图像传感器应用技术 第2版PDF电子书下载

第1章 光辐射与光电技术基础 1

1.1 光辐射的度量 1

1.1.1 与辐射源有关的参数 2

1.1.2 与接收器有关的参数 4

1.1.3 光源的辐射光谱分布参量 6

1.1.4 量子流速率 6

1.2 物体热辐射 7

1.2.1 黑体辐射定律 7

1.2.2 辐射体的分类及其温度表示 9

1.3 辐射度参数与光度参数的关系 11

1.3.1 人眼的视觉灵敏度 11

1.3.2 人眼的光谱光视效能 13

1.3.3 两种辐射体光视效能的计算 14

1.4 半导体对光的吸收 15

1.4.1 物质对光吸收的一般规律 15

1.4.2 半导体对光的吸收 15

1.5 光电效应 16

1.5.1 内光电效应 17

1.5.2 光电发射效应 20

思考题与习题1 22

第2章 光源 23

2.1 自然光源 23

2.2 钨丝灯光源 24

2.2.1 钨丝白炽灯 24

2.2.2 卤钨灯 27

2.3 气体放电灯 28

2.4 半导体发光二极管（LED）光源 31

2.4.1 发光二极管的发光机理 32

2.4.2 发光强度-电流特性 32

2.4.3 发光光谱和发光效率 33

2.4.4 LED灯构成的仪器光源 35

2.5 激光光源 36

2.5.1 激光的产生机理 36

2.5.2 氦氖激光器 37

2.5.3 半导体激光器（LD） 40

2.6 图像传感器应用系统中光源和照度的匹配 41

思考题与习题2 42

第3章 图像扫描与图像显示技术 43

3.1 图像解析原理 43

3.1.1 图像的解析方法 43

3.1.2 图像传感器基本技术参数 46

3.2 图像的显示与电视制式 47

3.2.1 电视监视器的扫描 47

3.2.2 电视制式 49

3.3 图像显示器的分类 49

3.4 典型图像显示器 50

3.4.1 TFT-LCD图象显示器简介 50

3.4.2 TFT-LED图像显示器简介 52

3.4.3 LED图像显示器 52

思考题与习题3 53

第4章 电荷耦合摄像器件的基本工作原理 55

4.1 电荷存储 55

4.2 电荷耦合 56

4.3 CCD的电极结构 57

4.4 电荷的注入和检测 60

4.5 CCD的特性参数 63

4.6 电荷耦合摄像器件 64

4.6.1 工作原理 65

4.6.2 CCD的基本特性参数 68

4.6.3 动态范围 69

4.6.4 暗电流 70

4.6.5 分辨率 71

思考题与习题4 72

第5章 典型线阵CCD图像传感器 73

5.1 典型单沟道线阵CCD 73

5.1.1 TCD1209D的基本结构 73

5.1.2 TCD1209D的基本工作原理 74

5.1.3 TCD1209D的特性参数 75

5.1.4 TCD1209D的驱动电路 76

5.1.5 TCD1209D的外形尺寸 77

5.2 典型双沟道线阵CCD器件 78

5.3 具有积分时间调整功能的线阵CCD 82

5.3.1 TCD1205D 82

5.3.2 IL-P1型线阵CCD 85

5.4 具有采样保持输出电路的线阵CCD 88

5.5 并行输出的线阵CCD 90

5.5.1 并行输出的TCD1703C 91

5.5.2 分段式并行输出的线阵CCD 92

5.6 用于光谱探测的高性能线阵CCD 95

5.6.1 RL1024SB 95

5.6.2 RL2048DKQ 98

5.6.3 TCD1208AP 100

5.7 彩色线阵CCD 100

5.7.1 TCD2000P 101

5.7.2 TCD2558D 102

5.7.3 TCD2901D 104

5.8 环形线阵CCD 106

思考题与习题5 109

第6章 典型面阵CCD 111

6.1 DL32型面阵CCD 111

6.1.1 结构 111

6.1.2 工作原理 112

6.1.3 DL32型CCD的光电特性 113

6.2 TCD5130AC面阵CCD 114

6.3 TCD5390AD面阵CCD 118

6.4 IA-D4型面阵CCD 121

6.4.1 IA-D4的结构 121

6.4.2 工作原理 122

6.4.3 IA-D4的基本特性 124

6.5 特种面阵CCD 125

6.5.1 IA-D9-2048型面阵CCD 125

6.5.2 IA-D9-5000型面阵CCD 128

6.5.3 2620万像素面阵CCD 128

6.6 面阵CCD摄像器件的特性 129

6.7 面阵CCD的电荷累积时间与电子快门 133

6.8 MTV-2821摄像机 134

6.8.1 工作原理 134

6.8.2 MTV-2821CB特性参数 135

6.8.3 MTV-2821CB的主要功能及其设置 137

6.8.4 帧累积功能 139

思考题与习题6 142

第7章 CCD彩色摄像机概述 143

7.1 三管CCD彩色电视摄像机 143

7.1.1 三管CCD彩色电视摄像机的基本组成 143

7.1.2 光学系统和CCD摄像机中的重合调整 144

7.1.3 频谱混叠干扰在R,G,B信号之间相互抵消 145

7.2 两管式CCD彩色电视摄像机 146

7.3 单管CCD彩色摄像机 147

7.4 典型单片彩色CCD 150

7.4.1 Bayer滤色器单片彩色CCD 150

7.4.2 复合滤色器（或补色滤光片）型的彩色CCD 151

7.5 彩色数码照相机简介 154

思考题与习题7 156

第8章 CMOS图像传感器 157

8.1 MOS场效应管 157

8.1.1 MOS场效应管的基本结构 157

8.1.2 场效应管的主要性能参数 158

8.2 CMOS成像器件的原理结构 161

