第6章扫描成像ppt课件.ppt

《第6章扫描成像ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章扫描成像ppt课件.ppt（77页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,第 6 章扫 描 成 像,第6章 扫描成像,内容提要：扫描成像是遥感技术发展的方向之一，本章内容包括扫描探测器工作原理，电子扫描成像电视，光学机械扫描成像，固体自扫描成像。讲授重点：电子扫描成像过程与原理，光机扫描成像过程，成像扫描仪分辨能力，像元的概念，电荷耦合器件CCD的结构、工作原理和成像机制。,6.1 扫描探测器工作原理 探测器主要性能参数,响应率 响应率是到达探测器上的单位辐射功率所产生的电压，即输出电压与输入辐射能量之比，表达式是：输出电压(伏)，：输入的辐射能量(瓦),第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 探测器主要性能参数,响应波长范围 光谱响应曲线：探测器的响应率与

2、入射辐射的波长之间的关系曲线。峰值波长：最大响应率所对应的波长p 截止波长：响应率下降到峰值一半所对的波长c1、c2，探测器的使用波长c1c2。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 探测器主要性能参数,噪声电压（n）探测器在工作时本身所固有的毫无规律、无法预测的随机电压起伏，叫噪声电压（n）。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 探测器主要性能参数,等效噪声功率（NEP）到达探测器的电磁辐射产生的输出电压正好等于噪声电压时的辐射量叫等效噪声功率（NEP），意思是它对探测器所产生的效果与噪声相等。NEPnn（s）要准确测定辐射信号的存在，入射辐射功率应为NEP的26倍。,第6

3、章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 探测器主要性能参数,探测灵敏度D*D*是与NEP成反比的量，计算公式为 式中：A为元件的面积，f为频带宽度，当元件面积为1cm2、频带宽度为1Hz、入射光功率为1W时，D*等于输出信号与噪声之比信噪比（S/N）。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 探测器主要性能参数,响应时间 当一定能量的辐射突然到达探测器的敏感面上时，探测器的输出电压要经过一定的时间才能上升到与这一辐射通量相对应的稳定值；当辐射突然除去后，输出电压也要经过一定的时间，才能下降到辐射之前原有值。这一段时间就称为探测器的响应时间。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理

4、 半导体导电机理,物体导电机理 物质由原子核和电子组成，电子成层分布在原子核周围，受核作用力吸引。离核远的电子，受核吸引力较小，与核结合较松，很容易受到相邻原子核的作用，脱离原来的原子，成为不属于某一个原子的电子自由电子。金属物体自由电子浓度非常高，运动杂乱无章。但是，如果有外加电压作用于导体上，自由电子的运动就受到电场力的牵引，有一个顺电场作用力方向的加速运动，从导体的一端迁移到另一端。这就是导体传导电流的过程。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的导电机理半导体晶体结构 半导体的物体在组成晶体时，相邻的两个原子各以一个电子相结合键合，形成属于这两个原子的一

5、对键合电子。如果没有其它因素干扰，原子最外层的电子都分属于各对原子，没有自由电子，这时导电率为零(不导电)。当有干扰存在时，如温度变化，杂质的加入，就产生了自由电子，其浓度随温度、杂质的变化而变化。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的导电机理温度影响,第6章 扫描成像,自由电子,空穴,束缚电子,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的导电机理杂质影响 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,第6章 扫描成像,N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导 体，也称为（电子半

6、导体）。,P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的导电机理杂质影响,第6章 扫描成像,N 型半导体,多余 电子,磷原子,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的导电机理杂质影响,第6章 扫描成像,P型半导体,P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。,空穴,硼原子,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的能带结构 能带结构是表示固体中电子能量分布方式的一种简便方法。

