信息光电子技术复习提纲.docx

信息光电子技术复习提纲题型：选择填空、简答、计算、应用分数比例：30:25:20:25基础/概念题1、可见光光谱范围、光子概念、光谱光视效率（视见函数）、光功当量、光效45lm/W意义可见光波长范围：380760nm（紫-红）可见光频率范围：=c3.910147.91014Hz（红-紫）光子概念：光量子，简称光子，是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子（如电子和夸克）相比，光子没有静止质量, 光子有速度、能量、动量、质量，这意味着其在真空中的传播速度是光速。光谱光视效率：人眼的视觉神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的。对绿光最敏感，对红、蓝光灵敏度较低。另外，由于受生理和心里作用，不同的人对各种波长光的感光灵敏度也有差异。国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”光谱光视效率，或称为“视见函数”。（定义光谱光视效率V()为某一波长的光谱光视效能与最大光谱光视效能Km之比）光功当量：Km=683lm/W是明视觉的最大光谱光视效率函数，亦称光功当量，它表示人眼对波长为555nm处光辐射产生光感觉效能。2、光通量、光照度、发光强度、光亮度定义及单位（简单计算）名称单位符号定义光强度cd坎德拉(Candela)Iv光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。定义：发出频率为5401012Hz（对应空气中555nm波长）的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为（1/683）Wsr时，在该方向上的发光强度为1cd.光亮度cd/mLv表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比。光通量lm流明(Lumen)v单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。为表明光强和光通量的关系，发光强度为1cd的均匀点光源在单位立体角（1球面度）（1sr）内发出的光通量为1lm。光照度lx勒克斯Ev1lm的光通量均匀地照在面积为1m上所产生的光照度是1lux。习称“烛光米”。光效：光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下，该照明器材的节能性越强；在同等功率下，该照明器材的照明性越强，即亮度越大。1. 烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K获1769）时，沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。并且，烛光、国际烛光、坎德拉三个概念是有区别的，不宜等同。从数量上看，60 坎德拉等于58.8国际烛光，亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。2. 发光强度与光亮度发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为I=F/，为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。以下是部分光源的亮度值：单位cd/m太阳：1.5*10 ；日光灯：（510）*10；月光（满月）：2.5*10；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。3. 光通量与流明光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305*10cm面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系，发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1流明。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。4. 光照度与勒克斯光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。以下是各种环境照度值：单位lux黑夜：0.0010.02；月夜：0.020.3；阴天室内：550；阴天室外：50500；晴天室内：1001000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：5060；家用摄像机标准照度：1400。3、黑体辐射、普朗克定律、斯蒂芬-玻耳兹曼定律、维恩位移定律基本意义、掌握黑体辐射波长-温度-辐射度之间联系（计算方法）黑体辐射：黑体是一种理想的物质；它能百分百吸收射在它上面的辐射而没有任何反射；使它显示成一个完全的黑体。在某一特定温度下。黑体辐射出它的最大能量。称为黑体辐射。黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。普朗克定律：是用于描述在任意温度T下，从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。斯蒂芬-玻耳兹曼定律：黑体辐射的总能量与波长无关，仅与热力学温度的4次方成正比。