Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

Transkript

1 Úvod, optické záření Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014 Materiál je pouze grafickým podkladem k přednášce a nenahrazuje výklad na vlastní přednášce 1

2 Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření 2

3 Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření základy geometrické optiky a opticky zobrazovací soustavy fyzikální základy optoelektronických snímačů, křemík jako základ obrazových senzorů fotodiody optoelektronické snímače (reflexní snímače, závory) používané ve spolupráci s obrazovými senzory 3

4 Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření základy geometrické optiky a opticky zobrazovací soustavy fyzikální základy optoelektronických snímačů, křemík jako základ obrazových senzorů fotodiody optoelektronické snímače (reflexní snímače, závory) používané ve spolupráci s obrazovými senzory senzory CMOS ( základní funkční bloky a princip funkce), pojmy rolling shutter, global shutter senzory CCD - základ, druhy senzorů CCD, princip funkce 4

5 Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření základy geometrické optiky a opticky zobrazovací soustavy fyzikální základy optoelektronických snímačů, křemík jako základ obrazových senzorů fotodiody optoelektronické snímače (reflexní snímače, závory) používané ve spolupráci s obrazovými senzory senzory CMOS ( základní funkční bloky a princip funkce), pojmy rolling shutter, global shutter senzory CCD - základ, druhy senzorů CCD, princip funkce omezení a chyby obrazových senzorů šumy obrazových senzorů, limity použitelnosti kamery s výstupem videosignálu pro CCTV, černobílé a barevné kamery objektivy pro kamery, vlastnosti, výpočty v souvislosti s jejich volbou připojení obrazových senzorů na další elektronické bloky v kameře 5

6 Náplň předmětu Elektronické bloky kamer s obrazovými senzory CCD, bloky řízení senzorů a digitalizace výstupního signálu, připojení obrazových senzorů na další elektronické bloky v kameře Obrazové senzory CMOS, realizace kamer, spolupráce senzorů CMOS s mikroprocesory a signálovými procesory s využitím paralelních rozhraní (např. DCMI). Příkladová studie realizace kamery CMOS s vnitřním zpracováním obrazu Specializované obrazové senzory pro snímání v blízké a infračervené oblasti a jejich použití 6

7 Náplň přednášky Optické záření základní vlastnosti Polovodič Přechod PN Footodioda 7

8 Základní vlastnosti optického záření Světlo se šíří přímočaře. Světelné paprsky jsou na sobě nezávislé a neovlivňují se navzájem. Dopadá-li několik paprsků na totéž místo, jejich účinky se sčítají. Dopadá-li paprsek pod určitým úhlem na rozhraní dvou prostředí, odráží se pod týmž úhlem (zákon odrazu). Při průchodu rozhraním dvou průhledných prostředí nastává lom světelného paprsku (zákon lomu). Směr chodu paprsku je možno zaměnit. Probíhá-li paprsek světla v jednom směru určitou dráhu, může ji proběhnout i ve směru opačném. Poznámky 1 vytyčování přímky ( plot, ) 2 osvětlení dvěma zdroji 8

9 Optické záření jako elektromagnetické vlnění Roentgenovo záření ultrafialové viditelné infračervené záření světlo záření nm nm 770 nm- 1mm milimetrové radiové vlny nm blízké infračervené záření 770 nm - 1,5µm střední infračervené záření 1,5µm - 6µm vzdálené infračervené záření 6µm - 40µm velmi vzdálené infračervené záření 40µm - 1 mm 9

10 Rychlost šíření záření c = 2, m/s - rychlost světla ve vakuu v= 1 εµ c = 1 ε 0 µ 0 nevodivá neferomagnetická prostředí µ = µ 0 ε=εε 0 r 1 1 c v = = ε εµ ε r 0 0 r ε = n r 2 0 ε r - určené při optických kmitočtech λ λ0 = c νz n = 1 n 0 λ 0 w= hν z n 0 - absolutní index lomu (vůči vakuu) λ 0 - vlnová délka záření ve vakuu, ν z - kmitočet záření λ n - vlnová délka v prostředí s abs.indexem lomu n 0 energie fotonu, h = 6, J/s - Planckova konst. 10