7、由原子结构已知，绕原子核旋转的电子被限制在分立的能级上，各有各的轨道。除非原子被激发，否则电子都占据着较低的能级。固体的原子靠得很近，由于量子作用的结果，单个原子的分立能级扩展成近于连续的能带。能带之间被电子的禁带隔开。,第6章 扫描成像,半导体导电机理半导体的能带结构,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的能带结构 禁带：就是禁止电子存在的地带。能带看起来是连续的，但其能级仍是分开的，只是能量间隔很小，仅有1014电子伏特。最高的能带是完全充满电子的，称为价带或满带；下一个较高的能带，不管是占据还是未占据有电子，都称为导带，只有导带中的电子对材料的导电率才有贡

8、献。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的能带结构 导体：导带内没有被电子全部占满，并且禁带很窄，所以各能级上的电子在电场作用下，可以发生跃过禁带的跃迁。绝缘体：电子刚好占满价带中的全部能级，导带是空的，禁带很宽，价带中的电子不可能获得足够的能量升到导带中去。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的能带结构 半导体：介于导体和绝缘体之间，禁带较窄，在室温条件下，某些价电子就能获得足够的能量，跃过禁带到达导带，这些电子原来占据的位置成了空穴。存在电场时，空穴会像电子一样流过材料，而与电子流动的方向相反。本征半导体：不含杂质的半导体

9、非本征半导体：掺有杂质的半导体,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 半导体导电机理,半导体的能带结构 光电导：在入射光子的能量大于禁带宽度E条件下，用辐射照射半导体产生截流子，从而增加半导体的导电率的过程，称为光电导，h。截止波长：根据电磁辐射理论，产生光电导的辐射存在的波长界限。为 c.24式中用电子伏特表示，c用微米，所以要增大截止波长，必须减少禁带宽度，减小的方式主要是降低半导体的温度和掺入少量杂质两种。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理,扫描探测器，根据其探测过程的物理机制，可分为光子或电子探测器、热探测器与气动型探测器三类。光子或电子探测器

10、光电探测器 光电导探测器 光生伏打探测器 光磁电探测器,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理光子或电子探测器,光电探测器 根据光电效应，由金属材料制成的探测器称光电探测器。光电效应的产生，取决于材料表面的脱出功A和入射光的频率 截止波长：1.24，碱金属最低，如铯：1.9伏。0.65，金属化合物的更低，使得变大。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理光子或电子探测器,光电导型探测器 根据光电导现象，由半导体材料制成的探测器称光电导型探测器。目前做成的光电导型红外探测器的半导体有：硫化铅、砷化铟、锑化铟、碲镉汞，以及锗(硅)掺杂等。截止波长

11、：1.24，禁带宽度。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理光子或电子探测器,光生伏特型探测器 根据光生伏特效应由结半导体材料制成的探测器，称光生伏特型探测器。在该探测器中入射辐射必须能激发出电子空穴对。从目前的工艺水平看光导型和光伏型两类探测器所达到的探测基本相同，光导型的与响应时间成正比，而光伏型的则与时间无关，所以后者的响应时间可以很短，增加了可能使用的范围。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理,光热效应与热敏类探测器 利用光热效应原理做成的探测器称做热敏类探测器，与遥感关系密切的主要有两类：热敏电阻型探测器 热释电型探测器,第6

12、章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理热敏类探测器,热敏电阻型探测器 辐射照射产生的热效应，引起半导体电阻的改变，从而把入射的辐射能量转变成输出电压，据此而制造的探测器，称为热敏电阻型探测器。热敏电阻受到辐射照射，温度升高，进而引起电阻改变，随着照射进行，温度达到稳定值，电阻也随之达到一个稳定值。半导体电阻的改变，就引起电路中输出电压的改变，它反映了入射辐射能量的大小。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理热敏类探测器,热释电型探测器 电极化：电介质在外加电压的情况下，内部带电粒子受电场力的作用，正电荷趋向阴极，负电荷趋向阳极，结果使电介质的一

