本书为工业和信息化部“十二五”规划教材。本书详细介绍了光电成像的主要原理、技术和典型应用，内容包括绪论、直视型光电成像器件与系统、电视制式与扫描成像技术、固体成像器件与系统、红外热成像器件与系统、光电成像过程影响因素与作用距离预测。本书可作为高等学校光电信息工程等专业的教材，以及有关专业领域科技人员的参考书。

曹峰梅，北京理工大学教学名师，北京高校优秀专业课主讲教师，首都教育先锋教学创新先进个人。全国工程教育专业认证专家，全国高校光学教学研究会历史，中国光学学会光学教育专委会委员，光电技术专委会委员，全国大学生光电设计竞赛委员会常委、副秘书长，《工业和信息化教育》编委。

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 （2）
1.2 人眼的视觉特性与模型 （3）
1.2.1 人眼的构造 （3）
1.2.2 人眼的视觉特性 （4）
1.3 光电成像器件的分类 （9）
1.3.1 直视型光电成像器件 （9）
1.3.2 电视型光电成像器件 （9）
1.4 光电成像的特性 （9）
1.4.1 光电成像的转换特性 （9）
1.4.2 光电成像的时间特性 （11）
1.4.3 光电成像的噪声特性 （12）
1.4.4 光电成像的图像分辨特性 （14）
1.5 基于人眼信噪比的图像探测理论与图像探测方程 （16）
1.5.1 图像及图像探测灵敏阈 （16）
1.5.2 图像的信噪比 （17）
1.5.3 光电成像系统的图像探测方程 （18）
习题与思考题 （21）
第2章 直视型光电成像器件 （22）
2.1 像管成像的物理过程 （22）
2.1.1 辐射图像的光电转换 （22）
2.1.2 光电子图像的能量增强 （23）
2.1.3 光电子图像的发光显示 （23）
2.2 像管的结构类型与性能参数 （24）
2.2.1 像管的结构类型、发展与制造 （24）
2.2.2 像管的性能参数 （28）
2.3 辐射图像的光电转换 （33）
2.3.1 光电发射的基本理论 （33）
2.3.2 典型实用光阴极及其发展历程 （35）
2.3.3 光电发射的极限电流密度与光阴极面电子渡跃过程 （41）
2.4 电子图像的成像理论 （42）
2.4.1 电子光学基础 （42）
2.4.2 旋转对称静电场的场方程 （43）
2.4.3 静电场中带电粒子的运动 （44）
2.4.4 旋转对称电子光学系统的成像 （47）
2.4.5 静电场电子光学系统的折射率与典型电子透镜 （48）
2.5 电子图像的发光显示 （51）
2.5.1 荧光屏的结构与发光理论基础 （52）
2.5.2 典型荧光屏发光特性 （53）
2.6 光学图像的传像与电子图像的倍增 （54）
2.6.1 光学纤维面板 （54）
2.6.2 微通道板 （55）
2.7 像管的小型化直流高压电源 （61）
2.7.1 直流高压电源工作原理 （61）
2.7.2 直流选通高压电源 （62）
2.7.3 自动快门电路 （63）
习题与思考题 （63）
第3章 直视型光电成像系统 （65）
3.1 直视微光成像系统的分类与构成 （65）
3.1.1 主动微光夜视系统 （65）
3.1.2 被动微光夜视系统 （66）
3.2 直视微光成像系统的主要部件 （67）
3.2.1 主动微光成像系统的辅助照明系统 （67）
3.2.2 直视微光夜视系统的光学系统 （68）
3.3 直视微光成像系统的性能分析 （72）
3.3.1 各组成部件性能对直视微光成像系统性能的影响 （72）
3.3.2 直视微光成像系统总体设计中像管与光学参数的选择 （75）
3.4 距离选通成像技术及其应用 （78）
3.4.1 传输介质的后向散射与选通原理 （78）
3.4.2 距离选通成像系统构成与工作原理 （78）
习题与思考题 （79）
第4章 电视制式与扫描成像技术 （81）
4.1 电视制式与图像传送原理 （81）
4.1.1 电视图像的解析与合成 （81）
4.1.2 全电视信号（以CCIR制式为例） （83）
4.1.3 彩色全电视信号 （85）
4.2 电子束扫描成像技术—摄像管 （87）
4.2.1 光电导型摄像管的结构和工作原理 （87）
4.2.2 光电发射型摄像管的结构和工作原理 （90）
4.2.3 摄像管的性能参数 （91）
4.2.4 热释电摄像管 （94）
4.3 光机扫描成像技术 （97）
4.3.1 光机扫描成像原理及系统基本参数 （98）
4.3.2 光机扫描系统的分类和常用方案 （99）
4.3.3 多元探测器的光机扫描成像方式 （104）
4.3.4 微扫描技术 （106）
4.4 三维成像中的扫描成像技术 （109）
4.4.1 三维成像激光雷达的基本原理和分类 （109）
4.4.2 三维成像激光雷达中的扫描成像技术 （110）
4.4.3 成像光谱系统中的扫描成像技术 （111）
习题与思考题 （114）
第5章 固体成像器件 （116）
5.1 CCD的结构与工作原理 （116）
5.1.1 稳态下的MOS电容器 （116）
5.1.2 非稳态下的MOS电容器—MOS电容器的电荷存储原理 （118）
5.1.3 CCD的电荷耦合与传输原理 （119）
5.1.4 CCD的结构 （121）
5.1.5 CCD的物理性能 （125）
5.2 CCD成像原理 （129）
5.2.1 线阵CCD成像原理 （129）
5.2.2 面阵CCD成像原理 （131）
5.2.3 TDI-CCD的成像模式 （133）
