本書為工業(yè)和信息化部“十二五”規(guī)劃教材。本書詳細介紹了光電成像的主要原理、技術和典型應用，內容包括緒論、直視型光電成像器件與系統(tǒng)、電視制式與掃描成像技術、固體成像器件與系統(tǒng)、紅外熱成像器件與系統(tǒng)、光電成像過程影響因素與作用距離預測。本書可作為高等學校光電信息工程等專業(yè)的教材，以及有關專業(yè)領域科技人員的參考書。

曹峰梅，北京理工大學教學名師，北京高校優(yōu)秀專業(yè)課主講教師，首都教育先鋒教學創(chuàng)新先進個人。全國工程教育專業(yè)認證專家，全國高校光學教學研究會歷史，中國光學學會光學教育專委會委員，光電技術專委會委員，全國大學生光電設計競賽委員會常委、副秘書長，《工業(yè)和信息化教育》編委。

第1章 緒論 （1）
1.1 關于光電成像技術 （1）
1.1.1 光電成像技術對人眼視見光譜域的拓展 （2）
1.1.2 光電成像技術的應用領域 （2）
1.2 人眼的視覺特性與模型 （3）
1.2.1 人眼的構造 （3）
1.2.2 人眼的視覺特性 （4）
1.3 光電成像器件的分類 （9）
1.3.1 直視型光電成像器件 （9）
1.3.2 電視型光電成像器件 （9）
1.4 光電成像的特性 （9）
1.4.1 光電成像的轉換特性 （9）
1.4.2 光電成像的時間特性 （11）
1.4.3 光電成像的噪聲特性 （12）
1.4.4 光電成像的圖像分辨特性 （14）
1.5 基于人眼信噪比的圖像探測理論與圖像探測方程 （16）
1.5.1 圖像及圖像探測靈敏閾 （16）
1.5.2 圖像的信噪比 （17）
1.5.3 光電成像系統(tǒng)的圖像探測方程 （18）
習題與思考題 （21）
第2章 直視型光電成像器件 （22）
2.1 像管成像的物理過程 （22）
2.1.1 輻射圖像的光電轉換 （22）
2.1.2 光電子圖像的能量增強 （23）
2.1.3 光電子圖像的發(fā)光顯示 （23）
2.2 像管的結構類型與性能參數(shù) （24）
2.2.1 像管的結構類型、發(fā)展與制造 （24）
2.2.2 像管的性能參數(shù) （28）
2.3 輻射圖像的光電轉換 （33）
2.3.1 光電發(fā)射的基本理論 （33）
2.3.2 典型實用光陰極及其發(fā)展歷程 （35）
2.3.3 光電發(fā)射的極限電流密度與光陰極面電子渡躍過程 （41）
2.4 電子圖像的成像理論 （42）
2.4.1 電子光學基礎 （42）
2.4.2 旋轉對稱靜電場的場方程 （43）
2.4.3 靜電場中帶電粒子的運動 （44）
2.4.4 旋轉對稱電子光學系統(tǒng)的成像 （47）
2.4.5 靜電場電子光學系統(tǒng)的折射率與典型電子透鏡 （48）
2.5 電子圖像的發(fā)光顯示 （51）
2.5.1 熒光屏的結構與發(fā)光理論基礎 （52）
2.5.2 典型熒光屏發(fā)光特性 （53）
2.6 光學圖像的傳像與電子圖像的倍增 （54）
2.6.1 光學纖維面板 （54）
2.6.2 微通道板 （55）
2.7 像管的小型化直流高壓電源 （61）
2.7.1 直流高壓電源工作原理 （61）
2.7.2 直流選通高壓電源 （62）
2.7.3 自動快門電路 （63）
習題與思考題 （63）
第3章 直視型光電成像系統(tǒng) （65）
3.1 直視微光成像系統(tǒng)的分類與構成 （65）
3.1.1 主動微光夜視系統(tǒng) （65）
3.1.2 被動微光夜視系統(tǒng) （66）
3.2 直視微光成像系統(tǒng)的主要部件 （67）
3.2.1 主動微光成像系統(tǒng)的輔助照明系統(tǒng) （67）
3.2.2 直視微光夜視系統(tǒng)的光學系統(tǒng) （68）
3.3 直視微光成像系統(tǒng)的性能分析 （72）
3.3.1 各組成部件性能對直視微光成像系統(tǒng)性能的影響 （72）
3.3.2 直視微光成像系統(tǒng)總體設計中像管與光學參數(shù)的選擇 （75）
