现代光电子成像技术概论 第2版PDF电子书下载

第1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 光电子成像系统的构成、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的一般原理 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 本书的编写思路和技术特点 10

第2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 激光器的工作原理 20

2.7.2 激光器的技术特点 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

2.10 微波与太赫兹波辐射源 29

第3章 固体光电子成像器件 30

3.1 引言 30

3.2 固体光电子成像器件的分类及性能 31

3.2.1 固体光电子成像器件的分类 31

3.2.2 固体光电子成像器件的性能参数 33

3.3 红外探测成像器件 34

3.3.1 概述 34

3.3.2 红外成像器件的原理结构 36

3.4 CCD、CMOS成像器件系列 45

3.4.1 概述 45

3.4.2 CCD典型结构和工作原理 46

3.4.3 CMOS成像器件的典型结构和工作原理 48

3.4.4 EMCCD典型结构和工作原理 49

3.4.5 ICCD典型结构和工作原理 50

3.4.6 EBCCD典型结构和工作原理 50

3.5 短波辐射固体成像器件 52

3.5.1 概述 52

3.5.2 固体紫外（日盲）探测成像器件 52

3.5.3 固体X线探测成像器件 52

3.5.4 固体γ线探测成像器件 54

3.5.5 EB-MAMA多阳极阵列探测成像器件 55

第4章 真空光电子成像器件 56

4.1 引言 56

4.2 真空光电子成像器件技术发展动态 57

4.3 真空光电子成像功能部件物理基础 58

4.3.1 半导体外光电效应和光阴极 58

4.3.2 光电倍增管和微通道板电子倍增原理 60

4.3.3 光纤光学成像元件 62

4.3.4 电致发光显示器件——荧光屏 63

4.3.5 电子光学透镜成像原理 64

4.4 真空光电子成像器件的原理、功能和结构 66

4.4.1 真空光电子成像器件的工作原理 66

4.4.2 真空光电子成像器件的功能 67

4.4.3 真空光电子成像器件的典型结构 67

4.5 真空光电子成像器件的特性参数 70

4.5.1 真空光电子成像器件的特性参数分类 70

4.5.2 真空光电子成像器件的主要特性参数 71

4.6 双近贴聚焦像增强器（WII）极限性能估算 73

4.6.1 WII极限灵敏度估算 73

4.6.2 WII极限分辨率估算 74

4.6.3 WII极限信噪比估算 74

第5章 图像显示技术 76

5.1 引言 76

5.1.1 图像显示系统的组成及功能 76

5.1.2 显示器技术的发展动态 78

5.2 图像显示器的特性参数和性能评价 79

5.2.1 图像显示器的特性参数 79

5.2.2 图像显示器的性能评价 80

5.3 液晶显示技术 82

5.3.1 液晶显示器的基本工作原理 82

5.3.2 微型液晶显示技术 83

5.3.3 LCoS的工作原理 84

5.3.4 LCoS的优点 85

5.4 液晶光阀投影显示技术 87

5.4.1 液晶光阀 87

5.4.2 光寻址方式液晶光阀的用途 88

5.4.3 大屏幕投影显示的应用系统 88

5.5 立体显示技术 89

5.5.1 高现场感显示与空间成像型显示器 89

5.5.2 空间成像型显示方式的分类与问题 90

5.6 数字式微反射镜显示（DMD）技术 91

5.6.1 数字式微反射镜器件 91

5.6.2 DMD光开关原理 92

5.6.3 DMD数字化光处理器（DLP） 92

5.6.4 数字化光处理的技术特征 93

5.6.5 数字化光处理系统 93

