圖像的成像顯示和記錄

圖像的成像顯示和記錄第一頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日直徑(英寸)：3,1.5,1,2/3,1/2。超正析像管：惰性小噪聲大。視像管：電場(chǎng)和長(zhǎng)磁場(chǎng)聚焦；網(wǎng)電極保證電子束垂直上靶。固體攝像器件：無須掃描和聚焦(按像素移位)，光譜響應(yīng)寬，功耗低，可集成處理電路。有電荷耦合(CCD)和CMOS攝像器件，它是發(fā)展方向。信號(hào)出視像管構(gòu)造圖超正析像管CCD攝像器件光譜特性第二頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日SiO2N-Si-V10VAl電極耗盡層(a)勢(shì)阱的形成-V1*

-V2(c)少數(shù)載流子的轉(zhuǎn)移-V10V(b)少數(shù)載流子的捕獲光照0V-V2(d)轉(zhuǎn)移完成CCD攝像器件的工作原理：平面掃描CCD成像單元CCD移位寄存器輸出信號(hào)行間轉(zhuǎn)移方式幀轉(zhuǎn)移方式第三頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日MOS攝像器件的工作原理：ΦY1ΦY2信號(hào)輸出Y移位寄存器X移位寄存器ΦX1φX2RLEMOS開關(guān)光電二極管A/D數(shù)字信號(hào)輸出第四頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日彩色攝像機(jī)的分光：棱鏡和濾色片分光RCCDGCCDBCCD紅外濾光片變焦鏡頭R/BCCDGCCD紅外濾光片變焦鏡頭青色濾光片紅、藍(lán)濾光片R/G/BCCD紅、綠、藍(lán)方格圖案濾光片紅外濾光片變焦鏡頭分色棱鏡二向分色棱鏡(a)三板式的棱鏡分光(b)二板式的二向色棱鏡分光(c)單板式的方格圖案濾色片分光色再現(xiàn)性好的濾色片是把綠色配置成方格，而在其間配置紅、藍(lán)濾色片。綠色多可盡量加寬亮度信號(hào)的帶寬。采用包含綠色成份的補(bǔ)色濾色片(白、青、黃)可以提高光的利用率。人眼和硅半導(dǎo)體相對(duì)不同波長(zhǎng)光的敏感曲線第五頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日CCD彩色攝像機(jī)

3CCD：用前一像素替換有缺陷的缺陷補(bǔ)償電路；以G為準(zhǔn)的白平衡，故色差中G替Y；Y控制光圈；輪廓補(bǔ)償提高清晰度；處理電路有彩色校正、γ校正、黑斑補(bǔ)償?shù)取?CCD：R,B共用CCD后青色濾光片衰減紅以保持增益一致；條形濾色片和識(shí)別電路分離紅和藍(lán)色；G獨(dú)占CCD保證清晰度。技術(shù)指標(biāo)低于3CCD，適用于專業(yè)級(jí)攝像應(yīng)用。三板式CCD攝像機(jī)二板式CCD攝像機(jī)第六頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日USB數(shù)字?jǐn)z像機(jī)組成原理：UART8/10bits攝像接口256K×16（EDO/SDRAM）

DRAM接口Addr.R/WData壓縮引擎CECompressionEngine先進(jìn)先出緩存（FIFO）8/108

USB接口8

系統(tǒng)控制器CMOS數(shù)字?jǐn)z像器件（HDCS）48MHZ晶振USB控制器USB總線USB驅(qū)動(dòng)器

數(shù)字相機(jī)芯片第七頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日CMOS攝像器件的結(jié)構(gòu)：APS(ActivePixelStructure

)：由1990s中期NASA引入CMOS

圖像傳感器，解決了噪聲問題。像素尺寸減小后低光照下靈敏度迅速降低，采用微透鏡和濾色片組合以及CMOS工藝的優(yōu)勢(shì)，前景好于CCD。APS在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)APS原理框圖