13、个表面带正电，相反表面带负电，这种现象称电极化。自发极化：产生电极化的电介质，电压除去后仍保持着极化状态的叫铁电体，这种极化称自发极化，其极化强度与温度有关，温度升高，极化强度减弱，升高到一定温度，自发极化消失，这个温度叫“居里温度”。,第6章 扫描成像,6.1 扫描探测器工作原理 扫描探测器工作原理热敏类探测器,热释电型探测器 在居里温度以下，利用极化强度与温度的关系，制成的探测器热释电型探测器。工作原理：辐射照射到已极化好的铁电体上，引起温度升高，表面电荷减少，相当于“释放”了一部分电荷，释放的电荷用放大器转变成输出电压。表面温度升高到新的平衡值后，表面电荷也就达到新的平衡浓度，不再释放电

14、荷，没有信号输出。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像,第6章 扫描成像,电子扫描成像的基本原理是：物体反射光经透镜聚焦后，进入摄像管，摄像管把得到的影像转换成电信号，用超短波无线电传送出去，以接收天线电信号进入显像管，通过显像管在荧光屏上重显影像，或者是用磁带记录下来。现代电视摄像机是电子扫描成像的典型代表。,6.2 电子扫描成像 电视摄像机基本构造,电视摄像机是像面电子扫描成像传感器。与摄影机一样，利用物镜构像，把影像聚焦在光导靶上，利用电子枪对靶面的扫描提取影像信息。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程,聚焦摄像传送显像 景物光学影像电子像电位像电子数量,第6章

15、 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程,聚焦过程 电子扫描成像使用透镜聚焦。物体反射光线经过滤色镜、透镜，在焦平面上形成倒立的光学实像，进入摄像系统。透镜有定焦距的物镜，也有变焦距的物镜。滤色镜的作用，主要是获得分波段的信息资料。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程,摄像过程 摄像过程主要用摄像管进行，以反束光导摄像管为例来阐述其原理。反束光导摄像管前壁是光电阴极，进入系统的光像到达光电阴极后，产生光电效应，由光子激发出电子来，各点发出来的电子数目正比于光像的光照强度，在光电阴极上形成电子密度像。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程摄像过

16、程,激发电子穿过金属栅栏打到靶极，靶极受高速电子的轰击产生二次电子发射。二次电子被金属栅网所捕获，靶极因逸出二次电子而带正电，形成电位像。靶上电位高处对应于景物的亮点，电位低处对应于景物的暗点。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程摄像过程,用电子枪准确地瞄准靶极上的点并对靶面进行扫描(又称像面扫描成像)。靶面上点从电子束中摄取电子，使靶极达到零电位。从电子枪中射出的电子数目是固定不变的，但靶面各点吸收电子的数目却不同，返回的剩余电子数形成了图像信号，即图像的亮点，使靶面上对应点的电位高，从电子束中吸收的电子数就多，剩余返回的电子数少；反之，电子数多。于是，返回电子数的多少

17、就反映了图像上各点的暗亮程度。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程摄像过程,为了提高输出信号的强度，在电子枪外套有一组电子倍增器。返回的电子被收集极吸取后，利用二次电子发射效应，将电流逐级倍增。假如一个返回电子撞击收集极打出个二次电子，那么有个倍增级就可把信号放大倍。最后输出的信号，即输出的图像信息称为视频信号。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程,传送过程 摄像管输出的图像信号通过无线电波，从天线发射出去，再由接收天线接收。射频振荡：由发射机的振荡器产生稳定的高频振荡信号称为射频振荡。调制：将视频信号载到射频振荡(载波)上去的过程称调制，常用的调制

18、方式有两种：调幅：载波频率保持不变，让振幅随视频信号变化而变化；调频：载波振幅保持不变，让频率随视频信号变化而变化。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程,显像过程 接收机天线接收到调制过的视频信号，经变频、中放、检波、视放，由显像管的电子枪发射出随视频信号而变化的电子束，电子束轰击荧光屏，把高速电子的动能转变为光能，在屏上出现亮点。电子束在荧光屏上迅速扫描，由于荧光屏的余辉和人的视觉暂留，因此可看到整幅画面。,第6章 扫描成像,6.2 电子扫描成像 电子扫描成像过程,显像过程 彩色显像管，有红、绿、蓝三支电子枪，荧光屏上任意相邻三点都必定包括红绿蓝各一点，由于每点非常小，

