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第一章　绪论 1

1.1　光电子成像技术的意义和作用 1

1.1.1　神奇的人眼视觉及其局限性 1

1.1.2 光电子成像系统的物理功能及技术特点 1

1.1.3 光电子成像系统构成、工作原理及工作模式 2

1.1.4　光电子成像器件和显示器件一般原理 3

1.2　光电子成像技术基本科学问题探讨 4

1.2.1 “成像”一词的来源 4

1.2.2　现代光电子成像技术的数理含义 5

1.2.3　现代光电子成像技术基本科学问题诠释 7

1.3　本书的编著思路和技术特点 10

第二章　辐射源、目标及大气特性 12

2.1 引言 12

2.2　辐射源电磁波谱 12

2.3　辐射源特性及其度量 13

2.3.1　辐射源特性 13

2.3.2　辐射度量 14

2.4　辐射源分类 15

2.5　绝对黑体及其基本定律 16

2.5.1　绝对黑体与灰体 16

2.5.2　黑体辐射基本定律 17

2.6　常见的辐射源 18

2.7　激光器原理及其应用 20

2.7.1　激光器工作原理 20

2.7.2　激光器技术特点 21

2.7.3　激光器在光电子成像技术中的应用 22

2.8　辐射能在大气中的传播 22

2.8.1　辐射能在大气中传播的一般规律 23

2.8.2　水平能见度和消光指数 24

2.9　典型目标的辐射和反射特性 26

2.9.1　典型目标的辐射特性 27

2.9.2　典型目标的反射特性 27

2.9.3　水下光学吸收（透射）特性 28

第三章 固体光电子成像器件 29

3.1 引言 29

3.2 固体光电子成像器件分类及性能 30

3.2.1 固体光电子成像器件分类 30

3.2.2 固体光电子成像器件性能参数 32

3.3　红外探测成像器件 33

3.3.1　概述 33

3.3.2　红外成像器件原理结构 35

3.4 CCD、CMOS成像器件系列 44

3.4.1　概述 44

3.4.2 CCD典型结构和工作原理 45

3.4.3　CMOS成像器件典型结构和工作原理 47

3.4.4 EMCCD典型结构和工作原理 48

3.4.5 ICCD典型结构和工作原理 49

3.4.6 EBCCD典型结构和工作原理 49

3.5　短波辐射固体成像器件 51

3.5.1　概述 51

3.5.2 固体紫外（日盲）探测成像器件 51

3.5.3 固体X线探测成像器件 51

3.5.4 固体γ线探测成像器件 53

3.5.5 EB—MAMA多阳极阵列探测成像器件 54

第四章　真空光电子成像器件 55

4.1 引言 55

4.2　真空光电子成像器件技术发展动态 56

4.3　真空光电子成像功能部件物理基础 57

4.3.1 半导体外光电效应和光阴极 57

4.3.2 光电倍增管和微通道板电子倍增原理 59

4.3.3　光纤光学成像元件 61

4.3.4 电致发光显示器件——荧光屏 62

4.3.5 电子光学透镜成像原理 63

4.4　真空光电子成像器件原理、功能和结构 65

4.4.1 真空光电子成像器件工作原理 65

4.4.2　真空光电子成像器件四大功能 66

4.4.3 真空光电子成像器件典型结构 66

4.5　真空光电子成像器件特性参数 69

4.5.1 真空光电子成像器件特性参数分类 69

4.5.2　真空光电子成像器件特性参数 70

4.6　双近贴聚焦像像增强器（WII）极限性能估算 72

4.6.1 WII极限灵敏度估算 72

4.6.2 WII极限分辨率估算 73

4.6.3 WII极限信噪比估算 73

第五章　图像显示技术 75

5.1　引言 75

5.1.1 图像显示系统组成及功能 75

5.1.2　显示器技术发展动态 77

5.2　图像显示器特性参数和性能评价 78

5.2.1 图像显示器特性参数 78

5.2.2 图像显示器性能评价 79

5.3　液晶显示技术 81

5.3.1　液晶显示器基本工作原理 81

5.3.2　微型液晶显示技术 82

5.3.3 LCoS工作原理 83

5.3.4 LCoS的优点 84