PhotodiodeActive-PixelArchitecture微透鏡改善低光特性第八頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日Bayer濾色片結(jié)構(gòu)：圖像傳感器結(jié)構(gòu)是每行同時(shí)輸出2列上的像素：一行按G,R;---G,R。下一行按B,G;---B,G。因此，圖像尺寸基本以2×2的倍數(shù)擴(kuò)大或縮小。有B，缺G和R：G=周圍4個(gè)G的平均；R=周圍4個(gè)R的平均。有G，缺B和R：B=周圍2個(gè)B的平均；R=周圍2個(gè)R的平均。有R，缺G和B：G=周圍4個(gè)G的平均；B=周圍4個(gè)B的平均。Bayer濾色片顏色內(nèi)插算法Bayer濾色圖案

0123...6366376386390123:476477478479........::第九頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日HDCS(Agilent公司)的結(jié)構(gòu)：成像陣列VGA:640×480CIF:352×288模擬行緩沖列譯碼

可編增益放大器PGA0

PGA1

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0

ADC1

緩沖輸出行譯碼行控制列控制PGA控制ADC控制10位并行數(shù)據(jù)輸出主控制狀態(tài)機(jī)

Reg0Reg1...Regn寄存器堆串聯(lián)接口控制

串并轉(zhuǎn)換并行接口控制數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)寄存器總線列地址行地址控制總線RegDataCtrl

DIDOOERxDTxDTCLK第十頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日

2×2的塊給出一個(gè)彩色像素所需要的三基色值，由于不同色濾光片的透光率和光電二極管的光譜響應(yīng)差異造成三基色增益的不同，這將影響圖像的白平衡。HDCS利用二個(gè)增益可編程的放大器

(PGA)對(duì)三個(gè)基色分別設(shè)置不同放大倍數(shù)來解決，四組增益寄存器分偶行偶列和奇行奇列(影響G)，偶行奇列(影響R)，奇行偶列(影響B(tài))。成像陣列中偶行是綠-紅行，奇行是藍(lán)-綠行。通過串行接口可對(duì)25個(gè)內(nèi)部寄存器編程，設(shè)置器件的工作和接口方式。編程參數(shù)：圖像窗口大小、光電積累時(shí)間、像素增益、數(shù)據(jù)格式和碼率、接口定時(shí)、中斷控制、行和場(chǎng)以及快門同步、器件工作模式、輸出引腳的驅(qū)動(dòng)電平等。

GRBG第十一頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)：影像診斷的方法：X光放射學(xué)、計(jì)算機(jī)軸向?qū)游?CAT：透射式CT和發(fā)射式ECT)、紅外、射頻和超聲(A、B、M型)技術(shù)、γ照相和核磁共振成像(MRI)等。一般說采用X光、紅外、射頻和超聲等為媒體的影像診斷是形態(tài)顯像(反映組織的密度分布)。而屬于核醫(yī)學(xué)范疇的γ照相和核磁共振成像既是形態(tài)顯像，又是功能顯像。γ照相機(jī)(H.Anger)和ECT：利用同位素標(biāo)記的藥物參與人體的生理和生化過程，濃度分布得到結(jié)構(gòu)形態(tài)(空間分辨)及變化得到功能(功能分辨和時(shí)間分辨)。數(shù)字醫(yī)學(xué)影像診斷系統(tǒng)第十二頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日工作原理：99Tc、131I和125I是富中子的β-

衰變(n→p+β-)，返回基態(tài)時(shí)產(chǎn)生單個(gè)單方向的γ光子。通過鉛合金準(zhǔn)直器進(jìn)入NaI晶體發(fā)光，由光電倍增管陣列接受位置和能量信息。能量E進(jìn)窗口電路鑒別(不同核素能量峰不同)，位置作為幀存的地址。因出現(xiàn)γ光子是符合泊松分布隨機(jī)事件，要用計(jì)數(shù)式采集，存儲(chǔ)器字長(zhǎng)決定最大計(jì)數(shù)值，一般>10bit。在γ相機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的ECT有單光子(SPECT)和正電子(PET)兩類。目前PET最有前途，它使用核素11C、預(yù)放器陣列位置變換電路X+X-Y+Y-A/DA/D行地址列地址計(jì)數(shù)式圖像幀存能量窗口E讀寫控制處理和顯示γ照相機(jī)第十三頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日15O、13N、18F都是人體組成的元素。它們是缺中子的β+

