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本书将从人眼对图像的认识原理出发，介绍为达成符合人眼视觉灰度点阵要求所需要的光电转换、信息存储、图像分解传输及图像复原显示四个环节，迄今为止人类研究达成的各类光电成像器件及实现这些光电成像器件的相关原理与技术，进而介绍利用这些光电成像器件与技术以及其他相关技术形成的各类光电成像系统和光电成像系统的性能评价分析方法等内容。

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ISBN：9787121278938

开本：16开

页数：448

字数：850

本书目录

目    录
 
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)

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前言

前    言
本书为工业和信息化部“十二五”规划教材，也是北京理工大学国家精品课程“光电成像原理与技术”的配套教材，是在作者编著的北京市高等教育精品教材《光电成像原理与技术》的基础上，依据光电信息科学与工程专业规定的教学内容范畴重新编写的。
本书以人类社会的光电成像需求为牵引，以人类社会发展光电成像技术的时间顺序为主线，以表现不同光电成像技术的器件为核心，以典型的光电成像系统分析和设计为应用，重新梳理了《光电成像原理与技术》一书的主要内容，进行了与时俱进的新技术、新原理和新器件等方面的补充完善。鉴于本书在重新编写过程中突出了用于实现光电成像的技术思想，故采用“光电成像技术与系统”为本书的书名。
光电成像技术是适应信息社会需求而迅速发展的高新技术，是光电技术发展的最高阶段，属于电子信息类光电信息科学与工程分支学科。本教材内容的选取力求全面反映当代光电成像领域的主要技术内涵和技术现状，教材内容的编排尽量考虑适应教学规律的要求。教材的总思路是为学生和有关读者提供一座了解光电成像的成像原理、技术范畴和系统应用的桥梁。
随着相关学科的进步和发展，光电成像技术领域也不断地涌现出新思想、新技术和新器件。因此，要在有限的篇幅内系统、深入、完整、全面地描述光电成像技术的进展是不现实的，本教材只能从便于读者学习的角度出发，通过教材引导读者学习有关光电成像技术的基本思想、基本理论、基础知识，讨论基于现有光电成像技术的典型光电成像器件结构、工作原理、性能指标，分析基于典型光电成像器件的光电成像系统实现途径、设计思想和设计要点等。
本书共10章。
第1章围绕人眼视觉的局限性，介绍了拓展人眼视觉的技术途径及发展应用现状。描述了人眼观察事物的基本要求和所受限制，分析了图像的实际物理构成和实现这些构成所必需的技术环节。同时，对比传统光学成像说明了光电成像的特性。
第2章以传统的电子束空间扫描成像技术为主线，介绍了电真空摄像器件的构成、工作原理、种类、特性及电子枪的相关知识。
第3章以基于电磁场的电子光学聚焦成像技术为主线，介绍了以像增强器、变像管为代表的像管的构成、工作原理、种类、特性及其他相关知识。
第4、5章以解决电子束空间扫描带来的问题而发展起来的电子驱动扫描成像技术为主线，分别介绍了以CCD、CMOS器件和红外焦平面探测器件为代表的各种器件的构成、工作原理、种类、特性及其他相关知识。这两章的内容为本书的重点，因为其基本涵盖了目前人们正在广泛使用的各种固体光电成像器件及其发展应用现状。
第6章以解决光电成像器件光敏元数量不足情况下实现光电成像的光机扫描技术为主线，介绍了光机扫描成像原理、各种光机扫描元件、各种扫描方式及其新的应用等。
第7章介绍了电视扫描、视频信号、全电视信号等的相关规定，电视摄像系统的构成、相关要求和部分典型电视成像系统，以及典型电视显示器的构造、工作原理和性能指标等。
第8、9章介绍了针对第3章的像管和第5章的红外探测器的微光夜视系统和红外热成像系统，分析了这些系统的特殊构成、特殊性能要求与评价、主要设计思想和设计原则，并给出了设计示例。
第10章对光电成像技术与系统应用过程中的相关影响因素进行了介绍和分析，讨论了评价光电成像系统作用距离性能的主要方法和作用距离预测示例。
本教材兼顾了从事光电成像技术专业研究的科技工作者的需要，内容涉猎广泛，并在相应章节中编入了国内外有关的技术资料和数据表，以供研究生和有关专业人员参考。
本教材的参考学时为64学时（内容可扩展至96学时）。为了使学生了解和掌握有关的理论知识，培养理论联系实际的能力，为今后从事本领域的研究工作奠定必要的基础并适应新技术的发展，本教材在编写过程中，尽力收集了一些新的科技成果，增补了一些最新器件和系统的内容。
本书凝结了北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室和光电成像与信息工程研究所全体教师多年的教学实践和科研积累，也充分吸收了国内外光电成像技术领域同行们的经验和工作成果，因此，本书也是以上所有相关科技工作者辛勤研究的共同结晶。
本书第1～7章由北京理工大学白廷柱教授编写，第8、9章由军械工程学院刘杰博士编写，第10章由军械工程学院武东生博士编写，全书由白廷柱统稿。
本书承蒙北京理工大学许廷发教授和装甲兵工程学院张智诠教授主审，在此谨向他们致以诚挚的谢意，并向本书参考文献的各位作者、译者表示衷心的感谢。
因时间所限，加之光电成像技术是综合广泛的高新技术学科，正处于迅速发展的进程中，因此，要编出一本全面、完整、成熟的教材乃是作者之力所不能及的。此外，限于作者的时间、学识与水平，书中缺欠、遗漏之处在所难免，对此，诚恳希望广大读者予以批评指正。

作  者      
（tzhbai@bit.edu.cn）

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