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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122

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242

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353

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472

第5章 典型线阵CCD图像传感器73

5.1 典型单沟道线阵CCD73

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CCD82

5.3.1 TCD1205D82

5.3.2 IL-P1型线阵CCD85

5.4 具有采样保持输出电路的线阵CCD88

5.5 并行输出的线阵CCD90

5.5.1 并行输出的TCD1703C91

5.5.2 分段式并行输出的线阵CCD92

5.6 用于光谱探测的高性能线阵CCD95

5.6.1 RL1024SB95

5.6.2 RL2048DKQ98

5.6.3 TCD1208AP100

5.7 彩色线阵CCD100

5.7.1 TCD2000P101

5.7.2 TCD2558D102

5.7.3 TCD2901D104

5.8 环形线阵CCD106

思考题与习题5109

第6章 典型面阵CCD111

6.1 DL32型面阵CCD111

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CCD114

6.3 TCD5390AD面阵CCD118

6.4 IA-D4型面阵CCD121

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CCD125

6.5.1 IA-D9-2048型面阵CCD125

6.5.2 IA-D9-5000型面阵CCD128

6.5.3 2620万像素面阵CCD128

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6142

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CCD150

7.4.1 Bayer滤色器单片彩色CCD150

7.4.2 复合滤色器（或补色滤光片）型的彩色CCD151

7.5 彩色数码照相机简介154

思考题与习题7156

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8187

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9217

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10244

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11271

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12327

参考文献329