5.4　液晶光阀投影显示技术 86

5.4.1　液晶光阀 86

5.4.2　光寻址方式液晶光阀用途 87

5.4.3 大屏幕投影显示应用系统 87

5.5　立体显示技术 88

5.5.1 高现场感显示与空间成像型显示器 88

5.5.2 空间成像型显示方式的分类与问题 89

5.6　数字式微反射镜显示（DMD）技术 90

5.6.1　数字式微反射镜器件 90

5.6.2　DMD光开关原理 91

5.6.3 DMD数字化光处理器（DLP） 91

5.6.4　数字化光处理的技术特征 92

5.6.5　数字化光处理系统 92

5.7 阴极射线管（CRT）显示技术 93

5.7.1 CRT显示原理 93

5.7.2 CRT的典型结构与工作原理 94

5.8　等离子体显示（PDP）技术 94

5.8.1 彩色PDP结构及工作原理 94

5.8.2 PDP显示器的应用和前景 96

5.9　有机发光薄膜二极管显示（OLED）技术 96

5.9.1 OLED结构及工作原理 96

5.9.2 有机发光二极管（OLED）优点 97

5.9.3 OLED应用及发展动态 98

5.10　大屏幕显示技术 99

5.10.1　球幕多光谱显示技术 99

5.10.2　LED大屏幕显示技术 99

第六章　光学成像系统和光学传递函数 101

6.1 引言 101

6.2　几何光学概述 101

6.2.1　几何光学的有效性及其基本定律 101

6.2.2　光学系统成像的几何光学理论 103

6.2.3 理想光学系统及其物像关系 103

6.2.4 平面镜棱镜系统的成像特点及其应用 104

6.3　几何像差理论简介 107

6.4　光学薄膜技术简介 109

6.4.1 功能特点及应用背景 109

6.4.2　光学系统用的特种薄膜 110

6.5　几种典型光学系统 112

6.5.1　微光夜视光学系统 112

6.5.2　红外光学系统 114

6.6　光学传递函数OTF 118

6.6.1　概述 118

6.6.2　光学传递函数原理 118

6.6.3　光学传递函数的物理意义 119

6.6.4　光学传递函数的计算 120

6.7　光学成像技术的最新发展 121

6.7.1　二元光学元件工作原理和制作方法 122

6.7.2　热像仪折衍射混合物镜光学系统 125

6.7.3　环境温度补偿折衍混合红外光学系统 125

6.7.4　数字化、网络化设备中的微光学元器件 126

第七章　光电子成像系统总体性能评价和分析 128

7.1 引言 128

7.2　人眼的视觉特性 129

7.2.1　神奇的人眼视觉及其局限性 129

7.2.2　人眼视觉三要素 130

7.2.3　人眼视觉光谱灵敏度分布 131

7.2.4 人眼视觉对比灵敏度与景物亮度的关系 131

7.3　系统能量链评价方法 133

7.3.1 系统能量传递链 133

7.3.2 系统能量传递链评价法 134

7.4 PEI系统MTF传递链评价方法 136

7.4.1　理论基础 137

7.4.2 MTF（分辨率）传递链中几个物理参数间的关系 138

7.4.3 PEI系统MTF（分辨率）传递链评价法 140

7.5　PEI系统信噪比传递链评价方法 142

7.5.1　理论依据 142

7.5.2 光子数噪声限制下PEI系统极限视觉探测方程 143

7.5.3 PEI系统信噪比传递链评价法 145

7.6　PEI系统信息链评价法 147

7.7　一种估算PEI系统目标捕获性能的简便方法 147

7.7.1 影响PEI系统目标捕获性能的主要参数 148

7.7.2 PEI系统目标捕获性能简便算法 149

7.8　稳像稳瞄条件下PEI系统评价法举例 151

第八章　微光夜视技术 155

8.1 引言 155

8.2　微光夜视技术发展动态及趋势 157

8.3　微光夜视光学系统 158

8.3.1　微光物镜系统 158

8.3.2　微光目镜和中继透镜 159

8.3.3 夜视辅助照明光学系统 160

8.4　像增强器用门控高压电源 160

8.4.1　功能及要求 160