5.7 阴极射线管（CRT）显示技术 94

5.7.1 CRT显示原理 94

5.7.2 CRT的典型结构与工作原理 95

5.8 等离子体显示（PDP）技术 95

5.8.1 彩色PDP的结构及工作原理 95

5.8.2 PDP显示器的应用和前景 97

5.9 有机发光薄膜二极管显示（OLED）技术 97

5.9.1 OLED的结构及工作原理 97

5.9.2 OLED的优点 98

5.9.3 OLED的应用及发展动态 99

5.10 大屏幕显示技术 100

5.10.1 球幕多光谱显示技术 100

5.10.2 LED大屏幕显示技术 101

第6章 光学成像系统和光学传递函数 102

6.1 引言 102

6.2 几何光学概述 102

6.2.1 几何光学的有效性及其基本定律 102

6.2.2 光学系统成像的几何光学理论 104

6.2.3 理想光学系统及其物像关系 104

6.2.4 平面镜棱镜系统的成像特点及其应用 105

6.3 几何像差理论简介 108

6.4 光学薄膜技术简介 110

6.4.1 光学薄膜技术的功能特点及应用背景 110

6.4.2 光学系统用的特种薄膜 111

6.5 几种典型光学系统 113

6.5.1 微光夜视光学系统 113

6.5.2 红外光学系统 115

6.6 光学传递函数（OTF） 119

6.6.1 概述 119

6.6.2 光学传递函数的原理 119

6.6.3 光学传递函数的物理意义 120

6.6.4 光学传递函数的计算 121

6.7 光学成像技术的最新发展 122

6.7.1 二元光学元件的工作原理和制作方法 123

6.7.2 热像仪折衍射混合物镜光学系统 126

6.7.3 环境温度补偿折衍混合红外光学系统 126

6.7.4 数字化、网络化设备中的微光学元器件 127

第7章 光电子成像系统总体性能评价和分析 129

7.1 引言 129

7.2 人眼的视觉特性 130

7.2.1 神奇的人眼视觉及其局限性 130

7.2.2 人眼视觉三要素 131

7.2.3 人眼视觉光谱灵敏度分布 132

7.2.4 人眼视觉对比灵敏度与景物亮度的关系 132

7.3 系统能量链评价方法 134

7.3.1 系统能量传递链 134

7.3.2 系统能量传递链评价法 135

7.4 PEI系统MTF传递链评价方法 137

7.4.1 理论基础 138

7.4.2 MTF（分辨率）传递链中几个物理参数间的关系 139

7.4.3 PEI系统MTF（分辨率）传递链评价法 141

7.5 PEI系统信噪比传递链评价方法 143

7.5.1 理论依据 143

7.5.2 光子数噪声限制下PEI系统极限视觉探测方程 144

7.5.3 PEI系统信噪比传递链评价法 146

7.6 PEI系统信息链评价法 148

7.7 一种估算PEI系统目标捕获性能的简便方法 148

7.7.1 影响PEI系统目标捕获性能的主要参数 149

7.7.2 PEI系统目标捕获性能简便算法 150

7.8 稳像稳瞄条件下PEI系统评价法举例 152

第8章 微光夜视技术 156

8.1 引言 156

8.2 微光夜视技术的发展动态及趋势 158

8.3 微光夜视光学系统 159

8.3.1 微光物镜系统 159

8.3.2 微光目镜和中继透镜 160

8.3.3 夜视辅助照明光学系统 161

8.4 像增强器用门控高压电源 161

8.4.1 功能及要求 161

8.4.2 像管门控电路框图和工作原理 161

8.5 微光夜视系统总体设计和性能评价 162

8.5.1 微光夜视系统常规参数的确定 162

8.5.2 光子数受限条件下微光夜视系统的极限分辨能力 164

8.5.3 微光夜视系统总体极限性能图解分析 166

8.6 先进微光夜视技术点评 168

8.6.1 第四代微光夜视图像质量 168

8.6.2 远距离激光微光选通成像技术 168

8.6.3 先进门控电源在夜视仪昼夜兼容工作中的作用 169

8.6.4 100°×40°宽视场微光夜视眼镜 169