19、靠得又很紧密，当电子轰击它们而发光时，对于红点、绿点、蓝点位置上的差别人眼分辨不清，而产生彩色视觉。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成,光学机械扫描仪是借助平台沿飞行方向运动、传感器光学机械横向扫描达到地面覆盖，得到地面条带图像的成像装置。光机扫描仪主要有红外扫描仪和多光谱扫描仪两种，由收集器、分光器、探测器、处理器和输出器等几部分组成。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成,第6章 扫描成像,地物的红外辐射,光学扫描系统,分光器,探测器,氖灯,成像光学扫描系统,同步控制系统,制冷,数据记录,发送,胶片,电信号,光信号,6.3 光学机

20、械扫描成像 光机扫描仪的结构组成分光器,分光器的目的是将收集器收集的地面电磁波信息分解成所需要的光谱成份。常用的分光元器件有分光棱镜、衍射光栅和分光滤光片。分光棱镜：依据物质折射率随波长变化的原理进行分光。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成分光器,衍射光栅：光线照射到光栅上会引起衍射，将光栅设计为使相邻光栅的衍射光的相位差为某波长的整数倍，则光栅在某方向的衍射光均为该波长的光，形成不同波长的衍射光分布在不同方向的现像，这种分光元件叫衍射光栅。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成分光器,分光滤光片：能从某一光束中透射或反射特定波长的元

21、件。从分光功能可分为三种形式：长波通滤光片、短波通滤光片和带通滤光片。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成探测器,探测分光后的电磁波并把它变换成电信号的元件叫探测器。扫描探测器的种类较多，按光电转换方式可分为三类：光电子发射型、光激发载流子型和热效率型。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成探测器,光电子发射型探测器：利用材料在光照射下发出电子的特性制成的光电管。当光照射在光电管的阴极上时发出电子，在外电场作用下，电子流向光电管的阳极，在光电管的输出电路中形成电流，且电路中的电流强度与光照度成函数关系。,第6章 扫描成像,6.3 光学机

22、械扫描成像 光机扫描仪的结构组成探测器,光激发载流子型探测器：利用光激发载流子原理制成的探测器。探测元件有光电二极管、光电晶体管、光电导管、线阵列传感器等。分为：PC型PC型元件是晶体结构，受到外来辐射时在晶体内产生电子-空穴对，其数量与辐射的强弱成正比。在外加电压的作用下，电子向阳极、空穴向阴极移动而形成电流。PV型 PV型元件的典型例子是前述的电视摄像机。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成探测器,热效应（PEM）型探测器：是一种热红外探测器，如热电耦探测器和热释电探测器，它把红外辐射能转换变成电能。热红外探测器必须在低温下工作，要有致冷装置。致冷的方法有：液

23、化气体制冷、固体致冷剂制冷和辐射致冷器致冷。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成处理器,从探测器出来的低电平信号，需放大和限制带宽。一般在探测器后面设置低噪声的前置放大器来进行工作。前置放大器随电子元件不同，分为真空管、晶体管和集成电路三种形式。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成处理器,前置放大器出来的视频信号可输往存储设备，将模拟信号记录在介质上。如需将信号记录在胶片上，必须设计电光转换电路，将电讯号转变成光信号，这时输出器上的光强度正好与目标辐强度一致。如果要求输出信号为数字形式，则必须将视频信号数字化，使用模数变换器，对连续的

24、模拟信号进行采样、量化，变成离散的数字信号。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成输出器,输出器种类很多，输出形式主要有两种：胶片：经电光变换线路来调制发光器件，发光器件上的光信号强度与视频信号强度一致。当胶片曝光时，信息就被记录下来。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的结构组成输出器,数据：输出信号记录在存储介质上。记录的形式分模拟信号记录和数字信息记录两种。模拟信号记录后形成的磁场强度与视频信号强度一致。数字信息记录的是已采样和量化了的数字数据。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,光机扫描仪的收集系统对空间形