8.2.1 CMOS成像器件的组成 161

8.2.2 CMOS成像器件的像敏单元结构 162

8.2.3 CMOS图像传感器的工作流程 165

8.2.4 CMOS成像器件的辅助电路 166

8.3 CMOS图像传感器的性能指标 170

8.4 典型CMOS图像传感器 174

8.4.1 IBIS4 SXGA型CMOS成像器件 174

8.4.2 FUGA1000图像传感器 178

8.4.3 高速CMOS图像传感器 180

8.5 CMOS摄像机 183

8.5.1 IM28-SA型CMOS摄像机 183

8.5.2 MC1300高速CMOS摄像机 186

思考题与习题8 187

第9章 视频信号处理与计算机数据采集 188

9.1 CCD视频信号的二值化处理 188

9.1.1 二值化处理方法 188

9.1.2 二值化数据采集与计算机接口 190

9.2 CCD视频信号的量化处理 192

9.3 线阵CCD输出信号的数据采集与计算机接口 195

9.4 面阵CCD的数据采集与计算机接口 206

9.4.1 图像采集卡的基本工作原理 206

9.4.2 图像卡的基本结构 206

9.4.3 典型图像数据采集卡 210

思考与习题9 217

第10章 图像传感器的光学成像系统 218

10.1 光学成像系统的基本计算公式 218

10.1.1 理想光学系统的基本参数 218

10.1.2 理想光学系统的物像位置公式 219

10.1.3 理想光学系统的放大率 220

10.2 光学元件的成像特性 221

10.2.1 球面光学元件的成像特性 222

10.2.2 平面光学元件的成像特性 223

10.3 光学成像系统中的光阑 228

10.4 常用光电图像转换系统的成像特性 231

10.4.1 摄影系统及其物镜的光学成像特性 231

10.4.2 显微系统及其物镜的光学成像特性 233

10.4.3 望远系统及其物镜的光学成像特性 234

10.5 照明系统 236

10.6 远心光路在动态测试中的应用 237

10.7 面阵CCD摄像机光学镜头的类型及其参数 238

10.8 线阵CCD常用的物镜 242

思考与习题10 244

第11章 特种图像传感器 246

11.1 微光图像传感器 246

11.1.1 微光图像传感器的发展概况 246

11.1.2 微光电视摄像系统 248

11.1.3 微光电视摄像系统观察距离的估算 250

11.1.4 微光CCD摄像器件 251

11.2 红外CCD图像传感器 260

11.2.1 主动红外电视摄像系统 260

11.2.2 被动红外电视摄像系统 261

11.3 X光CCD图像传感器 264

11.3.1 X光像增强器 264

11.3.2 医用X光电视摄像系统 266

11.3.3 工业用X光光电检测系统 267

11.4 热成像技术 268

11.4.1 点扫描式热释电热像仪 268

11.4.2 热释电摄像管的基本结构 269

11.4.3 典型热像仪 270

思考与习题11 271

第12章 图像传感器的典型应用实例 272

12.1 图像传感器用于一维尺寸的测量 272

12.1.1 玻璃管内、外径尺寸测量控制仪器的技术要求 272

12.1.2 仪器的工作原理 272

12.1.3 线阵CCD的选择 273

12.1.4 光学系统设计 273

12.1.5 对外径、壁厚的检测电路 276

12.1.6 微机数据采集接口 278

12.1.7 系统的长线传输 278

12.2 CCD的拼接技术在尺寸测量系统中的应用 278

12.2.1 CCD的机械拼接技术在尺寸测量中的应用 278

12.2.2 线阵CCD的光学拼接 280

12.3 线阵CCD图像传感器用于二维位置的测量 282

12.3.1 高精度二维位置测量系统 282

12.3.2 光学系统误差分析 284

12.4 CCD在BGA管脚三维尺寸测量中的应用 284

12.4.1 测量原理 285

12.4.2 数学模型 285

12.4.3 系统的标定 286

12.4.4 BGA芯片测量实验 287

12.5 CCD图像传感器用于平板位置的检测 288

12.6 利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法 290

12.7 CCD图像传感器用于物体振动的非接触测量 293

12.8 图像传感器用于高精度细丝直径的测量 295

12.9 图像传感器用于透镜曲率半径的自动测量 298

12.9.1 测量原理和系统构成 298

12.9.2 测量系统的硬件与软件 300

12.9.3 系统测量误差 301

12.10 图像传感器用于成像物镜光学传递函数的测量 301

12.10.1 光学传递函数检测原理 302

12.10.2 光学传递函数检测系统 303

12.11 CCD用于ICP-AES光谱探测与分析 305

12.11.1 ICP-AES光谱探测器的基本原理 305

12.11.2 实验结果分析及结论 307

12.12 CCD图像传感器用于光学系统像差测量 308

12.13 线阵CCD图像传感器在扫描复印技术中的应用 311

12.14 面阵CCD图像传感器用于钢板尺寸测量系统 313

12.15 CCD天文图像观测系统 316

12.16 图像传感器用于光电显微分析仪 317

12.17 图像传感器在内窥镜摄像系统中的应用 320

12.17.1 工业内窥镜电视摄像系统 320

12.17.2 医用电子内窥镜摄像系统 322

12.17.3 侦察内窥镜摄像系统 322

12.18 图像传感器用于数码照相机 322

思考题与习题12 327

参考文献 329