工业和信息化部“十二五”规划教材 光电信息科学与工程类专业规划教材 光电成像技术与系统PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 关于光电成像技术 1

1.1.1 光电成像技术对人眼视见光谱域的拓展 2

1.1.2 光电成像技术的应用领域 4

1.2 人眼的视觉特性与模型 6

1.2.1 人眼的构造 6

1.2.2 人眼的视觉特性 7

1.3 图像与实现图像的必需环节 12

1.3.1 图像及其物理表述 12

1.3.2 图像的解析与量化 13

1.3.3 实现图像的必需环节 13

1.4 光电成像的特性 14

1.4.1 光电成像转换特性 14

1.4.2 光电成像的时间特性 15

1.4.3 光电成像的噪声特性 17

1.4.4 光电成像的图像分辨特性 28

习题与思考题 30

第2章 电子束扫描成像技术 31

2.1 摄像管工作原理 31

2.1.1 摄像管的结构 31

2.1.2 摄像管工作原理 31

2.2 摄像管的分类 35

2.2.1 光电导型摄像器件 35

2.2.2 光电发射型摄像器件 40

2.3 摄像管的性能参数 46

2.3.1 摄像管的灵敏度 46

2.3.2 摄像管的惰性 47

2.3.3 摄像管的分辨力 51

2.3.4 摄像管的其他特性参数 52

2.4 热释电摄像管 53

2.4.1 热释电效应与热释电摄像管 53

2.4.2 热释电靶电荷图像的形成与读出 57

2.4.3 热释电摄像管工作的特点 59

2.5 摄像管的电子枪 60

2.5.1 电子枪的结构与分类 60

2.5.2 电子枪工作原理 61

2.5.3 交叠点空间电荷效应与层流枪 62

2.5.4 电子枪中的准直透镜 63

习题和思考题 64

第3章 电子光学聚焦成像技术 65

3.1 像管成像的物理过程 65

3.1.1 辐射图像的光电转换 65

3.1.2 电子图像的能量增强 66

3.1.3 电子图像的发光显示 66

3.2 像管的结构、分类与制造 67

3.2.1 像增强器（一代像增强器） 67

3.2.2 带有微通道板的像增强器 69

3.2.3 负电子亲和势光阴极像增强器 70

3.2.4 红外变像管、紫外变像管、X射线变像管和γ射线变像管 70

3.2.5 像管的制造 71

3.3 像管的性能参数 71

3.3.1 光谱响应特性 72

3.3.2 增益特性 72

3.3.3 背景特性 74

3.3.4 成像特性 75

3.4 辐射图像的光电转换 77

3.4.1 光电子发射的基本理论 77

3.4.2 典型实用光阴极 84

3.4.3 光电发射的极限电流密度 92

3.4.4 光阴极面发射电子过渡过程的分析 93

3.5 电子图像的成像理论 95

3.5.1 电子光学基础 95

3.5.2 旋转对称场中的场方程 96

3.5.3 静电磁场中带电粒子的运动 98

3.5.4 旋转对称电子光学系统的成像 102

3.5.5 普遍情况下电子光学系统的折射率 103

3.5.6 电子透镜 105

3.5.7 典型电子光学系统分析 109

3.6 电子图像的发光显示 112

3.6.1 荧光层发光理论基础 112

3.6.2 荧光屏发光衰减过程分析 114

3.6.3 典型荧光屏发光机理 116

3.7 光学图像的传像与电子图像的倍增 118

3.7.1 光学纤维面板 118

3.7.2 微通道板 120

3.8 像管的小型化直流高压电源 129

3.8.1 直流高压电源工作原理 130

3.8.2 倍压整流电路 130

3.8.3 自动亮度控制电路 130

3.8.4 直流选通高压电源 131

3.8.5 自动快门电路 132

习题和思考题 132

第4章 电子驱动自扫描成像技术（1） 134

4.1 固体成像器件的发展 134

4.2 MOS电容器的电荷存储、耦合与转移 135

4.2.1 稳态下的MOS电容器 135

4.2.2 非稳态下的MOS电容器（MOS电容器的电荷存储原理） 138

4.2.3 MOS电容器系统的实际开启电压 140

4.2.4 CCD的电荷耦合与传输原理 143

4.3 CCD的结构及其物理性能分析 144

4.3.1 CCD的结构 144

4.3.2 CCD的物理性能 151

4.4 CCD成像原理 166

