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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CCD172

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-CCD199

5.3.3 混合式IR-CCD205

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 CRT320

7.6.2 LCD320

7.6.3 PDP321

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