3.4 距離選通成像技術及其應用 （78）
3.4.1 傳輸介質的后向散射與選通原理 （78）
3.4.2 距離選通成像系統(tǒng)構成與工作原理 （78）
習題與思考題 （79）
第4章 電視制式與掃描成像技術 （81）
4.1 電視制式與圖像傳送原理 （81）
4.1.1 電視圖像的解析與合成 （81）
4.1.2 全電視信號（以CCIR制式為例） （83）
4.1.3 彩色全電視信號 （85）
4.2 電子束掃描成像技術—攝像管 （87）
4.2.1 光電導型攝像管的結構和工作原理 （87）
4.2.2 光電發(fā)射型攝像管的結構和工作原理 （90）
4.2.3 攝像管的性能參數(shù) （91）
4.2.4 熱釋電攝像管 （94）
4.3 光機掃描成像技術 （97）
4.3.1 光機掃描成像原理及系統(tǒng)基本參數(shù) （98）
4.3.2 光機掃描系統(tǒng)的分類和常用方案 （99）
4.3.3 多元探測器的光機掃描成像方式 （104）
4.3.4 微掃描技術 （106）
4.4 三維成像中的掃描成像技術 （109）
4.4.1 三維成像激光雷達的基本原理和分類 （109）
4.4.2 三維成像激光雷達中的掃描成像技術 （110）
4.4.3 成像光譜系統(tǒng)中的掃描成像技術 （111）
習題與思考題 （114）
第5章 固體成像器件 （116）
5.1 CCD的結構與工作原理 （116）
5.1.1 穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器 （116）
5.1.2 非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器—MOS電容器的電荷存儲原理 （118）
5.1.3 CCD的電荷耦合與傳輸原理 （119）
5.1.4 CCD的結構 （121）
5.1.5 CCD的物理性能 （125）
5.2 CCD成像原理 （129）
5.2.1 線陣CCD成像原理 （129）
5.2.2 面陣CCD成像原理 （131）
5.2.3 TDI-CCD的成像模式 （133）
5.2.4 面陣彩色成像CCD （135）
5.3 CMOS成像器件 （136）
5.3.1 CMOS圖像傳感器工作原理 （136）
5.3.2 CMOS圖像傳感器的像素結構 （137）
5.3.3 背照明CMOS成像器件 （140）
5.3.4 CMOS的讀出模式 （142）
5.4 特殊CCD/CMOS成像器件 （144）
5.4.1 增強型成像器件ICCD/ICMOS （144）
5.4.2 電子轟擊型成像器件EBCCD/EBCMOS （145）
5.4.3 電子倍增CCD （146）
5.4.4 各類新型成像器件 （147）
5.5 固體成像器件的性能 （150）
5.6 圖像傳感器性能提升技術 （154）
5.6.1 靈敏度 （154）
5.6.2 動態(tài)范圍 （156）
5.6.3 空間分辨率 （158）
5.6.4 時間分辨率 （159）
5.6.5 顏色和波長 （162）
習題與思考題 （163）
第6章 固體成像系統(tǒng) （164）
6.1 成像系統(tǒng)的構成與基本性能 （164）
6.1.1 成像系統(tǒng)的構成與分類 （164）
6.1.2 成像系統(tǒng)的性能參數(shù) （166）
6.2 成像系統(tǒng)的主要組成部件 （169）
6.2.1 光學系統(tǒng) （169）
6.2.2 圖像傳感器 （171）
6.2.3 輸出接口 （173）
6.2.4 信號處理 （176）
6.3 成像系統(tǒng)的典型應用 （178）
6.3.1 數(shù)碼相機 （178）
6.3.2 手機攝像模組 （181）
6.3.3 立體成像系統(tǒng) （182）
6.3.4 視覺檢測系統(tǒng)應用 （186）
6.3.5 醫(yī)學成像系統(tǒng) （187）
6.4 新體制成像技術與系統(tǒng) （188）
6.4.1 復眼相機 （189）
6.4.2 偏振相機 （189）