8.4.2　像管门控电路框图和工作原理 160

8.5　微光夜视系统总体设计和性能评价 161

8.5.1　微光夜视系统常规参数的确定 161

8.5.2 光子数受限条件下微光夜视系统的极限分辨能力 163

8.5.3　微光夜视系统总体极限性能图解分析 165

8.6　先进微光夜视技术点评 167

8.6.1　四代微光夜视图像质量 167

8.6.2 远距离激光微光选通成像技术 167

8.6.3 先进门控电源在夜视仪昼夜兼容工作中的作用 168

8.6.4　100°×40°宽视场微光夜视眼镜 168

8.6.5　微光／红外图像融合夜视系统 168

8.6.6　微光图像实时处理技术 169

8.6.7　微光夜视头盔网络化技术 170

第九章　红外热成像技术 172

9.1 引言 172

9.2　红外成像技术基本原理 173

9.3　红外成像系统的特性参数 174

9.3.1 红外光学机械系统性能参数 174

9.3.2　红外探测器主要性能参数 174

9.3.3　红外热像仪总体性能参数 175

9.4　红外成像系统典型结构和技术特点 177

9.4.1　光学机械扫描热像仪 177

9.4.2　焦平面热像仪 180

9.4.3 非制冷热象仪（UFPA） 181

9.5　制导用红外成像系统典型结构和技术特点 182

9.5.1　成像跟踪制导系统组成及工作原理 183

9.5.2　红外成像跟踪制导系统典型结构和技术特点 183

9.6　热成像系统总体性能评价 185

9.6.1 热像仪目标辨识Johnson判则和作用距离 185

9.6.2　热成像系统的视距及其评价方法概述 186

9.6.3　热像仪视距“极限加折扣评价法” 187

9.6.4 热像仪视距“基于MRTD评价法” 189

9.6.5　热像仪对点源目标视距之估算 193

第十章　激光成像技术 196

10.1 引言 196

10.2　激光雷达成像技术 197

10.2.1　激光雷达成像系统分类 198

10.2.2　激光雷达成像系统组成、基本原理及性能评价 198

10.2.3　激光雷达成像系统性能评估 202

10.3　机载激光雷达成像系统 204

10.3.1 机载Lidar—IS组成及功能 206

10.3.2 机载Lidar—IS探雷系统（ALMDS） 207

10.3.3 机载激光雷达快速灭雷系统（RAMCS） 209

10.4　多波段条纹管激光成像技术 211

10.4.1　条纹像管激光成像工作原理 211

10.4.2　条纹像管多波段激光成像 212

10.5　蓝绿激光／微光选通水下成像技术 214

10.5.1 需求背景及工作原理 214

10.5.2 水下激光／微光选通成像技术特点和总体性能评估 215

10.5.3 水下激光／微光选通成像系统实验效果举例 215

10.5.4　导弹制导用激光／面阵探测器选通成像系统 216

10.6　激光全息三维成像技术 217

10.6.1　技术内涵和特点 217

10.6.2　应用领域 218

10.6.3　激光全息成像原理说明 219

10.7　激光显示与激光存储技术 220

10.7.1　概述 220

10.7.2　大屏幕激光投影仪工作原理 222

10.7.3　微型激光投影机工作原理 223

10.7.4 医用激光—荧光显示板 223

10.7.5　激光照相机工作原理 224

10.7.6　激光打印机工作原理 224

10.7.7　DVD光盘的刻录与播放工作原理 225

第十一章　光电稳定与跟踪技术 226

11.1　引言 226

11.2　光电稳定跟踪技术的内涵及应用 226

11.2.1 光电稳定跟踪技术的内涵 226

11.2.2　光电稳定跟踪技术的应用 228

11.3　光电稳定跟踪系统基本组成与工作原理 229

11.3.1　稳瞄系统基本组成 229

11.3.2　瞄准线稳定原理 230

11.3.3　反射镜稳定原理 231

11.3.4 平台整体稳定原理 233

11.3.5　组合稳定原理 235

11.4　光电稳定跟踪系统主要特性参数 236

11.4.1 主要系统特性参数 236

11.4.2　光电传感器主要特性参数 237