黑体的辐射出射度：M=T4（为斯蒂芬-玻耳兹曼常数）维恩位移定律：光谱辐射出射度的峰值波长与热力学温度成反比，随着温度升高，峰值波长向短波方向移动，这就是物体温度升高时，其颜色从红到白再到蓝的原因。mT=2898mK4、辐射衰减、光谱衰减系数、布格尔定律、会简单计算辐射衰减：指辐射能在传输过程中的损失，包括界面上的反射、介质内的吸收和散射等。（吸收、散射、反射、透射）光谱衰减系数：定义为介质单位长度上由于衰减而引起的光谱辐射功率的相对减小量。（在介质内部不必计算界面上的反射）=+布格尔定律：表示辐射功率随传输距离按指数规律衰减。P(x)为在x处的光谱辐射功率。Px=P(0)e-x5、附加思考：P58第12题用红外分光光度计分析某种气体，发现在4.3um处有一个吸收峰，该波长的红外辐射经过20m的吸收长度后，其辐射通量下降到起始值的16%，计算吸收系数并分析气体成份探测的基本原理。大气是多种气体分子和悬浮微粒组成的混合体，按混合比可分为均匀不变组分和可变组分。氮(78%)和氧(20.9%)都是同核双原子分子，没有固定的电偶极矩，故没有选择性的吸收谱带，氩、氢、氖、氪、氙含量很小，无红外吸收，对红外有选择性吸收的是二氧化碳(2.7um、4.3um、15um有强吸收带)、甲烷、一氧化碳和一氧化二氮，含量小，吸收不显著，距离长时显著。大气中的可变组分，主要是水蒸气，对红外辐射传输影响最大（1.38um, 1.87um,2.7um,6.27um），其含量随温度、高度和位置而变。另一种可变组分时臭氧，它的总含量很少，分布也不均匀。在海平面处很难观察到，在60km以上也很少，主要集中在25km高度处。臭氧的吸收峰在9.6um处。只有当辐射在竖直方向穿过很厚的大气层时才需考虑臭氧的吸收。大气中含有许多悬浮的微粒，通常称为气溶胶，半径尺寸在102um1mm之间，其核心是细小的灰尘、碳粒、盐晶粒、烟、燃烧生成物和微生物等，常称为霾，半径很少超过0.5um，但温度较高时水汽在其上凝聚形成半径超过1um的水滴或冰晶，即云和雾，半径多在515um之间。气溶胶的空间分布随时间及地区而变，并随着离地面高度的增加，其浓度迅速下降。气溶胶使红外辐射因吸收和散射而衰减对红外辐射的吸收随相对湿度的增加而增大。6、光电发射的红限-P106在入射光线频率范围内，光电阴极存在着临界波长。当光波波长等于这个临界波长时，光电子刚刚能从阴极逸出。这个波长通常称为光电发射的“红限”，或称为光电发射的阈波长（光电阴极的长波阈0）。显然，在红限处光电子的初速（即动能）应该为零。因此h0=0，临界频率0=0h，所以临界波长为0=c0=ch0=1.240最短波长的可见光（380nm）在表面逸出功（功函数）不超过3.2eV的阴极材料中产生光电发射。而最长波长的可见光（780nm）则只有在功函数低于1.6eV的阴极材料中才会产生光电发射。7、热释电效应P109热释电效应是指某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷，它是通过所谓的热释电材料实现的。当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时，薄片温度升高，极化强度Ps下降，表面电荷减少，相当于“释放”一部分电荷，称为热释电。分析简答题1、光谱测量，多光谱测量，遥感的基本特点光谱发射率是物体辐射特性的一个重要参量,对其测量可以了解材料的辐射特性,地物景像被逐点扫过，并逐点分波段测量，从而获得多光谱的遥感图像信息。景物辐射来自物体对阳光和天空背景光的反射或物体自身的热辐射等，光谱范围从可见光到红外波段。辐射的光谱特性反映物体的性质和状态。多光谱扫描仪是从红外行扫描仪演变来的。60年代为了获取红外图像，用红外探测器扫描方式对景物的红外辐射逐点进行探测，形成图像。这种仪器用于航空遥感时仅在与飞行方向相垂直的方向上作行扫描，利用飞机运动而形成二维图像，故称行扫描仪。只要在这种扫描仪上加上分光器件和适当的光电探测器，就可以在很宽的光谱范围内工作，发展成多光谱扫描仪。多光谱扫描仪是从机载红外行扫描器演变而来的。最初的行扫描器使用单一的红外波段。为了充分利用地物波谱的差异来识别地物，后来研制成使用可见光和红外多个波段同时扫描的仪器，即多光谱扫描仪，可用以获取每个像元（像素）的谱辐射量。扫描仪安装在飞行器上。扫描仪的扫描镜旋转,使接收的瞬时视场作垂直于飞行方向的运动,从而实现行扫描。由于飞行器的向前运动，扫描仪遂完成二维扫描。地物景像被逐点扫过，并逐点分波段测量，从而获得多光谱的遥感图像信息。特点：多光谱扫描仪的优点是：工作波段宽，从近紫外、可见光到热红外波段，波长范围达0.3520微米；各波段的数据容易配准。（高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。）多光谱遥感，是利用具有两个以上波谱通道的传感器对地物进行同步成像的一种遥感技术，它将物体反射辐射的电磁波信息分成若干波谱段进行接收和记录。多光谱遥感不仅可以根据影像的形态和结构的差异判别地物，还可以根据光谱特性的差异判别地物，扩大了遥感的信息量。航空摄影用的多光谱摄影与陆地卫星所用的多光谱扫描均能得到不同谱段的遥感资料，分谱段的图像或数据可以通过摄影彩色合成或计算机图像处理，获得比常规方法更为丰富的图像，也为地物影像计算机识别与分类提供了可能。光谱分辨率在10-1数量级范围内的遥感称为多光谱遥感自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性；它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特性。