25、成一个很小的角度瞬时视场角，在瞬时视场内的地物辐射能由旋转棱镜反射到反射镜组，经其反射，聚焦在分光器上，经分光器分光后分别照射到相应的探测器上。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,探测器将辐射能转变为视频信号显像管显示：经电子放大器放大和调整，在阴极射线管上显示瞬时视场的地面影像；胶片记录：由视频信号控制灯的明暗，经显微镜头在底片曝光后记录下来；数据磁带：视频信号经模数转换器转换，变成数字的电信号，经采样、量化和编码，变成数据流，发送回地面记录。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,随着棱镜的旋转，镜面对地面横越航线（垂直于飞行）方

26、向扫视一次，地面物体依次成像，形成一条影像线被记录下来。随着平台向前移动，扫描旋转棱镜依次对地面扫描，形成一条条相互衔接的地面影像，最后形成连续的地面条带影像（区域信息）。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程光学扫描过程,机械扫描成像使用的扫描系统多为抛物面聚焦系统卡塞格伦光学系统，它将地物的电磁辐射聚焦到探测器。光学扫描系统的瞬时视场角很小，扫描镜只收集点的辐射能量，利用本身的旋转或摆动形成一维线性扫描，加上平台移动，实现对地物平面扫描，达到收集区域地物电磁辐射的目的。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程光学扫描过程,瞬时视场角：扫

27、描系统在某一时刻对空间所张的角度称为瞬时视场角，它由探测元件的线度与光学系统的总焦距决定：像点：瞬时视场角在影像上形成的对应点称像点，也叫像元或像素。,第6章 扫描成像,光机扫描仪的成像过程光学扫描过程,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程光学扫描过程,地面分辨率：瞬时视场角在地面上对应的距离瞬时视场线度，叫地面分辨率。根据弧长公式，可得出不同位置和方向的分辨率：垂直投影点分辨率：0 飞行方向分辨率：0Sec 扫描方向分辨率：0Sec2扫描角：机下扫描点与瞬时扫描点所形成的角度。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程光学扫描过程,总视场角

28、0：光学扫描系统对目标扫描摆动的最大角度（0）为总视场角，也叫总扫描角。此角越大，每次运行复盖的地面面积越大。扫描线长度：扫描线所对应的地面长度：tg(0/2)由公式可得：航高越高，扫描线越长。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程探测过程,探测器将扫描系统收集来的辐射能转换成与辐射强度成正比例的电信号，即进行光电转换探测过程。以入射探测元件的波束，经探测器转变为电压信号 式中：响应率；照度；，探测器面积。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,信号处理过程 由于从探测器输出的电信号是很弱的，无法直接利用。必须经过信号处理系统把它放大，限

29、制带宽，再把这些足够的电信号进行电光转换，然后，送到终端的记录装置或显示器上。电光转换是通过一个小光源(氖灯)实现的。用放大后的电信号去调节氖灯光源的强度使它发出与电子信号强弱成正比的可见光点。光点再经聚焦，被反射到信号记录系统中去。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,信号记录过程 最简单的扫描仪直接用胶片记录，过程是：由氖灯发出可见光，经聚光透镜聚焦再经过与扫描镜同步旋转的记录镜，把这个经会聚而成的很小光点，扫描到记录胶片上，因此信号记录系统也叫第二扫描系统(成像扫描系统)。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,信号记录过程 随着

30、扫描，胶片也移动，扫描仪对地面扫一条线，胶片上对应同步地也扫一条线，这样随着飞行器的向前移动，胶片同步拉动，物体的影像就被记录下来。为了保证成像质量，拉片速度应严格控制。/式中：航高；扫描显微镜半径；飞行速度。,第6章 扫描成像,6.3 光学机械扫描成像 光机扫描仪的成像过程,信号记录过程 现代，记录系统大多用磁性存储介质记录，在室内把记录数据回放到胶片上产生图像，或者是在显示器上显示影像。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像,第6章 扫描成像,固体自扫描又称电子光学型光谱扫描，它与其它扫描成像的区别是探测器系统是电荷耦合器件CCD（Charge Coupled Device），比现行的