衰變(n→p+β+

)，正電子β+很快與組織周圍負(fù)電子結(jié)合形成兩個(gè)成對(duì)的方向相反的γ光子(湮沒輻射)?，F(xiàn)在認(rèn)為大部分與生命有關(guān)的代謝過程與短半衰期的核素衰變?cè)跁r(shí)向上一致。核磁共振成像MRI:使用質(zhì)子或中子為奇數(shù)(不配對(duì)的核有內(nèi)磁矩和自旋角動(dòng)量)的同位素(1H、2H、13C、14N、

19F、23Na、31P、127I)，也是人體組成的元素。核磁共振成像（MRI）第十四頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日無外靜磁場(chǎng)時(shí)臟器的合成磁場(chǎng)為零，加外磁場(chǎng)核的磁矩沿磁場(chǎng)方向排列(順磁場(chǎng)者多于逆磁場(chǎng))總體呈凈磁場(chǎng)。核磁矩繞靜磁場(chǎng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)動(dòng)頻率稱Larmor頻率。當(dāng)加入Larmor頻率的射頻電磁場(chǎng)，射頻場(chǎng)傳播方向垂直于靜磁場(chǎng)，核磁矩發(fā)生共振偏離，射頻場(chǎng)能量以光子傳給核磁矩使它躍遷高能態(tài)(共振交換)。去掉射頻場(chǎng)后，核回到低能態(tài)發(fā)出光子。該交換過程凈磁場(chǎng)的變化在接收線圈產(chǎn)生共振頻率的感應(yīng)電壓，幅度與原子密度有關(guān)。MRI磁體類型：超導(dǎo)(1.5×104高斯)、電阻和永磁型(0.3~0.5×104高斯)。其他結(jié)構(gòu)有梯度線圈、發(fā)射和接收線圈以及計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)。成像清晰、對(duì)比度高，兼有結(jié)構(gòu)和功能。在動(dòng)態(tài)和代謝方面不如PET，不適合骨與空氣部位成像。第十五頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日遙感使用的傳感器被動(dòng)式主動(dòng)式激光光譜儀激光測(cè)距儀雷達(dá)側(cè)視雷達(dá)掃描式非掃描圖像非圖像地磁測(cè)量重力測(cè)量其他單照相機(jī)多光譜相機(jī)單鏡頭多膠片單膠片多鏡頭多膠片單膠片電視攝像機(jī)固體掃描儀影像面掃描模擬式數(shù)字式多光譜掃描儀微波輻射計(jì)目標(biāo)物面掃描掃描式非掃描傳感器第十六頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)機(jī)械掃描儀：掃描鏡以45°切線向旋轉(zhuǎn)連續(xù)收集地面反射光譜(通常為0.38~14μm)。經(jīng)光柵分光成多個(gè)波段接收并記錄在高密度數(shù)字磁帶上。熱紅外掃描儀：旋轉(zhuǎn)鏡對(duì)8~14μm熱輻射掃描探測(cè)。收集的信號(hào)可以用顯像管對(duì)與速高比(V/H)作等比例運(yùn)動(dòng)的膠片上曝光記錄。一般常溫物體(300K)的最大輻射在10μm。熱紅外掃描儀結(jié)構(gòu)多光譜掃描儀MSS的結(jié)構(gòu)(Bendix公司)HDDT第十七頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日無線電波譜的遙感無線電波遙感的優(yōu)點(diǎn)：可見光和紅外遙感在地面云霧覆蓋時(shí)失去作用，無線電波可以穿云破霧，受大氣影響僅限于毫米波存在O2和H2O的吸收帶、厘米波在1.35cm有H2O弱吸收。傳感器主要是雷達(dá)和微波輻射計(jì)。波段頻率波長(zhǎng)VHF30~300MHz1~10mUHF300~3000MHz10~100cmL帶1000~2000MHz15~30cmS帶2000~4000MHz