4.4.1 线阵CCD成像原理 166

4.4.2 面阵CCD成像原理 168

4.5 特殊CCD成像器件 169

4.5.1 增强型CCD（ICCD） 169

4.5.2 电子轰击型CCD（EBCCD） 170

4.5.3 电子倍增CCD（Electron-Multiplying CCD，EMCCD） 171

4.5.4 其他异型CCD 172

4.6 CMOS成像原理 174

4.6.1 CMOS器件的结构 174

4.6.2 CMOS器件的图像读出与成像 174

4.6.3 CMOS图像传感器像元 175

4.6.4 CMOS器件的不足与改进 178

4.6.5 Pixim的DPS成像技术 178

4.6.6 CMOS与CCD图像传感器的比较 180

4.6.7 其他CMOS成像器件 181

4.7 紫外焦平面成像器件 182

4.7.1 涂敷变频膜的固体紫外探测器 183

4.7.2 基于宽带半导体材料的紫外焦平面成像器件 183

4.8 近红外及短波红外焦平面成像器件 185

4.9 固体成像器件的性能参数 185

4.9.1 固体成像器件的光电转换特性 186

4.9.2 固体成像器件的噪声特性 188

4.9.3 固体成像器件的成像特性 188

习题与思考题 190

第5章 电子驱动自扫描成像技术（2） 191

5.1 红外探测器的分类与性能 191

5.1.1 热探测器 191

5.1.2 光子探测器（光电探测器） 192

5.2 红外探测器的工作条件和性能参数 194

5.2.1 红外探测器的工作条件与要求 194

5.2.2 红外探测器的性能参数 195

5.3 红外焦平面探测器技术（红外CCD） 197

5.3.1 红外焦平面成像器件的构成 198

5.3.2 单片式IR-CCD 199

5.3.3 混合式IR-CCD 205

5.3.4 Z平面红外焦平面探测器 208

5.3.5 红外焦平面探测器制作工艺 208

5.4 光电导型红外探测器理论分析 210

5.4.1 光电导探测器的分类和基本关系 210

5.4.2 本征光电导探测器的性能分析 212

5.4.3 非本征光电导探测器的性能分析 218

5.4.4 SPRITE探测器 221

5.4.5 光电导探测器材料与工作模式 227

5.5 光伏型红外探测器理论分析 229

5.5.1 光伏探测器的响应度 230

5.5.2 光伏型探测器工作方式分析 231

5.5.3 光伏型探测器材料与工作模式 236

5.6 量子阱与量子点红外探测器 237

5.6.1 量子阱红外探测器 237

5.6.2 量子点红外探测器 241

5.7 非制冷红外焦平面探测器 242

5.7.1 热释电探测器 243

5.7.2 微测辐射热计 249

5.7.3 其他热电型非制冷焦平面阵列 253

5.7.4 非制冷焦平面技术分析 254

5.8 基于光学读出的红外热成像技术 254

5.8.1 基于MEMS微悬臂梁的红外热成像技术 255

5.8.2 基于热光阀的红外热成像技术 259

习题与思考题 261

第6章 光机扫描成像技术 262

6.1 光机扫描成像的基本参数 262

6.2 光机扫描系统 264

6.2.1 基本扫描方式 264

6.2.2 光机扫描器 265

6.2.3 几种常用的光机扫描方案 271

6.2.4 前置望远系统和中继透镜组 272

6.3 光机扫描成像信号处理与显示 272

6.3.1 光机扫描的成像方式 272

6.3.2 光机扫描的信号处理与显示 274

6.4 红外热成像系统中的微扫描技术 278

6.4.1 提高分辨率的微扫描原理 278

6.4.2 微扫描分类 279

6.4.3 微扫描的工作模式 280

6.4.4 微扫描系统 280

6.4.5 微扫描系统的应用 281

习题与思考题 282

第7章 电视体制、摄像系统与图像显示 283

7.1 电视的体制与图像传送原理 283

7.1.1 图像与图像的传送 283

7.1.2 图像的解析与合成——扫描 284

7.1.3 全电视信号 286

7.1.4 电视图像的特点 288

7.1.5 彩色全电视信号 290

7.2 电视摄像系统 291

7.2.1 摄像机的组成与种类 291

7.2.2 摄像机的基本参数 292

7.2.3 摄像机的光学成像系统 293

7.2.4 摄像机成像传感器芯片 295