8.6.5 微光／红外图像融合夜视系统 169

8.6.6 微光图像实时处理技术 170

8.6.7 微光夜视头盔网络化技术 171

第9章 红外热成像技术 173

9.1 引言 173

9.2 红外成像技术的基本原理 174

9.3 红外成像系统的特性参数 175

9.3.1 红外光学机械系统的性能参数 175

9.3.2 红外探测器的主要性能参数 175

9.3.3 红外热像仪的总体性能参数 176

9.4 红外成像系统的典型结构和技术特点 178

9.4.1 光学机械扫描热像仪 178

9.4.2 焦平面热像仪 181

9.4.3 非制冷热像仪（UFPA） 182

9.5 制导用红外成像系统的典型结构和技术特点 183

9.5.1 成像跟踪制导系统的组成及工作原理 184

9.5.2 红外成像跟踪制导系统的典型结构和技术特点 184

9.6 热成像系统的总体性能评价 186

9.6.1 热像仪目标辨识Johnson判则和作用距离 186

9.6.2 热成像系统的视距及其评价方法概述 187

9.6.3 热像仪视距“极限加折扣评价法” 188

9.6.4 热像仪视距“基于MRTD评价法” 190

9.6.5 热像仪对点源目标视距之估算 194

第10章 激光成像技术 197

10.1 引言 197

10.2 激光雷达成像技术 198

10.2.1 激光雷达成像系统的分类 199

10.2.2 激光雷达成像系统的组成、基本原理及性能评价 199

10.2.3 激光雷达成像系统性能评估 203

10.3 机载激光雷达成像系统 205

10.3.1 机载Lidar—IS的组成及功能 207

10.3.2 机载Lidar—IS探雷系统（ALMDS） 208

10.3.3 机载激光雷达快速灭雷系统（RAMCS） 210

10.4 多波段条纹管激光成像技术 212

10.4.1 条纹像管激光成像工作原理 212

10.4.2 条纹像管多波段激光成像 213

10.5 蓝绿激光／微光选通水下成像技术 215

10.5.1 需求背景及工作原理 215

10.5.2 水下激光／微光选通成像技术特点和总体性能评估 216

10.5.3 水下激光／微光选通成像系统实验效果举例 216

10.5.4 导弹制导用激光／面阵探测器选通成像系统 217

10.6 激光全息三维成像技术 218

10.6.1 技术内涵和特点 218

10.6.2 应用领域 219

10.6.3 激光全息成像原理说明 220

10.7 激光显示与激光存储技术 221

10.7.1 概述 221

10.7.2 大屏幕激光投影仪工作原理 223

10.7.3 微型激光投影机工作原理 224

10.7.4 医用激光—荧光显示板 224

10.7.5 激光照相机工作原理 225

10.7.6 激光打印机工作原理 225

10.7.7 DVD光盘的刻录与播放工作原理 226

第11章 光电稳定与跟踪技术 227

11.1 引言 227

11.2 光电稳定跟踪技术的内涵及应用 227

11.2.1 光电稳定跟踪技术的内涵 227

11.2.2 光电稳定跟踪技术的应用 229

11.3 光电稳定跟踪系统的基本组成与工作原理 230

11.3.1 稳瞄系统基本组成 230

11.3.2 瞄准线稳定原理 231

11.3.3 反射镜稳定原理 232

11.3.4 平台整体稳定原理 234

11.3.5 组合稳定原理 236

11.4 光电稳定跟踪系统的主要特性参数 237

11.4.1 主要系统特性参数 237

11.4.2 光电传感器主要特性参数 238

11.5 影响稳定跟踪系统精度的制约因素 238

11.5.1 稳定精度制约因素分析 239

11.5.2 跟踪精度制约因素分析 241

11.6 光电稳定跟踪系统的核心控制元件——陀螺仪 242

11.6.1 陀螺仪的发展与分类 242

11.6.2 陀螺仪的基本特性 243

11.6.3 二自由度陀螺仪的技术方程与传递函数 244

11.6.4 几种常用陀螺仪简介 246

