绪论 1
第1章 图像解析与显示 4
1.1 图像解析原理 4
1.1.1 图像的解析方法 4
1.1.2 图像传感器基本技术参数 7
1.2 图像的显示与电视制式 8
1.2.1 电视监视器的扫描 8
1.2.2 电视制式 9
1.3 图像显示器的分类 10
1.4 典型图像显示器 11
1.4.1 TFT-LCD图像显示器简介 11
1.4.2 TFT-LED图像显示器简介 13
1.4.3 LED图像显示器 13
1.5 本章小结 14
思考题与习题1 15
第2章 电荷耦合摄像器件的基本工作原理 16
2.1 电荷存储 16
2.2 电荷耦合 17
2.3 CCD的电极结构 18
2.4 电荷的注入和检测 21
2.5 CCD的特性参数 24
2.6 电荷耦合摄像器件 25
2.6.1 工作原理 25
2.6.2 CCD的基本特性参数 29
2.6.3 动态范围 30
2.6.4 暗电流 31
2.6.5 分辨率 32
2.7 本章小结 32
思考题与习题2 33
第3章 典型线阵CCD图像传感器 35
3.1 典型单沟道线阵CCD 35
3.1.1 TCD1209D的基本结构 35
3.1.2 TCD1209D的基本工作原理 36
3.1.3 TCD1209D的特性参数 37
3.1.4 TCD1209D的驱动电路 38
3.1.5 TCD1209D的外形尺寸 39
3.2 典型双沟道线阵CCD器件 40
3.3 具有积分时间调整功能的线阵CCD 44
3.3.1 TCD1205D 44
3.3.2 IL-P1型线阵CCD 47
3.4 具有采样保持输出电路的线阵CCD 50
3.5 并行输出的线阵CCD 52
3.5.1 并行输出的TCD1703C 52
3.5.2 分段式并行输出的线阵CCD 54
3.6 用于光谱探测的高性能线阵CCD 57
3.6.1 RL1024SB 57
3.6.2 RL2048DKQ 60
3.6.3 TCD1208AP 62
3.7 彩色线阵CCD 62
3.7.1 TCD2000P 63
3.7.2 TCD2558D 64
3.7.3 TCD2901D 66
3.8 环形线阵CCD 68
3.9 本章小结 71
思考题与习题3 72
第4章 典型面阵CCD 74
4.1 DL32型面阵CCD 74
4.1.1 结构 74
4.1.2 工作原理 75
4.1.3 DL32型CCD的光电特性 76
4.2 TCD5130AC面阵CCD 77
4.3 TCD5390AD面阵CCD 81
4.4 IA-D4型面阵CCD 84
4.4.1 IA-D4的结构 84
4.4.2 工作原理 85
4.4.3 IA-D4的基本特性 87
4.5 特种面阵CCD 88
4.5.1 IA-D9-2048型面阵CCD 88
4.5.2 IA-D9-5000型面阵CCD 91
4.5.3 2620万像元面阵CCD 91
4.6 面阵CCD摄像器件的特性 92
4.7 面阵CCD的电荷累积时间与电子快门 96
4.8 MTV-2821摄像机 97
4.8.1 工作原理 97
4.8.2 MTV-2821CB特性参数 98
4.8.3 MTV-2821CB的主要功能及其设置 100
4.8.4 帧累积功能 101
4.9 本章小结 104
思考题与习题4 105
第5章 CCD彩色摄像机概述 107
5.1 三管CCD彩色电视摄像机 107
5.1.1 三管CCD彩色电视摄像机的基本组成 107
5.1.2 光学系统和CCD摄像机中的重合调整 108
5.1.3 频谱混叠干扰在R，G，B信号之间相互抵消 109
5.2 两管式CCD彩色电视摄像机 110
5.3 单管CCD彩色摄像机 111
5.4 典型单片彩色CCD 114
5.4.1 Bayer滤色器单片彩色CCD 114
5.4.2 复合滤色器（或补色滤光片）型的彩色CCD 115
5.5 彩色数码照相机简介 118
5.6 本章小结 120
思考题与习题5 120
第6章 CMOS图像传感器 121
6.1 MOS场效应管 121
6.1.1 MOS场效应管的基本结构 121
