗端的直徑，a? a?分別為錐度光纖細(xì)端和粗端的孔徑角。錐度光纖準(zhǔn)直光的原理是什么?
長度超過一定直徑的光纖
錐形光纖的橫向放大率：
角放大率
由P145(5-263)
小角度近似
42.現(xiàn)有12級倍增級組成的光電倍增管，其正常工作時(shí)放大倍數(shù)的穩(wěn)定度為1%,試證明為達(dá)到該要求，系統(tǒng)電源電壓的穩(wěn)定度至少應(yīng)為1%
(由下面公式，N=12， k 值與倍增極的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般為0.7~0.8，取帶入可證）
k=0.7~0.8, N=12
43.試證明如果要求黑體源輻射出射度變化小于1%,則腔型黑體源的溫度變化應(yīng)不超過0.25%(P71第二段)
∵當(dāng)黑體工作溫度改變dT時(shí)
黑體輻射出射度的相對變化為
44.一束光通量為620lm,波長為460mm 的藍(lán)光射在一個(gè)白色屏幕上，問屏幕上在1min內(nèi)接受多少能量(P59相關(guān)公式)
λ=460nm，Vλ=0.06
45.He-Ne 激光器發(fā)出的波長為Km(632.8nm)的激光束功率為Pλ(2mw),此光束的光通量為多少
λ=632.8nm，Vλ=0.265，
46.激光束的平面發(fā)散半角為1mrad,放電毛細(xì)管直徑是1mm,若人眼只能觀看lcd/cm2的亮度，問所戴防護(hù)眼鏡的透射比應(yīng)為多少(波長為632.8nm的激光束，Vλ=0.265)
激光束的發(fā)散半角
光線方向的球面度
放電毛細(xì)血管的截面積
激光亮度
保護(hù)眼睛的透射比
47.在大氣外層的衛(wèi)星上，測得太陽光譜的峰值波長為456.0nm﹐求出太陽表面的溫度
(P68，維恩位移定律λmT= 2898，帶入求得約為6353K)
維恩位移定律
48.已知GDB-423型光電信增管的光電陰極的面積為(S)2cm2,陰極靈敏Sk=25uA/lm,光電倍增管的放大信數(shù)為10^5.陽極額定電流為20uA.求允許的最大光照度為多少
陰極最大電流
最大功率
最大光照度
49.其他計(jì)算題
50.設(shè)計(jì)一種穿透毛玻璃的可見成像系統(tǒng)
可見光成像系統(tǒng)主要有 ＣＭＯＳ 成像系統(tǒng)和計(jì) 算機(jī)圖像采集處理兩部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 １ 所示。 毛玻璃與目標(biāo)物之間的最遠(yuǎn)距離為５ｃｍ，兩 者 對 齊，成像 系 統(tǒng) 與 毛 玻 璃 之 間 的 距 離 為 ２０ｃｍ～２５ ｃｍ。ＣＭＯＳ 成像系統(tǒng)把穿透毛玻璃的目標(biāo)物所成的像進(jìn)行采 集，發(fā) 送 圖 像 到 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 增 強(qiáng) 算 法 優(yōu)化處理。
ＣＭＯＳ 成像系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)如圖 ２ 所示。 主要 有時(shí) 序 發(fā) 生 控 制 電 路、驅(qū) 動(dòng) 電 路、圖 像 傳 感 器 ＣＭＯＳ、Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn) 換 電 路、同 步 信 號 發(fā) 生、Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn) 換 電路。
時(shí)序發(fā) 生 電 路 輸 出 ＣＭＯＳ 工作所需要的時(shí) 序；驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng) ＣＭＯＳ 工作；圖像傳感器 ＣＭＯＳ 將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后逐個(gè)像素輸出；Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換電路對 ＣＭＯＳ 信號數(shù)字化。
同步信號產(chǎn) 生 控 制 ＣＭＯＳ 信 號 采 樣 的 時(shí) 序， 從而對 ＣＭＯＳ 輸出 信 號 進(jìn) 行 精 確 采 樣，減 小 噪 聲 和誤差。
ＣＭＯＳ 信號經(jīng) Ａ／Ｄ ?轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號和由 時(shí)序發(fā)生電路提供的同步信號共同組成一組并行 信號，然后 通 過 數(shù) 據(jù) 線 輸 出 到 圖 像 處 理 及 顯 示 部 分，由后續(xù)電路對信號進(jìn)行處理和顯示。
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