11.6.5 陀螺仪的选取 249

11.7 稳定跟踪伺服系统设计 250

11.7.1 稳定跟踪伺服系统的基本技术要求 250

11.7.2 稳定跟踪伺服系统的特点 252

11.7.3 稳定跟踪伺服系统设计 253

11.8 光电稳定与跟踪系统实例简介 257

11.9 光电稳定跟踪系统技术展望 258

第12章 遥感光电子成像技术 260

12.1 引言 260

12.2 遥感成像技术的发展动态和趋势 261

12.2.1 遥感技术发展历史回顾 261

12.2.2 遥感成像技术的发展趋势 263

12.3 遥感成像技术的分类、工作原理及特性参数 264

12.3.1 遥感光电子成像技术的分类 264

12.3.2 遥感成像系统的工作原理 265

12.3.3 遥感成像系统的特性参数 266

12.4 摄影型遥感成像技术 267

12.4.1 功能及特点 267

12.4.2 典型结构及工作模式 268

12.5 CCD及ICCD遥感成像技术 269

12.5.1 功能及特点 269

12.5.2 扫描式CCD可见光遥感成像系统 270

12.5.3 星载／机载紫外日盲光阴极ICCD导弹告警系统 271

12.5.4 机载蓝绿激光／微光ICCD选通成像探雷探潜系统 272

12.5.5 深空γ线遥感探测成像系统 273

12.6 红外遥感成像及成像光谱技术 274

12.6.1 功能及特点 274

12.6.2 传统红外遥感成像技术 275

12.6.3 遥感成像光谱技术 276

12.6.4 遥感三维成像技术 278

12.7 微波遥感成像技术 279

12.7.1 功能及特点 279

12.7.2 微波在介质中的传输属性 280

12.7.3 微波真实孔径雷达成像 283

12.7.4 微波合成孔径雷达成像 286

12.8 太赫兹遥感成像技术 290

12.8.1 功能及特点 290

12.8.2 常用电磁波的产生、发射和接收 290

12.8.3 THz波辐射源 291

12.8.3 THz波探测器 292

12.8.4 THz成像系统原理 293

12.8.5 THz波成像技术应用举例 295

第13章 光电成像系统建模仿真评估技术 298

13.1 引言 298

13.2 系统建模仿真技术 298

13.2.1 系统的概念、建模及其分类 298

13.2.2 系统仿真的一般过程与步骤 302

13.2.3 系统建模仿真技术的应用及其最新发展动态 303

13.3 光电系统理论建模性能评估技术 306

13.3.1 光电系统理论建模性能评估流程 306

13.3.2 Johnson准则 308

13.3.3 MRTD和MRC 309

13.3.4 捕获概率 311

13.3.5 目标搜索 312

13.4 综合光电成像半实物仿真系统 313

13.5 三维动态场景计算机生成技术 314

13.5.1 动态红外仿真系统软件 314

13.5.2 系统模块功能 315

13.6 仿真模块功能的实现 316

13.6.1 仿真软件响应实时性处理技术 316

13.6.2 仿真模块 316

13.6.3 场景发生模块的创建 318

13.7 动态仿真场景投射新技术 320

13.7.1 概述 320

13.7.2 动态红外场景生成新技术 322

13.7.3 动态红外场景投射器实例 324

第14章 光子计数成像技术 328

14.1 引言 328

14.2 光子计数成像技术发展动态 329

14.3 MCP微光管中的噪声源及其脉冲高度分布 330

14.3.1 MCP微光管的噪声源 331

14.3.2 MCP微光管中噪声的抑制 332

14.3.3 MCP微光管的脉冲高度分布（PHD） 333

14.4 光子计数成像系统工作原理 334

14.4.1 多光子和单光子脉冲高度分布（PHD） 334

14.4.2 光子计数成像系统工作原理 336

14.4.3 光子计数成像系统信噪比特性的进一步提高 336

14.5 光子计数成像系统特性参数 338

14.5.1 特性参数分类 338

