Kątowa rozdzielczość matrycy fotodetektorów

Transkrypt

1 WYKŁAD 24 SMK ANALIZUJĄCE PRZETWORNIKI OBRAZU Na podstawie: K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ, Warszawa Zakres dynamiczny, rozdzielczość przestrzenna miara dokładności rozróżniania szczegółów obrazu. Zdolność rozdzielcza maksymalna liczba pasów na milimetr, jaką może rozróżniać detektor. Kątowa zdolność rozdzielcza kąt obejmowany przez tą część rejestrowanej sceny, która zajmuje jeden element matrycy fotodetektorowej. Zastosowanie układu składającego się z pasów do określenia zdolności rozdzielczej matrycy fotodetektorów Kątowa rozdzielczość matrycy fotodetektorów 1

2 2. Fotografia Emulsja fotograficzna zawiera ziarna z kryształków halogenków srebra (bromek srebra) o rozmiarach rzędu mikrometrów rozmieszczone równomiernie w żelatynie. Tworzenie się grupy atomów srebra w ziarnie emulsji fotograficznej Grupy atomów srebra uformowane w krystalicznych ziarnach tworzą obraz utajony. Obraz widzialny tworzony jest w procesie wywoływania obraz negatywowy. Przechodzenie światła przez wywołaną emulsję Charakterystyka naświetlania fotograficznego krzywa Hurtera- Driffelda 2

3 3. Lampy analizujące a). próżniowe lampy analizujące podobne do lamp CRT Tworzenie obrazu w lampie elektronopromieniowej metodą skanowania rastrowego Obraz powstaje na ekranie pokrytym luminoforem przez skanowanie wiązką elektronową, linia po linii skanowaniem rastrowym. W lampach analizujących proces ten jest odwrócony. Ikonoskop elektroda akumulacyjna w postaci płytki zawierającej mozaikę małych ziaren srebra pokrytych cezem i tlenkiem srebra. Takie ziarno poddane działaniu światła gromadzi ładunek proporcjonalny do natężenia oświetlenia. Wiązka elektronowa przebiegająca przez ziarna powoduje ich rozładowanie. Widikon tarcza z cienkiej warstwy półprzewodnika (trójsiarczek antymonu) z jednej strony pokryta cienką, przezroczystą warstwą tlenku cyny (ogniskowanie obrazu) utrzymana jest na potencjale 50 V w stosunku do działa elektronowego lampy; z drugiej strony (od działa) tarcza skanowana jest metodą rastra przez wiązkę elektronową. Lampa analizująca widikon 3

4 Sygnał wyjściowy widikonu Plumbikon stosując warstwę tlenku ołowiu wytwarza się strukturę PIN pokrytą tlenkiem cyny, który staje się warstwą typu n, podczas gdy nadwyżka tlenu z drugiej strony warstwy tlenku ołowiu powoduje, że staje się ona warstwą typu p. Między tymi warstwami powstaje obszar zubożony. Prąd płynie gdy pada światło. Budowa tarczy obrazowej plumbikonu Tarcza zawierająca matrycę ze struktur diodowych uniknięcie efektu kwitnienia (blooming) 4

5 Lampa z przewodnictwem elektronów wtórnych przy pracy z bardzo słabym oświetleniem. Światło ogniskowane na fotokatodzie. Duży potencjał między fotokatodą a tarczą obrazową (KCl) umożliwia ogniskowanie i przyspieszanie fotoelektronów, które generują dużą liczbę elektronów wtórnych wytwarzających wiele ( ) par elektron-dziura wzrost przewodności tarczy i jej rozładowanie. Lampa z przewodnictwem elektronów wtórnych 4. Matryce CCD (charge coupled devices) Są to urządzenia półprzewodnikowe o dużej liczbie elementów fotodetekcyjnych tworzących matrycę (liniowa, prostokątna, okrągła). Układy o sprzężeniu ładunkowym są to połączone w matrycę struktury krzemowe przesuwające ładunek z fotodetektora w sposób podobny do łańcucha pożarowego, gdy woda jest transportowana przez podawanie wiader z rąk do rąk w szeregu ludzi. Struktura fotoelementów stosowanych w matrycach obrazowych 5

6 Dwa sposoby oświetlania fotoelementów MOS (metal-oxidesemiconductor): czołowe (ogr. fiolet), z tyłu (ogr. czerwone) Metoda przesuwu ładunku do wyjścia rozszerzenie prostej struktury MOS przez zastosowanie wielokrotnych bramek na jednym podłożu. 6

7 Matryca liniowa liniową strukturę przesuwu ładunku umieszcza się wzdłuż elementów fotodetekcyjnych w taki sposób, aby jeden fotoelement był sprzężony przez podłoże z każdym z trzech elementów przesuwu. Podczas rejestracji obrazu wszystkie trzy elementy przesuwu są izolowane od fotodetektora przez dodatkową strukturę MOS bramkę transferową. Struktura liniowej matrycy obrazowej CCD Dwuwymiarowa matryca CCD logiczne rozszerzenie matrycy liniowej, zwane przesuwem międzyliniowym. Pewna liczba matryc liniowych jest sprzężona z dodatkową strukturą przesuwu ładunku, wychwytującą sygnały wyjściowe ze wszystkich matryc liniowych i kierującą je do wspólnego wyjścia. Dwuwymiarowa matryca CCD z przesuwem międzyliniowym 7

8 Inna metoda przekazywania ładunków z matrycy do wyjścia jest przesuw ramki. Gdy obraz jest już zarejestrowany, przekazuje się go do sekcji zasłoniętej. Ograniczeniem szybkości odczytu klatek obrazu w matrycach CCD jest częstotliwość sygnałów taktujących przesuwu poziomego. Wytwarza się matryce o szybkości wyprowadzania danych 30 MHz (500x592 pikseli w kamkorderze pracującym z szybkością 25 klatek na sekundę). Matryca potrzebuje 5.6 s na wyprowadzenie danych dotyczących jednej klatki obrazu nie pracuje więc w czasie rzeczywistym. Zalety wydajność kwantowa ~100%, jedyny generowany szum szum termiczny. Wady zakres dynamiczny 2000:1, potrzebny co najmniej :1 (oko ludzkie radzi sobie znacznie lepiej). 5. Wzmacniacze obrazu 8