6.1.2 场效应管的主要性能参数 122
6.2 CMOS成像器件的原理结构 125
6.2.1 CMOS成像器件的组成 125
6.2.2 CMOS成像器件的像元结构 126
6.2.3 CMOS图像传感器的工作流程 129
6.2.4 CMOS成像器件的辅助电路 130
6.3 CMOS图像传感器的性能指标 134
6.3.1 光谱响应与量子效率 134
6.3.2 填充因子 134
6.3.3 输出特性与动态范围 136
6.3.4 噪声 136
6.3.5 空间传递函数 137
6.3.6 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较 138
6.4 典型CMOS图像传感器 138
6.4.1 IBIS4 SXGA型CMOS成像器件 138
6.4.2 FUGA1000图像传感器 142
6.4.3 高速CMOS图像传感器 144
6.5 CMOS摄像机 146
6.5.1 IM26-SA型CMOS摄像机 146
6.5.2 MC1300高速CMOS摄像机 149
6.6 本章小结 150
思考题与习题6 151
第7章 视频信号处理与计算机数据采集 152
7.1 CCD视频信号的二值化处理 152
7.1.1 二值化处理方法 152
7.1.2 二值化数据采集与计算机接口 154
7.2 CCD视频信号的量化处理 156
7.3 线阵CCD输出信号的数据采集与计算机接口 158
7.4 面阵CCD数据采集与计算机接口 169
7.4.1 图像采集卡的基本工作原理 169
7.4.2 图像卡的基本结构 170
7.4.3 典型图像数据采集卡 173
7.5 本章小结 181
思考题与习题7 182
第8章 图像传感器的光学成像系统 184
8.1 光学成像系统的基本计算公式 184
8.1.1 理想光学系统的基本参数 184
8.1.2 理想光学系统的物像位置公式 185
8.1.3 理想光学系统的放大率 186
8.2 光学元件的成像特性 187
8.2.1 球面光学元件的成像特性 188
8.2.2 平面光学元件的成像特性 189
8.3 光学成像系统中的光阑 194
8.3.1 光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 195
8.3.2 光学系统的视场光阑、入射窗和出射窗 195
8.3.3 渐晕光阑 196
8.3.4 消杂光光阑 197
8.4 常用光电图像转换系统的成像特性 197
8.4.1 摄影系统及其物镜的光学成像特性 197
8.4.2 显微系统及其物镜的光学成像特性 199
8.4.3 望远系统及其物镜的光学成像特性 200
8.5 照明系统 202
8.5.1 照明系统设计的基本原则 202
8.5.2 临界照明和柯勒照明 202
8.5.3 图像传感器应用系统中光源和照度的匹配 203
8.6 远心光路在动态测试中的应用 205
8.7 面阵CCD摄像机光学镜头的类型及其参数 206
8.8 线阵CCD常用的物镜 210
8.9 本章小结 212
思考题与习题8 212
第9章 特种图像传感器 215
9.1 微光图像传感器 215
9.1.1 微光图像传感器的发展概况 215
9.1.2 微光电视摄像系统 217
9.1.3 微光电视摄像系统观察距离的估算 219
9.1.4 微光CCD摄像器件 220
9.2 红外CCD图像传感器 229
9.2.1 主动红外电视摄像系统 229
9.2.2 被动红外电视摄像系统 230
9.3 X光CCD图像传感器 233
9.3.1 X光像增强器 233
9.3.2 医用X光电视摄像系统 235
9.3.3 工业用X光光电检测系统 236
9.4 热成像技术 237
9.4.1 点扫描式热释电热像仪 237
9.4.2 热释电摄像管的基本结构 238
9.4.3 典型热像仪 238
9.5 本章小结 240
思考题与习题9 241
第10章 图像传感器的典型应用实例 242
10.1 图像传感器用于一维尺寸的测量 242
10.1.1 玻璃管内、外径尺寸测量控制仪器的技术要求 242