遥感的特点：(1)大面积的同步观测：遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越广。(2)时效性：获得资料的速度快，周期短，时效性强。(3)数据的综合性和可比性：获取的数据综合反映了地球上许多自然、人文信息，且数据来源连续，具有可比性。(4)经济性：与传统方法相比具有更高的经济效益和社会效益。(5)局限性：许多电磁波有待开发，还需发展高光谱遥感以及与其他手段相配合。遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。遥感器波段宽度窄化，针对性更强，可以突出特定地物反射峰值波长的微小差异；同时，成像光谱仪等的应用，提高了地物光谱分辨力，有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性。2、孔径光阑、光瞳、视场光阑、窗的定义，简单分析(1) 孔径光阑（入射光瞳与出射光瞳）对轴上点光束起限制作用的光孔或屏。系统孔径光阑经前面物镜组在物空间所成的像称为光学系统的入射光瞳，经后面物镜组在像空间所成的像称为光学系统的出射光瞳。出瞳和入瞳在该系统中是物像关系。 L1 D L2 D1思考题：上图中有那些光阑？孔径光阑在哪里？入射光瞳在哪里？出射光瞳在哪里？(2) 视场光阑（入射窗和出射窗）限制物平面或物空间能通过光学系统最大范围的光孔或屏。决定光学系统视场大小。视场光阑经其前面物镜组在物方空间成像称为该光学系统的入射窗，视场光阑经其后面物镜组在像方空间成像称为该光学系统的出射窗。入射窗和出射窗互为物像关系。O P1 L P I F F1思考题：上图中有那些光阑？视场光阑在哪里？入射窗在哪里？出射窗在哪里？下图呢？ O L I F F13、设计双波长或多波长测量危险气体的方案（附加）4、傅里叶变换与小波变换、空间频率、会写光函数设一个空间函数，相应的傅立叶变换定义为（2-2-1）其中：称为的傅立叶谱，变量称为空间频率。物理意义：如果空间函数是一列在空间传输的光波，则（2-2-1）式是该光波对应于各个不同方向分量的大小，是空间频率的函数，每个分量称谓该函数的傅立叶分量。频率值取决于平面波的传播方向和波长（2-2-2）其中：是波分量的方向余弦，为光波波长。傅立叶逆变换：小波变换是一个时间和频率的局域变换，它能有效地从信号中提取信息，同时通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（Multiscale Analysis），解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题，从而小波变化被誉为“数学显微镜”，它是调和分析发展史上里程碑式的进展。小波变换的定义：母函数h(x)的基本小波函数ha,b(x)定义为:式中 b 称为小波变换的位移因子, a0 称为伸缩因子.当a增大时,小波的宽度加宽(膨胀)；当a减小时,小波的宽度变小(收缩).信号函数g(x)的小波变换定义为小波ha,b(x)和g(x)的内积,即ha,b(x)的复共轭和g(x)的乘积的积分:上式还可写成:即小波变换可表为缩放后的母函数与信号函数的相关,母函数的中心位移则是相关函数的变量。由于相关运算比较容易用光学相关器进行,因此小波变换可以用我们熟悉的光学相关器来实现。由于随机噪声信号的小波变换与有效信号的小波变换在特征上具有明显的区别，因此小波分析方法具有很强的消噪功能。小波变换对信号的奇异点非常敏感，当信号在某一时刻发生突变时，该信号的小波变换在一定的尺度范围内均会在信号突变处出现峰值，并且呈现出与噪声截然不同的特性。利用这一特点，通过选择合适的尺度参数，可以在强噪声背景下，准确地检测到突变信号。光函数：5、光辐射调制、数字调制与模拟调制、声光调制与电光调制149光辐射调制就是把被传送的信息加载在光波上，以实现信息检测与传送。（光辐射的调制是指改变光波振幅、强度、相位或频率、偏振等参数使之携带信息的过程。）光调制可分为：强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制和波长调制。作用：1.抗干扰；2.传递信息量大（光的载波能力比无线电好，大的倍数与波长成正比）光波的调制形式：模拟调制、脉冲调制、数字调制分类：光学调制（电光调制、声光调制）、机械调制（调制盘）模拟调制：信息信号连续改变载波的强度、频率、相位或偏振。任何时刻，信息信号的幅度与波参数的幅度之间都有一一对应的关系。模拟调制包括调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）。数字调制和脉冲调制是对信息信号的幅度按一定规律间隔取样，而用脉冲序列作载波。数字调制是把信息信号以编码的形式转变为脉冲序列。这些载波脉冲在时间的位置是固定的，而幅度是量化的。声光调制是声波和光波相互作用的调制方式。（光弹效应：声波在介质中传播时，会引起介质密度周期性疏密变化，继而引起介质的介电系数和折射率也周期变化）介质的折射率随超声信号周期变化，从而形成折射率光栅，光在此介质中的传播特性也发生改变，即光的强度、频率和方向等将随着超声信号的变化而变化，此效应为声光效应。电光调制的物理基础是电光效应，即是某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过时，光的振幅和相位也发生变化。