31、光学机械扫描仪具有地面分辨率高、结构简单等特点。,6.4 固体自扫描成像 CCD的基本结构与工作原理,CCD的基本结构 CCD是一种新型半导体器件，一般是用硅材料制成的MOS片(金属氧化物硅半导体)，如图9所示。在一块硅半导体衬底上，制作一层约0.1的薄氧化物绝缘层(常用SiO2)，再在绝缘层上盖一层互相分离的金属电极，然后在两端各制作一个p-n结，分别作为输出和输入。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD的基本结构与工作原理,CCD的工作原理,第6章 扫描成像,+15 15 20 15 15 1 2 3 4 5,P-Si,能阱,能阱,+15 15 20 15 15 1 2 3 4

32、 5,+15V,（a）V,（b）V,（d）V,（c）V,电荷耦合器件的结构和工作原理,+15 20 15 15 20 1 2 3 4 5,6.4 固体自扫描成像 CCD的基本结构与工作原理,CCD的工作原理 这里每相邻两电极组成了一个基本耦合单元。所谓电荷耦合器件，就是一种利用电荷量来表示信号，用耦合方法进行信号传输的器件。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD成像原理,如图所示，把电荷耦合器件做成电极数目相当多的一个线阵列，电极1、4、7 联在一起，加同一电压1；电极2、5、8联在一起加同一电压2；电极3、6、9加同一电压3。每三个电极作为一组，称为“一位”，电压值如图所示。,第

33、6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD成像原理,第6章 扫描成像,一维线陈列电荷耦合器件成像示意图,6.4 固体自扫描成像 CCD成像原理,当硅片的底部接受到从目标来的辐射照射时，在这一线阵列电极上各点的照度不一样。图中用箭头的疏密表示限度的弱强。当这些辐射进入硅片后，就产生电子空穴对。电子经扩散到达表面层附近，进入最近的能阱，空穴则被排斥。其结果是在外加电压大的电极2、5、8下面的能阱里，积累了一些入射辐射所激发的电子，电子的数目与该能阱附近的辐射强度成正比。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD成像原理,当现转换外加电压，使1=15V，2=15V，3=20V。原来在2、

34、5、8电极下面的电子群就迁移到3、6、9电极下面；再转换外加电压，使1=20V、2=15V，3=15V，电子群就转移到1、4、7电极下面。在转换电压的同时，打开输出门，最后一个电极下的电子群就进入Pn结，成为视频输出信号。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD成像原理,当1、2、3的电压连续转换时，Pn结就把图中从右至左的各个电子群变成信号输出。由于电子群中包括了辐射的信息，因此，输出的信号代表了辐射的强度。这样输出的信号随时间变化，就相当于图面上自右至左的照度变化。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD探测器类型,为了提高遥感影像的质量，缩短成像时间，现在多采用多元阵

35、列探测器，用几个敏感元同时扫描。根据探测单元的多少和排列，CCD探测器分为以下几种类型：）单元探测器(点探测器)：由一个耦合单元(一位)组成的探测器，取得点信息影像，扫描形成一维影像(线)，加上平台的运动得到二维影像。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD探测器类型,）多元线性阵列探测器：个耦合单元排成一列的探测器，自身扫描或随着平台运动均可得到二维影像。）多元阵探测器：个耦合单元排列成一个方阵，直接得到二维影像，相似于摄影机感光胶片成像。,第6章 扫描成像,6.4 固体自扫描成像 CCD探测器类型,由于CCD的光谱灵敏度的限制，目前只能在可见光和近红外（1.2m以内）区直接响应地物辐射来的电磁波，对于热红外区没有反应。所以，CCD成像技术主要应用在可见光波段。,第6章 扫描成像,