5.2.4 面阵彩色成像CCD （135）
5.3 CMOS成像器件 （136）
5.3.1 CMOS图像传感器工作原理 （136）
5.3.2 CMOS图像传感器的像素结构 （137）
5.3.3 背照明CMOS成像器件 （140）
5.3.4 CMOS的读出模式 （142）
5.4 特殊CCD/CMOS成像器件 （144）
5.4.1 增强型成像器件ICCD/ICMOS （144）
5.4.2 电子轰击型成像器件EBCCD/EBCMOS （145）
5.4.3 电子倍增CCD （146）
5.4.4 各类新型成像器件 （147）
5.5 固体成像器件的性能 （150）
5.6 图像传感器性能提升技术 （154）
5.6.1 灵敏度 （154）
5.6.2 动态范围 （156）
5.6.3 空间分辨率 （158）
5.6.4 时间分辨率 （159）
5.6.5 颜色和波长 （162）
习题与思考题 （163）
第6章 固体成像系统 （164）
6.1 成像系统的构成与基本性能 （164）
6.1.1 成像系统的构成与分类 （164）
6.1.2 成像系统的性能参数 （166）
6.2 成像系统的主要组成部件 （169）
6.2.1 光学系统 （169）
6.2.2 图像传感器 （171）
6.2.3 输出接口 （173）
6.2.4 信号处理 （176）
6.3 成像系统的典型应用 （178）
6.3.1 数码相机 （178）
6.3.2 手机摄像模组 （181）
6.3.3 立体成像系统 （182）
6.3.4 视觉检测系统应用 （186）
6.3.5 医学成像系统 （187）
6.4 新体制成像技术与系统 （188）
6.4.1 复眼相机 （189）
6.4.2 偏振相机 （189）
6.4.3 光场相机 （190）
6.4.4 压缩感知成像 （191）
6.4.5 非视域成像 （192）
习题与思考题 （193）
第7章 红外热成像器件 （194）
7.1 红外探测器的工作机理与性能参数 （194）
7.1.1 热探测器 （194）
7.1.2 光电探测器 （195）
7.1.3 红外探测器的工作条件 （214）
7.1.4 红外探测器的性能参数 （215）
7.2 红外焦平面成像器件的成像原理 （218）
7.2.1 红外焦平面成像器件的构成与分类 （218）
7.2.2 肖特基势垒焦平面成像器件 （219）
7.2.3 倒装互连成像技术 （221）
7.2.4 量子阱与量子点焦平面成像器件 （223）
7.3 非制冷红外焦平面器件的成像原理 （228）
7.3.1 热释电焦平面成像器件 （229）
7.3.2 微测辐射热计焦平面成像器件 （232）
7.3.3 其他热电型非制冷焦平面成像器件 （235）
习题与思考题 （237）
第8章 红外热成像系统 （238）
8.1 红外热成像系统的构成 （238）
8.2 红外热成像系统的光学系统 （240）
8.2.1 红外热成像对光学系统的要求 （240）
8.2.2 典型红外热成像光学系统及其分析 （241）
8.3 红外热成像系统中的制冷技术与制冷器 （244）
8.3.1 相变制冷和杜瓦瓶 （244）
8.3.2 焦耳-汤姆孙(J-T)效应制冷和气体节流式制冷器 （244）
8.3.3 气体等熵膨胀制冷和斯特林循环制冷器 （245）
8.3.4 帕尔帖效应制冷和半导体制冷器 （246）
8.3.5 辐射热交换制冷和辐射制冷器 （247）
8.4 红外热成像系统的性能参数 （248）
8.4.1 噪声等效温差(NETD) （248）
8.4.2 最小可分辨温差(MRTD) （248）
8.4.3 最小可探测温差(MDTD) （249）
8.4.4 红外热成像系统的调制传递函数(MTF) （249）
8.5 红外热成像系统总体设计 （249）
8.5.1 红外热成像系统总体设计 （250）
8.5.2 红外热成像系统的信号处理 （251）
8.6 基于光学读出的红外热成像技术 （254）
8.6.1 基于MEMS微悬臂梁的红外热成像技术 （254）
8.6.2 基于热光阀的红外热成像技术 （255）
8.7 典型的目标背景特性与红外热成像系统 （256）
8.7.1 典型目标及景物的辐射特性 （256）
8.7.2 典型制冷红外热成像系统—James-Webb空间望远镜的中波红外成像仪 （262）
8.7.3 典型非制冷红外热成像系统—测温用红外热像仪 （265）
习题与思考题 （265）
第9章 光电成像过程影响因素与作用距离预测 （266）
9.1 光电成像系统成像过程分析 （266）
9.2 辐射在大气中的传输 （267）
9.2.1 大气的构成 （267）
9.2.2 大气消光与大气窗口 （270）
9.2.3 大气消光对光电成像系统性能的影响 （274）
9.3 目标探测与识别 （275）
9.3.1 目标探测识别的基本理论 （276）
9.3.2 约翰逊准则及其应用 （277）
9.4 微光成像系统作用距离预测模型与方法 （279）
9.4.1 微光成像系统作用距离模型 （279）
9.4.2 直视微光成像系统作用距离的预测 （280）
9.4.3 微光电视成像系统作用距离的预测 （282）
9.5 红外热成像系统作用距离预测模型与方法 （283）
9.5.1 红外成像系统作用距离模型 （283）
9.5.2 红外热成像系统作用距离预测 （285）
9.5.3 红外热成像系统作用距离预测的修正 （285）
习题与思考题 （287）
参考文献 （289）