6.4.3 光場相機 （190）
6.4.4 壓縮感知成像 （191）
6.4.5 非視域成像 （192）
習題與思考題 （193）
第7章 紅外熱成像器件 （194）
7.1 紅外探測器的工作機理與性能參數(shù) （194）
7.1.1 熱探測器 （194）
7.1.2 光電探測器 （195）
7.1.3 紅外探測器的工作條件 （214）
7.1.4 紅外探測器的性能參數(shù) （215）
7.2 紅外焦平面成像器件的成像原理 （218）
7.2.1 紅外焦平面成像器件的構成與分類 （218）
7.2.2 肖特基勢壘焦平面成像器件 （219）
7.2.3 倒裝互連成像技術 （221）
7.2.4 量子阱與量子點焦平面成像器件 （223）
7.3 非制冷紅外焦平面器件的成像原理 （228）
7.3.1 熱釋電焦平面成像器件 （229）
7.3.2 微測輻射熱計焦平面成像器件 （232）
7.3.3 其他熱電型非制冷焦平面成像器件 （235）
習題與思考題 （237）
第8章 紅外熱成像系統(tǒng) （238）
8.1 紅外熱成像系統(tǒng)的構成 （238）
8.2 紅外熱成像系統(tǒng)的光學系統(tǒng) （240）
8.2.1 紅外熱成像對光學系統(tǒng)的要求 （240）
8.2.2 典型紅外熱成像光學系統(tǒng)及其分析 （241）
8.3 紅外熱成像系統(tǒng)中的制冷技術與制冷器 （244）
8.3.1 相變制冷和杜瓦瓶 （244）
8.3.2 焦耳-湯姆孫(J-T)效應制冷和氣體節(jié)流式制冷器 （244）
8.3.3 氣體等熵膨脹制冷和斯特林循環(huán)制冷器 （245）
8.3.4 帕爾帖效應制冷和半導體制冷器 （246）
8.3.5 輻射熱交換制冷和輻射制冷器 （247）
8.4 紅外熱成像系統(tǒng)的性能參數(shù) （248）
8.4.1 噪聲等效溫差(NETD) （248）
8.4.2 最小可分辨溫差(MRTD) （248）
8.4.3 最小可探測溫差(MDTD) （249）
8.4.4 紅外熱成像系統(tǒng)的調制傳遞函數(shù)(MTF) （249）
8.5 紅外熱成像系統(tǒng)總體設計 （249）
8.5.1 紅外熱成像系統(tǒng)總體設計 （250）
8.5.2 紅外熱成像系統(tǒng)的信號處理 （251）
8.6 基于光學讀出的紅外熱成像技術 （254）
8.6.1 基于MEMS微懸臂梁的紅外熱成像技術 （254）
8.6.2 基于熱光閥的紅外熱成像技術 （255）
8.7 典型的目標背景特性與紅外熱成像系統(tǒng) （256）
8.7.1 典型目標及景物的輻射特性 （256）
8.7.2 典型制冷紅外熱成像系統(tǒng)—James-Webb空間望遠鏡的中波紅外成像儀 （262）
8.7.3 典型非制冷紅外熱成像系統(tǒng)—測溫用紅外熱像儀 （265）
習題與思考題 （265）
第9章 光電成像過程影響因素與作用距離預測 （266）
9.1 光電成像系統(tǒng)成像過程分析 （266）
9.2 輻射在大氣中的傳輸 （267）
9.2.1 大氣的構成 （267）
9.2.2 大氣消光與大氣窗口 （270）
9.2.3 大氣消光對光電成像系統(tǒng)性能的影響 （274）
9.3 目標探測與識別 （275）
9.3.1 目標探測識別的基本理論 （276）
9.3.2 約翰遜準則及其應用 （277）
9.4 微光成像系統(tǒng)作用距離預測模型與方法 （279）
9.4.1 微光成像系統(tǒng)作用距離模型 （279）
9.4.2 直視微光成像系統(tǒng)作用距離的預測 （280）
9.4.3 微光電視成像系統(tǒng)作用距離的預測 （282）
9.5 紅外熱成像系統(tǒng)作用距離預測模型與方法 （283）
9.5.1 紅外成像系統(tǒng)作用距離模型 （283）
9.5.2 紅外熱成像系統(tǒng)作用距離預測 （285）
9.5.3 紅外熱成像系統(tǒng)作用距離預測的修正 （285）
習題與思考題 （287）
參考文獻 （289）