11.5　影响稳定跟踪系统精度的制约因素 237

11.5.1 稳定精度制约因素分析 238

11.5.2 跟踪精度制约因素分析 240

11.6　光电稳定跟踪系统核心控制元件——陀螺仪 241

11.6.1 陀螺仪的发展与分类 241

11.6.2 陀螺仪的基本特性 242

11.6.3　二自由度陀螺仪的技术方程与传递函数 243

11.6.4 几种常用陀螺仪简介 245

11.6.5 陀螺仪的选取 248

11.7　稳定跟踪伺服系统设计 249

11.7.1　稳定跟踪伺服系统的基本技术要求 249

11.7.2　稳定跟踪伺服系统的特点 251

11.7.3　稳定跟踪伺服系统设计 252

11.8　光电稳定与跟踪系统实例简介 256

11.9　光电稳定跟踪系统技术展望 257

第十二章　遥感光电子成像技术 259

12.1　引言 259

12.2　遥感成像技术发展动态和趋势 260

12.2.1　遥感技术发展历史回顾 260

12.2.2　遥感成像技术发展趋势 262

12.3　遥感成像技术分类、工作原理及特性参数 263

12.3.1　遥感光电子成像技术分类 263

12.3.2　遥感成像系统一般工作原理 264

12.3.3　遥感成像系统特性参数 265

12.4　摄影型遥感成像技术 266

12.4.1　功能及特点 266

12.4.2　典型结构及工作模式 267

12.5 CCD及ICCD遥感成像技术 268

12.5.1　功能及特点 268

12.5.2　扫描式CCD可见光遥感成像系统 269

12.5.3 星载／机载紫外日盲光阴极ICCD导弹告警系统 270

12.5.4　机载蓝绿激光／微光ICCD选通成像探雷探潜系统 271

12.5.5 深空γ线遥感探测成像系统 272

12.6　红外遥感成像及成像光谱技术 273

12.6.1 功能及特点 273

12.6.2　传统红外遥感成像技术 274

12.6.3　遥感成像光谱技术 275

12.6.4　遥感三维成像技术 277

12.7　微波遥感成像技术 278

12.7.1　功能及特点 278

12.7.2　微波在介质中的传输属性 279

12.7.3　微波真实孔径雷达成像 282

12.7.4　微波合成孔径雷达成像 285

第十三章　光电成像系统建模仿真评估技术 289

13.1　引言 289

13.2　系统建模仿真技术 289

13.2.1 系统的概念、建模及其分类 289

13.2.2 系统仿真的一般过程与步骤 293

13.2.3 系统建模仿真技术的应用及其最新发展动态 294

13.3　光电系统理论建模性能评估技术 297

13.3.1 光电系统理论建模性能评估流程 297

13.3.2　Johnson准则 299

13.3.3 MRTD和MRC 300

13.3.4　捕获概率 302

13.3.5 目标搜索 303

13.4　综合光电成像半实物仿真系统 304

13.5　三维动态场景计算机生成技术 305

13.5.1　动态红外仿真系统软件 305

13.5.2 系统模块功能 306

13.6　仿真模块功能的实现 307

13.6.1　仿真软件响应实时性处理技术 307

13.6.2　仿真模块 307

13.6.3　场景发生模块的创建 309

13.7　动态仿真场景投射新技术 311

13.7.1　概述 311

13.7.2　动态红外场景生成新技术 313

13.7.3　动态红外场景投射器实例 315

第十四章　光子计数成像技术 319

14.1 引言 319

14.2　光子计数成像技术发展动态 320

14.3　MCP微光管中的噪声源及其脉冲高度分布 321

14.3.1 MCP微光管的噪声源 322

14.3.2 MCP微光管中噪声的抑制 323

14.3.3 MCP微光管的脉冲高度分布（PHD） 324

14.4　光子计数成像系统工作原理 325

14.4.1 多光子和单光子脉冲高度分布（PHD） 325

14.4.2　光子计数成像系统工作原理 327

14.4.3　光子计数成像系统信噪比特性的进一步提高 327