6、光源种类（按光谱分）及特点线光谱(LD)、带光谱、连续光谱、混合光谱7、光源色温与相对色温P173若辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度成为该辐射源的色温。（由于一种颜色可由多种光谱分布产生，故色温相同的光源，其相对光谱分布功率分布不一定相同）同色异谱。相关色温：对于一般光源，它的颜色与任何温度下的黑体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温表示。在均匀色度图中，如果光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关色温。8、颜色基本概念、颜色的三要素、会简单分析颜色是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的视觉效应。人对颜色的感觉不仅仅由光的物理性质所决定，比如人类对颜色的感觉往往受到周围颜色的影响。有时人们也将物质产生不同颜色的物理特性直接称为颜色。三要素：亮度，色调，饱和度亮度：光作用于视细胞引起明亮程度的感觉色调：颜色彼此区分的特性，光谱成分饱和度：彩色光颜色的深浅程度，光谱宽度9、光电探测器的种类及特性P196、响应度、光谱响应度、响应时间、频率响应196、暗电流、量子效率200、线性度201、热噪声203与红外探测两类：光子探测器（更灵敏）、热探测器光子探测型光电探测器基于光电效应原理，即利用光子本身能量激发载流子。这类探测器有一定的截止波长，只能探测短于这一波长范围的光线，但它们响应速度快，灵敏度高，使用非常广泛。基于光热效应的热探测型光电探测器吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是首先将光信号的能量变化转变为自身的温度变化，然后再依赖于器件的某种温度敏感特性将温度变化转变为相应的电信号。基于光热效应的热探测型探测器对波长没有选择性，只与接收到的光辐射总量有关。热探测型探测器在一些特殊场合具有非常重要的应用价值，尤其是远红外区。温度的上升是热积累的作用，所以光热效应的响应速度相对较慢，而且容易受到环境温度变化的影响。热探测器的缺点：响应率较低，相应时间长红外探测：将入射的红外辐射信号转变成电信号特点：不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的，该波段的红外光处在可见光波段之外。因此人们可以利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标的探测与跟踪。将不可见的红外辐射光探测出并将其转换为可测量的信号的技术就是红外探测技术应用的情况来看，红外探测有如下几个优点：环境适应性优于可见光，尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力；隐蔽性好，一般都是被动接收目标的信号，比雷达和激光探测安全且保密性强，不易被干扰；由于是*目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；与雷达系统相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低；探测器的光谱响应从短波扩展到长波；探测器从单元发展到多元、从多元发展到焦平面；发展了种类繁多的探测器和系统；从单波段探测向多波段探测发展；从制冷型探测器发展到室温探测器。10、P203光子探测器与热探测器光电探测器按探测机理的物理效应可分为两大类：1.利用各种光子效应的光子探测器；2.利用温度变化的热探测器。光子探测器分为：1.外光电效应器件：基于光电子发射效应。在吸收了大于红外波长光子能量以后，器件材料中的电子能溢出材料表面。2.基于光电导、光伏特和光电磁效应。在吸收了大于红外波长光子能量以后，器件材料中出现光生自由电子和空穴。11、简单的光电探测电路建立12、光电成像器件、CCD与CMOS 261（光电成像器件（photoelectronic imaging devices）是基于光电效应对物体成像或进行图像增强与转换的器件。待成像物体发出的辐射因强度或波长范围往往不适合人眼直接观察，而需借助像管、摄像管或固体成像器件。光电成像器件是微光图像探测器系列的总称。它们的作用是光电转换，增强原始输入光子信号，进而提高图像探测的效率和精度。外源）光电成像器件按波段可分为可见光、紫外及红外光电成像器件。按工作方式可分为直视型成像器件和非直视型成像器件两大类。直视型成像器件本身具有图像转换、增强及显示功能，如变像管、微通道板和像增强器等器件。非直视型成像器件的功能是将可见光或辐射图像转换成视频电信号，如各种摄像器件、光机扫描成像探测器件和探测器阵列等。CCD成像器件是在驱动脉冲作用下完成信号电荷传输的，既具有普通电子束摄像的扫描制式，又具有独特的时钟驱动特点。CCD原理283：电荷耦合器件（CCD）的突出特点是以电荷作为信号，基本功能是电荷的存储和电荷的转移。工作过程是信号电荷的产生、存储、传输和检测。需要用光学成像系统将景物图像成在CCD像敏面上，像敏面将照在每一像敏单元上的图像照度信号转变为少数载流子数密度信号存储于像敏单元（MOS电容）中，然后，再转移到CCD的移位寄存器中，在驱动脉冲的作用下顺序地移出器件，成为视频信号。CCD与CMOS都利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。 1.灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。 2.成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timinggenerator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本； CCD采用电荷传递的方式传送数据，成品率低，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。 3.分辨率差异：相同尺寸时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器。4.噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。 5.功耗差异：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到1218V；因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加powerIC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。综上所述，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。应用题1、光阀的概念、液晶光阀原理（投影机原理）、DLP原理光阀：光的开关阀。它本身仅仅是一种微显示器件。液晶光阀投影机采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾，它采用外光源，也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成：光电转换器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源产生一束强光，投射到光光阀上，由内部的镜子反射，能过光调制器，改变其光学特性，紧随光阀的偏振滤光片，将滤去其它方向的光，而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过，这个光与CRT信号相复合，投射到屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机，亮度可达6000ANSI流明，分辨率为25002000，适用于环境光较强，观众较多的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所PS：CRT投影机也又名是三枪投影机是阴极射线管，主要是由电子枪偏转线圈及管屏组成，CRT投影机把输入信号源分解到R（红）G（绿）B（蓝）三种颜色的CRT管的荧光屏上，经过光学系统放大和会聚在大屏幕上显示出彩色图像。由于使用光源也叫主动投影方式。数字光处理技术（ Digital Light Processing ,DLP）是利用微型反光镜对光进行定向反射。2、P268光电成像与电视摄像制式光电成像系统常被分成摄像系统(摄像机)与图像显示系统两部分。电视的图像发送与接收系统中，图像的采集（摄像机）与图像显示器必需遵守同样的分割规则才能获得理想的图像传输。这个规则被称为电视制式。电视制式的制定，应根据当时的科技发展状况和技术条件，考虑本国或本地区电网对电视系统的干扰情况，人眼对图像的视觉感受和人们对电视图像的要求等条件制定。目前，正在应用中的电视制式一般有三种：其中，我国以及西欧各国的彩色电视制式，该电视制式确定的场频为50 Hz，隔行扫描每帧扫描行数为625行，伴音、图像载频带宽为6.5 MHz。也称为PAL彩色电视制式。（1）电视图像的宽高比若用W和H分别代表电视屏幕上显示图像的宽度和高度，二者之比称为图像的宽高比，用表示。早期为4:3（2）帧频与场频每秒中电视屏幕变化的数目称为帧频。我国电网频率为50Hz，因此，采用了50Hz场频和25 Hz帧频的隔行扫描的PAL电视制式。（3）扫描行数与行频帧频与场频确定后，电视扫描系统中还需要确定的参数是每场扫描的行数，或电子束扫描一行所需要的时间，又称为行周期。行周期的倒数称为行频。综合起来，我国现行电视制式（PAL制式）的主要参数为：宽高比=4/3；场频fv=50 Hz；行频fl=15 625 Hz；场周期T=20ms，其中场正程扫描时间为18.4ms，逆程扫描时间为1.6ms。行周期为64s，其中行正程扫描时间为52s，逆程扫描时间为12s。3、P338双元探测方法（原理）、简单的光电定位与跟踪系统设计双元探测方式是采用两个光电探测器与光学系统组成探测头来实现探测，它的特点是结构简单。通常把两个探测器接成电桥方式或差动方式以自动减去背景光能作用下光电探测器输出的光电流。简单的测速装置：当车辆静止时，两探测器接收到相同的平均光强，有相同直流输出。这时后面差动放大器有共模抑制作用，因而没有信号输出。当车辆运动时，如果地面如同一面反射镜，那么探测器仍得到均匀照明，仍是输出直流。而事实上，地面上各点的反射率是极不均匀的，突出的点所成的像在探测器上将形成交变的调制信号。差动放大器对两探测器的输出信号VA、VB是相加的，形成交流信号。此信号可经过整形、计数电路读出所对应的车辆的平均速度。也可送入微机算出瞬时速度的变化，对车辆行驶速度进行研究。光电定位与跟踪系统设计4、四象限探测方法342把4个性能完全相同的探测器按直角坐标排列成4个象限制在同一芯片上，中间有十字沟道隔开。