10.1.2 仪器的工作原理 242
10.1.3 线阵CCD的选择 243
10.1.4 光学系统设计 243
10.1.5 外径、壁厚的检测电路 246
10.1.6 微机数据采集接口 248
10.1.7 系统的长线传输 248
10.2 CCD的拼接技术在尺寸测量系统中的应用 248
10.2.1 CCD的机械拼接技术在尺寸测量中的应用 248
10.2.2 线阵CCD的光学拼接 250
10.3 线阵CCD图像传感器用于二维位置的测量 252
10.3.1 高精度二维位置测量系统 252
10.3.2 光学系统误差分析 254
10.4 CCD在BGA管脚三维尺寸测量中的应用 254
10.4.1 测量原理 255
10.4.2 数学模型 255
10.4.3 系统的标定 256
10.4.4 BGA芯片测量实验 257
10.5 CCD图像传感器用于平板位置的检测 258
10.5.1 平板位置检测的基本原理 258
10.5.2 平板位置检测系统 258
10.5.3 测量范围与测量精度 259
10.6 利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法 260
10.6.1 材料拉伸变形量的测量原理 260
10.6.2 测量范围与测量精度 262
10.6.3 现场测试结果 262
10.6.4 讨论 263
10.7 CCD图像传感器用于物体振动的非接触测量 263
10.7.1 振动测量原理 263
10.7.2 振动测量的硬件电路 264
10.7.3 软件设计 264
10.7.4 振动台测试实验结果 265
10.8 图像传感器用于高精度细丝直径的测量 265
10.8.1 细丝激光衍射原理 266
10.8.2 检测系统 266
10.8.3 数据处理系统 267
10.8.4 测量系统的误差分析 267
10.8.5 讨论 268
10.9 图像传感器用于透镜曲率半径的自动测量 268
10.9.1 测量原理和系统构成 268
10.9.2 测量系统的硬件与软件 270
10.9.3 系统测量误差 271
10.10 图像传感器用于成像物镜光学传递函数的测量 271
10.10.1 光学传递函数检测原理 272
10.10.2 光学传递函数检测系统 273
10.11 CCD用于ICP-AES光谱探测与分析 275
10.11.1 ICP-AES光谱探测器的基本原理 275
10.11.2 实验结果分析及结论 277
10.12 CCD图像传感器用于光学系统像差测量 278
10.12.1 像差测量原理 279
10.12.2 哈特曼光电测量系统 280
10.12.3 实验测量系统 281
10.12.4 米字形光斑坐标的测量 281
10.13 线阵CCD图像传感器在扫描复印技术中的应用 281
10.13.1 CCD图像传感器用于彩色复印机 281
10.13.2 接触式图像传感器（CIS） 282
10.14 面阵CCD用于钢板尺寸的测量 283
10.14.1 测量原理与系统组成 283
10.14.2 测量系统误差分析 285
10.14.3 结论 285
10.15 CCD天文图像观测系统 286
10.15.1 云台一号CCD系统 286
10.15.2 北京天文台的CCD太阳磁场图像采集系统 287
10.16 图像传感器用于光电显微分析仪 287
10.16.1 光电显微镜的基本构成 288
10.16.2 光电显微分析仪的基本工作原理 288
10.16.3 光电显微分析仪的设计 289
10.16.4 结论 290
10.17 图像传感器在内窥镜摄像系统中的应用 290
10.17.1 工业内窥镜电视摄像系统 290
10.17.2 医用电子内窥镜摄像系统 292
10.17.3 侦察内窥镜摄像系统 292
10.18 图像传感器用于数码照相机 292
10.18.1 数码照相机的结构与工作原理 293
10.18.2 典型数码照相机简介 296
10.19 本章小结 298
思考题与习题10 299
参考文献 301