7.2.5 摄像机的输出接口 296

7.3 典型成像系统 300

7.3.1 线阵CCD成像系统 300

7.3.2 面阵成像系统 302

7.3.3 成像光谱系统 306

7.4 微光成像系统（微光电视） 308

7.4.1 微光摄像器件及其性能 309

7.4.2 微光电视的发展及应用 314

7.4.3 成像光子计数探测系统 315

7.5 电视信号的发送与接收 316

7.5.1 视频处理放大器 316

7.5.2 模拟视频信号的频谱及复用 317

7.5.3 视频正交平衡调幅 318

7.5.4 电视信号的传输、发射与接收 318

7.6 电视显示器件及显示工作原理 319

7.6.1 CRT 320

7.6.2 LCD 320

7.6.3 PDP 321

7.6.4 OLED显示器 322

7.6.5 激光显示 324

7.7 电视显示器的性能 326

7.8 高清晰度电视和数字电视 327

习题与思考题 328

第8章 微光成像系统 329

8.1 微光成像系统的分类与构成 329

8.1.1 主动微光夜视系统 329

8.1.2 被动微光夜视系统 330

8.2 主动微光成像的辅助照明系统 331

8.2.1 辅助照明系统基本要求 331

8.2.2 典型照明系统组成与分析 331

8.3 微光夜视系统的光学系统 334

8.3.1 光学系统基本要求 334

8.3.2 典型微光夜视光学系统及其分析 335

8.4 微光成像系统性能分析 339

8.4.1 微光成像系统参数对成像性能的影响 339

8.4.2 微光成像系统总体设计分析 342

8.5 选通成像技术及其应用 347

8.5.1 大气后向散射和选通原理 347

8.5.2 选通成像基本原理 348

8.5.3 选通成像技术的应用 349

习题与思考题 349

第9章 红外热成像系统 351

9.1 红外热成像系统的构成 351

9.2 红外热成像系统的光学系统 352

9.2.1 红外热成像对光学系统的要求 352

9.2.2 红外热成像光学系统性能参数 353

9.2.3 典型红外热成像光学系统及其分析 356

9.3 红外热成像系统中的制冷技术与制冷器 360

9.3.1 制冷原理及其分类 360

9.3.2 典型红外热成像系统制冷器 361

9.4 红外热成像系统的性能参数 365

9.4.1 红外热成像系统光谱响应特性 365

9.4.2 红外热成像系统的噪声 365

9.4.3 红外热成像系统的时间响应 367

9.4.4 红外热成像系统的空间分辨特性与温度分辨特性 368

9.5 红外热成像系统总体设计分析 370

9.5.1 红外热成像系统总体设计 370

9.5.2 典型红外热成像系统设计分析 372

习题与思考题 376

第10章 光电成像过程影响因素与作用距离预测 378

10.1 光电成像系统成像过程分析 378

10.1.1 光电成像系统组成 378

10.1.2 光电成像过程不同环节对成像质量的影响 378

10.2 景物的反射与辐射特性 379

10.2.1 典型人工目标的辐射特性 380

10.2.2 典型自然景物的反射与辐射特性 382

10.3 大气传输对成像过程的影响 385

10.3.1 大气的构成 385

10.3.2 大气消光现象及其理论分析 389

10.3.3 大气消光对光电成像系统性能的影响 396

10.4 基于人眼信噪比的图像探测理论与图像探测方程 397

10.4.1 图像的信噪比 398

10.4.2 光电成像系统的图像探测方程 399

10.4.3 图像探测方程的其他表达形式 402

10.5 目标探测与识别理论 403

10.5.1 目标探测与识别的基本理论模型 404

10.5.2 约翰逊准则及其应用 408

10.5.3 约翰逊准则的改进 410

10.6 微光成像系统作用距离预测模型与方法 414

10.6.1 微光成像系统作用距离模型 414

10.6.2 微光成像系统作用距离的预测 415

10.6.3 微光电视成像系统作用距离的预测 416

10.7 红外热成像系统作用距离预测模型与方法 417

10.7.1 红外成像系统作用距离模型 418

10.7.2 红外热成像系统作用距离预测 419

10.7.3 红外热成像系统作用距离预测的修正 420

习题与思考题 422

参考文献 439