四象限探测方式是用四象限管和光学系统组成测量头，在位置测量中四象限管相当于直角坐标系中的四个象限。四象限探测器象限之间的间隔称为“死区”，一般要求“死区”做得很窄。若“死区”太宽，而入射光斑较小时，就无法判别光斑的位置；“死区”做得过分狭窄，可能引起信号之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实际制作时，必须要兼顾这两个方面。四象限探测器主要被用于激光准直、二维方向上目标的方位定向、位置探测等领域。四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像。一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或角来。其他（计算题）1、P227-习题1、3、111. 一个氦氖激光器（波长=632.8nm）发出的激光辐功率为2 mW，平面发散角为1 mrad, 激光器的放电毛细管直径为1mm.(1)求该激光束的光通量、发光强度、光亮度和光出射度(2)若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上，反射比为0.85，求该屏上的光亮度。（1）光笔在10米和1000米处形成的光照度分别是多少？（注意光功当量及转换）（2）如果一个普通节能灯（视为点光源）能达到与光笔相同的光强度，电功率需要多大？（假定节能灯发光效率60 lm/W）波长632.8nm的视觉函数值为0.2886，该激光束的光通量为：0.2886683Lm/W2mW0.394Lm。平面发散角为1mrad，按其角平分线旋转后成立体角，为2msr，则发光强度为：0.394Lm2msr197Lm/sr=197cd(坎德拉)。出射面积为：2msr0.5mm0.5mmsr(0.510-9)m2。那么发出的光亮度为：197cd(0.510-9)m2(394109)nt(尼特)。光出射度，就是平面发散角旋转后成立体角，为：2msr。若激光束投射(设正面投射)在10m远的白色漫反射屏上，到达的面积为：2msr10m10msr0.2m2。那么到达的光亮度为：197cd0.2 m2=985 nt。反射屏的反射比为0.85，该屏上的光亮度为：985 nt0.85837 nt。说明：反射比是光通量的比，角度、面积不变，则为光亮度比。3一只白炽灯，假定各向发光均匀，悬挂在离地面1.5米的高度，用照度计测得正下方地面照度30lx，求该白炽灯的光通量？（假如灯是完整球形，则30乘半径为1.5米球的面积，就是它的光通量。）光通量 = 30*4*3.14*1.5*1.5 = 847.8 lm11.一个工作于77K的光伏探测器，在有光照和无光照时有哪些噪声？（依据噪声产生的物理原因，光电探测器的噪声可分为散粒噪声、产生-复合噪声、光子噪声、热噪声和低频噪声等）散粒噪声：热激发，存在于所有光电探测器中。产生-复合噪声：载流子产生与复合的随机性引起。光子噪声：光激发载流子数的随机性引起。热噪声：载流子无规则热运动。低频噪声（1/f噪声）：几乎存在于所有探测器。微量杂质引起。2、计算空间频率（两种）空间频率:二维空间频率是二维图像平面上图像亮度或彩色变化快慢的度量。空间频率可以完全由两个正交方向（如水平方向和垂直方向）的变化频率来描述（fx，fy） fx: 水平频率 fy : 垂直频率也可以用幅度和相位来描述。空间频率，就是在每单位长度上，出现几个同样的几何结构。如果同样的几何结构重复的距离为，那空间频率就是的倒数。这个概念与力学中的波动类似，可以视为周期T，f就是频率。3、动态光电报警器不工作的可能原因，解决方案4、简述声光定位原理声和光在同一介质中传播速度不同，经过一段距离的传播后产生时间差，由时间差可以定位声光发射源。5、DLP投影仪工作原理数字光处理技术（ Digital Light Processing ,DLP）是利用微型反光镜对光进行定向反射。DLP投影机是一种反射型投影机，使用DMD（DigitalMicromirrorDevice）数字微镜片器件作为成像源板。DLP投影机的核心是DMD装置。一片DMD由许多个微小的正方形反射镜片（简称微镜）按行列紧密排列在一起贴在一块硅晶片的电子节点上，每一个微镜对应着生成图像的一个像素。因此DMD装置的微镜数目决定了一台DLP投影机的物理分辨率。微镜由对应的存储器控制在10度角和-10度角两个位置上切换转动。图4为一片DMD其中三个微镜的工作示意图，图中外边的两个微镜处于开的位置（10度角）光源投射过来的光由这两个微镜反射，通过投影镜头投射到投影幕上，生成了图像中的两个亮的像素，而中间的那个微镜处于关的位置（10度角）,光由它反射无法到达投影幕，就生成了图像中的那个暗的像素。目前，DLP投影机按其中的DMD装置的数目分为一片DLP投影系统，两片DLP投影系统和三片DLP投影系统。5、下图给出了一种液晶光阀（ILA-LV）的基本结构，试对其工作机理（或主要部分的作用）进行简要的分析。驱动源光隔离层光电导层液晶写入光照明光液晶取向膜介质反射镜玻璃面板玻璃基板透明导电极投影光考试例子(选择填空)1光谱辐射强度和光谱辐射通量的量纲分别是 A和 B和 C和 D和2描述光源发光特性的最基本发光单位是 .A. 流明（lm）B勒克斯（lx）C坎德拉（cd） D. 光源温度（T）3光学系统的分辨率一般由 决定 A光学系统的通光口径和波长 B光学系统的相对孔径和波长 C光学系统的焦长和通光口径 D光学系统的透光率和波长4普通数码相机的视场通常是由 决定的.A像面 B孔径光阑C相对孔径 D镜头5根据光学傅立叶变换的缩放定理，当衍射孔径缩小时，必然将伴随着衍射图样的 ,意味着等焦距时大口径光学系统的理想成像点相对 . A缩小 B放大C大 D. 