14.5.2 特性参数定义 338

14.6 光子计数成像系统（PCIS）总体性能分析 340

14.6.1 PCIS总体性能要求 340

14.6.2 PCIS总体性能评价分析 341

14.7 光子计数成像系统应用举例 343

14.7.1 PCIS在天文望远镜技术上的应用 343

14.7.2 PCIS在生命科学研究中的应用 346

第15章 高速摄影、摄像技术 347

15.1 引言 347

15.2 高速摄影（像）技术的需求背景和发展动态 348

15.2.1 需求背景 348

15.2.2 发展动态 349

15.3 高速摄影（像）系统的基本构成和特性参数 351

15.3.1 高速摄影（像）系统的基本构成及其功能 351

15.3.2 高速摄影（像）系统的主要特性参数 352

15.4 高速摄影（像）系统总体性能分析 354

15.4.1 基本思路 354

15.4.2 光电成像系统动像模糊的成因 355

15.4.3 线性级联高速摄影（像）系统的时—空MTF理论 355

15.4.4 高速光电子摄影（像）系统总体性能评价 358

15.5 高速摄影（像）系统及其应用举例 360

15.5.1 胶片连续运动的高速电影摄影机 360

15.5.2 转镜式高速分幅相机 361

15.5.3 ICCD高速分幅相机 362

15.5.4 变相管高速条纹相机 363

15.5.5 SP—2000高速摄像运动分析系统 364

15.5.6 HTV—500高速摄像系统 364

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 365

15.5.8 高速摄影（像）技术应用中的相关数据 365

第16章 医用光电子成像技术 367

16.1 引言 367

16.2 医用光电子成像技术概述 368

16.2.1 医用光电子成像技术的发展动态和趋势 368

16.2.2 医用光电子成像技术的特点和分类 370

16.3 X线透视成像技术 370

16.3.1 X线源及其辐射特性 370

16.3.2 X线透视成像系统组成及工作原理 372

16.4 X线计算机体层成像技术 378

16.4.1 X线计算机体层成像系统组成 378

16.4.2 X线计算机体层成像数理基础 379

16.4.3 X线计算机体层（X—CT）卷积成像原理 381

16.5 核医学成像技术 383

16.5.1 概述 383

16.5.2 放射性同位素及其辐射线 384

16.5.3 γ射线照相机工作原理 385

16.5.4 单光子发射型计算机体层成像（SPECT）工作原理 386

16.5.5 正电子发射型计算机体层成像（PET）工作原理 387

16.6 医用核磁共振成像技术 389

16.6.1 概述 389

16.6.2 氢质子（1H）的核磁共振特性 390

16.6.3 核磁共振成像的图像信息源 393

16.6.4 MRI系统组成及成像原理 396

16.6.5 MRI傅里叶成像原理 397

16.7 介入微创治疗与医学影像技术 400

16.7.1 神奇的介入（微创）治疗技术 400

16.7.2 医用影像技术在介入治疗中的重要作用 400

第17章 光电子图像处理技术 402

17.1 引言 402

17.2 图像工程技术概述 403

17.2.1 图像与计算机视觉 403

17.2.2 图像工程 403

17.3 图像工程应用背景和发展动态 405

17.3.1 应用背景 405

17.3.2 国外发展动态及水平 407

17.3.3 国内发展动态及水平 409

17.4 图像处理方法 409

17.4.1 图像增强 409

17.4.2 图像融合 411

17.4.3 电子稳像 413

17.4.4 图像拼接 414

17.4.5 图像传输与图像压缩技术 415

17.5 视频跟踪技术 420

17.5.1 视频跟踪原理 420

17.5.2 视频跟踪算法 421

17.5.3 视频跟踪技术最新发展 422

参考文献 425