14.5　光子计数成像系统特性参数 329

14.5.1　特性参数分类 329

14.5.2　特性参数定义 329

14.6　光子计数成像系统（PCIS）总体性能分析 331

14.6.1　PCIS总体性能要求 331

14.6.2　PCIS总体性能评价分析 332

14.7　光子计数成像系统应用举例 334

14.7.1　PCIS在天文望远镜技术上的应用 334

14.7.2　PCIS在生命科学研究中的应用 337

第十五章　高速摄影、摄像技术 338

15.1 引言 338

15.2　高速摄影（像）技术需求背景和发展动态 339

15.2.1 需求背景 339

15.2.2　发展动态 340

15.3　高速摄影（像）系统基本构成和特性参数 342

15.3.1 高速摄影（像）系统基本构成及其功能 342

15.3.2 高速摄影（像）系统的主要特性参数 343

15.4　高速摄影（像）系统总体性能分析 345

15.4.1　基本思路 345

15.4.2 光电成像系统动像模糊的成因 346

15.4.3 线性级联高速摄影（像）系统的时—空MTF理论 346

15.4.4 高速光电子摄影（像）系统总体性能评价 349

15.5　高速摄影（像）系统及其应用举例 351

15.5.1 胶片连续运动的高速电影摄影机 351

15.5.2　转镜式高速分幅相机 352

15.5.3 ICCD高速分幅相机 353

15.5.4 变相管高速条纹相机 354

15.5.5　SP—2000高速摄像运动分析系统 355

15.5.6 HTV—500高速摄像系统 355

15.5.7 高速摄影（像）系统在间接瞬变过程诊断上的应用——冲击波水溶液分子振动拉曼光谱分析装置 356

15.5.8 高速摄影（像）技术应用中的相关数据 356

第十六章 医用光电子成像技术 358

16.1　引言 358

16.2　医用光电子成像技术概述 359

16.2.1 医用光电子成像技术发展动态和趋势 359

16.2.2 医用光电子成像技术特点和分类 360

16.3　X线透视成像技术 362

16.3.1　X线源及其辐射特性 362

16.3.2　X线透视成像系统组成及工作原理 363

16.4　X线计算机体层成像技术 369

16.4.1 X计算机体层成像系统组成 369

16.4.2 X计算机体层成像数理基础 369

16.4.3 X线计算机体层（X—CT）卷积成像原理 371

16.5　核医学成像技术 373

16.5.1　概述 373

16.5.2　放射性同位素及其辐射线 374

16.5.3　γ射线照相机工作原理 375

16.5.4 单光子发射型计算机体层成像（SPECT）工作原理 376

16.5.5 正电子发射型计算机体层成像（PET）工作原理 377

16.6　医用核磁共振成像技术 379

16.6.1　概述 379

16.6.2 氢质子（1H）的核磁共振特性 380

16.6.3　核磁共振成像的图像信息源 383

16.6.4　MRI系统组成及成像原理 386

16.6.5　MRI傅里叶成像原理 388

16.7　介入微创治疗与医学影像技术 390

16.7.1　神奇的介入（微创）治疗技术 390

16.7.2 医用影像技术在介入治疗中的重要作用 391

第十七章　光电子图像处理技术 392

17.1　引言 392

17.2　图像工程技术概述 393

17.2.1 图像与计算机视觉 393

17.2.2 图像工程 393

17.3　图像工程应用背景和发展动态 395

17.3.1　应用背景 395

17.3.2 国外发展动态及水平 397

17.3.3 国内发展动态及水平 399

17.4　图像处理方法 399

17.4.1 图像增强 399

17.4.2 图像融合 401

17.4.3　电子稳像 403

17.4.4 图像拼接 404

17.4.5 图像传输与图像压缩技术 405

17.5　视频跟踪技术 410

17.5.1　视频跟踪原理 410

17.5.2　视频跟踪算法 411

17.5.3　视频跟踪技术最新发展 412

参考文献 415