小6母函数的基本小波函数为，其中a称为 。7某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷，利用这种效应制作的红外探测器也称为 探测器。8某单色探测源的能量在大气中传播一千米距离后，功率由100瓦减少至99瓦，则该辐射源在大气中的光谱衰减系数为 。A0.1 B0.01 C0.001 D. 以上都不是9跟踪飞机引擎热辐射的红外寻的导弹的目标探测方式属于 A. 主动探测 B. 被动探测一、DLP投影机的概念DLP投影机中的DLP是一种新兴的投影技术，这种技术是英文Digital Light Processing的缩写，中文含义为数字光处理技术，该技术是由美国德州仪器公司研制推出的一种全数字的反射式投影技术，它可以被称为是投影和显示信息领域中的一个新思路。由这种技术生成的投影机采用DMD（Digital Micromirror Device）数字微镜作为光学成像器件，来调制投影机中的视频信号，驱动DMD光学系统，通过投影透镜来完成数字投影显示的，这一技术的诞生，不仅打破了传统投影机市场上多媒体液晶投影机的垄断局面，更使我们普通投影用户在拥有捕捉、接收、存储数字信息能力的同时，进一步实现了数字化信息显示；可以豪不夸张地说，DLP技术的核心就是用DMD数字微镜装置来替代投影机中普通的成像器件。DMD数字微镜装置是由美国德州仪器公司专门生产开发的一种特殊半导体元件，一个DMD芯片中含有许许多多的细微的正方形反射镜片，这些镜片中的每一片微镜都代表一个像素，每一个像素面积为16m16，镜片与镜片之间是按照行列的方式来紧密排列的，并可由相应的存储器控制在开或关的两种状态下切换转动，从而控制光的反射。DLP投影机使用了反射式数字微镜后，它内部的光学成像部分的总光效率高达60%左右，这使得DLP投影机无论工作在光线充足的环境还是光线暗淡的环境时，都能将更多的光线投射到投影屏幕上，这也是为什么DLP投影机比传统的模拟投影机具有更高的亮度、对比度的原因所在。根据DLP投影机中包含的DMD数字微镜的片数，人们又将投影机分为单片DLP投影机，两片DLP投影机和三片DLP投影机。目前市场上出现的DLP投影机，有许多都属于单片机，这种单片DLP投影机主要适用在各种便携式投影产品中，这种投影机的整个机身一般小于A4纸张的面积，专为流动行政人员而设计，外壳一般是典雅优美的镁合金外壳，不要看这种单片DLP投影机的体积小巧，但它的功能可强大的很呢，清晰度高、画面均匀，色彩锐利，有了这种投影机，大家要工作时，可以随时把它塞进公文包里，马上出发，直接给客户展示色彩绚丽、画面清晰的效果。两片DLP投影机与单片DLP投影机相比，多使用了一片DMD芯片，其中一片单独控制红色光，另一片控制蓝、绿色光的反射，与单片DLP投影机相同的，使用了高速旋转的色轮来产生全彩色的投影图像，它主要应用于大型的显示墙，适用于一些大型的娱乐场合和需要大面积显示屏幕的用户。三片DLP投影机，三片DMD芯片分别反射三原色中的一种颜色，已经不需要再使用色轮来滤光了；使用三片DMD芯片制造的投影机亮度最高可达到12000ANSI流明，它抛弃了传统意义上的会聚，可随意变焦，调整十分便利；只是分辨率不高，不经压缩分辨率只能达到12801024这样的标准，它常常用于对亮度要求非常高的特殊场合下。DLP投影机从1996年问世到现在，经过几年的飞速发展，将基本上与LCD投影机平分秋色；目前世界上已有近30个品牌的投影机选用基于DLP技术的投影产品，机型数量超过60种。DLP投影机以其更清晰、更细致、更明亮、更逼真的图像显示效果，在市场中得到越来越广泛的认可，尤其是近两年便携机市场的快速增长，更为DLP投影机的发展提供了良好的契机。二、DLP投影机的原理由于DLP投影机的核心部件就是数字微镜DMD装置，因此DLP投影机的工作原理其实就是数字微镜DMD的工作原理。不同数量的DMD芯片，它们的工作原理又是不同的。单片DLP投影机只包含有一片DMD芯片，这个芯片其实就是在一块硅晶片的电子节点上紧密排列着许多片微小的正方形反射镜片，这里的每一片反射镜片都对应着生成图像的一个像素，所以如果一个数字微镜DMD芯片中包含的反射镜片的片数越多，那么对应DMD芯片的DLP投影机所能达到的物理分辨率就越高。DMD微镜在工作时由相应的存储器控制在两个不同的位置上进行切换转动。当光源投射到反射镜片上时，DMD微镜就通过由红绿蓝三色块组成的滤色轮来产生全色彩的投影图像，这个滤色轮以60转/秒的速度在旋转着，这样就能保证光源发射出来的白色光变成红绿蓝三色光循环出现在DMD微镜的芯片表面上。当其中某一种颜色的光投射到DMD微镜芯片的表面后，DMD芯片上的所有微镜，根据自身对应的像素中该颜色的数量，决定了其对这种色光处于开位置的次数，也即决定了反射后通过投影镜头投射到屏幕上的光的数量。当其他颜色的光依次照射到DMD表面时，DMD表面中的所有微镜将极快地重复上面的动作，最终表现出来的结果就是在投影屏幕上出现彩色的投影图像。与单片DLP投影机一样，两片DLP投影机同样在投射光源的路径上设置有高速旋转的滤色轮，不过这里的滤色轮并不是由红绿蓝三色块组成的，而是由洋红和黄色两色块组成，这样当洋红色块通过旋转的色轮时，会相应地过滤白色光中的绿色光，而通过的蓝色光和红色光则被分隔开来，其中红色光单独投射到两片DMD芯片中的一片上，蓝色光则投射到由蓝色光和绿色光共享使用的另一片DMD芯片上。当某一颜色的光投射到DMD微镜芯片上后，对应DMD芯片上的所有微镜，同样会根据自身对应的像素中该颜色的数量，决定了其对这种色光光处于开位置的次数，从而决定反射后通过投影镜头投射到屏幕上的光的数量。当黄色色块通过旋转的色轮时，光线中的红色和绿色光就会被通过，而蓝色光就会被过滤掉，这样红色光和蓝色光就会被分隔投影。三片DLP投影机的工作原理与单片、两片投影机的原理是完全不同的，最大的区别就是三片DLP投影机中根本就没有采用滤色轮，三片DLP投影机中的每一片DMD分别直接反射红绿蓝中的一种颜色，然后将红、绿、蓝三种颜色分别投射到投影屏幕上。三、DLP投影机的特点在高效率、快节奏的今天，投影机已经成为许多单位办公时一种不可或缺的必需品，特别是超便携式投影机更是深受移动用户的喜爱！而目前超便携式投影机主要有LCD液晶显示投影机和DLP数字式投影机两种，但LCD投影机存在明显的缺陷，那就是投影亮度和对比度均感不足。而DLP因采用的是微镜反射投影图像，亮度和对比度明显提高，且体积和重量可以做得更小更轻。在短短几年的时间里，DLP投影机以其更清晰、更细致、更明亮、更逼真的图像显示效果，在市场中得到了越来越多广泛的认可了。相比而言，DLP投影机比LCD液晶显示投影机拥有更多的优点，主要表现在下面几个方面：1、画面均匀、噪音消除由于DLP投影机采用的是数字技术，这种技术可以直接捕获相关的数字信号，而投影机的输入信号不需要经过数模转换就能直接调制生成图像，因此信号的中间处理环节减少之后，投影信号的衰减幅度就会很自然地要减少很多，最终的结果将是投影机产生很小的噪音甚至消除了噪音。此外，由于DLP投影机还采用了数字微镜处理技术，每片DMD微镜是由许许多多的细微镜片以方形阵列紧密排列在一起的，其中每一个细微镜片就对应投影图象中的一个像素，每一片DMD芯片之下就有一个控制器，这种控制器可以对输入进来的数字信号做出每秒开关超过五千次的响应来产生投影像素，这样的切换速度和被称为双脉冲宽度调制的一种精确的图像颜色和灰度复制技术相结合，产生的是透明似水晶的令人叹为观止的图像，生成的这种图像灰度等级达到256-1024级，色彩达到2563-10243种，而且DLP技术使图像随着窗口的刷新而更加清晰，它通过增强黑白对比度、描绘边界线和分离单个颜色而将图像中的缺陷抹去，最终呈现出更清晰、层次丰富、画面均匀的显示效果。2、画面效果更加逼真DLP投影机投影出来的图象中的每一个像素都对应DMD数字微镜装置上的一个细微反射镜片，而细微镜片以方形阵列紧密排列在一起的，它们之间的间隔距离大约不到1m，这种紧密排列的细微反射镜片组使得那些电脑中的图像投影到显示屏幕上拥有了逼真的色彩；而且DLP投影机也不是只简单地把电脑中的图象投影到屏幕上，它还把每一次要投影的图象先进行数字化处理，使得待投影的图象变为8到10位每色的灰度级图像。接着再将这些数字化后的灰度级图像发送到DMD数字微镜装置中，在这个装置中这些灰度级的图象和来自投射光源并经过滤色轮精确过滤的彩色光融合在一起，直接输出到投影屏幕上。当然，DLP投影机对上面的图象处理过程并不是一次就完成的，它还将会把上面的图象处理过程中不断地重复复制，每次的处理结果都会重复地投射到屏幕上，这样投影屏幕上的图象就会处于不断刷新之中，那么源图像的所有细节都在这不断的刷新之中得到很完美的展现，从而使画面效果更加逼真。3、画面清晰、色彩锐利画面清晰、色彩锐利是DLP投影机的又一个功能特点。DLP投影机中的DMD数字微镜是由将近50万片的细微反射镜片排列而成，构成DLP图像像素的微镜面之间的间距很小，相邻镜片之间的距离间隔不到1微米，这样使DLP投影系统和LCD透射式投影系统成像原理相比，DLP投影机能得到更高的光效率；而且每个细微反射镜片上的大部分面积都会动态地反射光线以生成一个投影图像，因此在相邻镜片之间的距离如此接近的情况下，投影在屏幕上的图像看起来没有缝隙；并且DLP投影机中的DMD数字微镜在处理分辨率增大的图象时，它的大小和相邻间距仍然保持固定值，这样的话不管输入图象的分辨率怎样增大或者怎样缩小，最终投影到屏幕上的图像始终不会出现间隔缝隙，观众们将始终看到清晰度一直很高的投影效果。相比而言，LCD投影机就没有这个本领了，这种投影机在输入图象分辨率增大时，就会在投影屏幕上出现很明显的的恼人缝隙，而且缝隙的间隔也是随着输入图象分辨率的增大而不断扩大的。4、投影画面更加明亮传统的模拟投影机在光线比较充足的情况下工作时，投影出来的效果就变得非常模糊了，即使在光线暗淡的环境中工作，投影屏幕的亮度也总感觉不够，这就导致了传统的模拟投影机受使用环境的限制很大，这也注定了这种投影机适用的场合不是很多。现在越来越多的公众场合都有使用投影机的需要了，那么在这种场合下工作的投影机就必须能够在白天或者黑夜都能投影出很明亮的画面出来。基于这样的要求，DLP投影机采用了五十多万个细微镜片来反射图象，而每个镜片中90%的光线都直接反射投影到显示屏幕上，更为重要的是，基于DLP技术的投影机的亮度是随着输入图象分辨率的增加而不断增大的，比方说在SXGA等更高分辨率下工作时，细微镜片将会提供更多的反射面积，这样一来，用户无论在白天中还是黑夜里都能享受到DLP投影机给我们带来的明亮的投影效果。5、性能更加稳定可靠前面笔者曾经提到过，数字微镜DMD装置是DLP投影机的核心部件，因此这种装置的性能稳定直接决定了投影机整体性能的可靠稳定，因此在生产研制DMD装置的过程中，人们对组成DMD的材质进行了严格的筛选，并对DMD装置的整体性能进行