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绪论1

第1章 图像解析与显示4

1.1 图像解析原理4

1.1.1 图像的解析方法4

1.1.2 图像传感器基本技术参数7

1.2 图像的显示与电视制式8

1.2.1 电视监视器的扫描8

1.2.2 电视制式9

1.3 图像显示器的分类10

1.4 典型图像显示器11

1.4.1 TFT-LCD图像显示器简介11

1.4.2 TFT-LED图像显示器简介13

1.4.3 LED图像显示器13

1.5 本章小结14

思考题与习题115

第2章 电荷耦合摄像器件的基本工作原理16

2.1 电荷存储16

2.2 电荷耦合17

2.3 CCD的电极结构18

2.4 电荷的注入和检测21

2.5 CCD的特性参数24

2.6 电荷耦合摄像器件25

2.6.1 工作原理25

2.6.2 CCD的基本特性参数29

2.6.3 动态范围30

2.6.4 暗电流31

2.6.5 分辨率32

2.7 本章小结32

思考题与习题233

第3章 典型线阵CCD图像传感器35

3.1 典型单沟道线阵CCD35

3.1.1 TCD1209D的基本结构35

3.1.2 TCD1209D的基本工作原理36

3.1.3 TCD1209D的特性参数37

3.1.4 TCD1209D的驱动电路38

3.1.5 TCD1209D的外形尺寸39

3.2 典型双沟道线阵CCD器件40

3.3 具有积分时间调整功能的线阵CCD44

3.3.1 TCD1205D44

3.3.2 IL-P1型线阵CCD47

3.4 具有采样保持输出电路的线阵CCD50

3.5 并行输出的线阵CCD52

3.5.1 并行输出的TCD1703C52

3.5.2 分段式并行输出的线阵CCD54

3.6 用于光谱探测的高性能线阵CCD57

3.6.1 RL1024SB57

3.6.2 RL2048DKQ60

3.6.3 TCD1208AP62

3.7 彩色线阵CCD62

3.7.1 TCD2000P63

3.7.2 TCD2558D64

3.7.3 TCD2901D66

3.8 环形线阵CCD68

3.9 本章小结71

思考题与习题372

第4章 典型面阵CCD74

4.1 DL32型面阵CCD74

4.1.1 结构74

4.1.2 工作原理75

4.1.3 DL32型CCD的光电特性76

4.2 TCD5130AC面阵CCD77

4.3 TCD5390AD面阵CCD81

4.4 IA-D4型面阵CCD84

4.4.1 IA-D4的结构84

4.4.2 工作原理85

4.4.3 IA-D4的基本特性87

4.5 特种面阵CCD88

4.5.1 IA-D9-2048型面阵CCD88

4.5.2 IA-D9-5000型面阵CCD91

4.5.3 2620万像元面阵CCD91

4.6 面阵CCD摄像器件的特性92

4.7 面阵CCD的电荷累积时间与电子快门96

4.8 MTV-2821摄像机97

4.8.1 工作原理97

4.8.2 MTV-2821CB特性参数98

4.8.3 MTV-2821CB的主要功能及其设置100

4.8.4 帧累积功能101

4.9 本章小结104

思考题与习题4105

第5章 CCD彩色摄像机概述107

5.1 三管CCD彩色电视摄像机107

5.1.1 三管CCD彩色电视摄像机的基本组成107

5.1.2 光学系统和CCD摄像机中的重合调整108

5.1.3 频谱混叠干扰在R，G，B信号之间相互抵消109

5.2 两管式CCD彩色电视摄像机110

5.3 单管CCD彩色摄像机111

5.4 典型单片彩色CCD114

5.4.1 Bayer滤色器单片彩色CCD114

5.4.2 复合滤色器（或补色滤光片）型的彩色CCD115

5.5 彩色数码照相机简介118

5.6 本章小结120

思考题与习题5120

第6章 CMOS图像传感器121

6.1 MOS场效应管121

6.1.1 MOS场效应管的基本结构121

6.1.2 场效应管的主要性能参数122

6.2 CMOS成像器件的原理结构125

6.2.1 CMOS成像器件的组成125

6.2.2 CMOS成像器件的像元结构126

6.2.3 CMOS图像传感器的工作流程129

6.2.4 CMOS成像器件的辅助电路130

6.3 CMOS图像传感器的性能指标134

6.3.1 光谱响应与量子效率134

6.3.2 填充因子134

6.3.3 输出特性与动态范围136

6.3.4 噪声136

6.3.5 空间传递函数137

6.3.6 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较138

6.4 典型CMOS图像传感器138

6.4.1 IBIS4 SXGA型CMOS成像器件138

6.4.2 FUGA1000图像传感器142

6.4.3 高速CMOS图像传感器144

6.5 CMOS摄像机146

6.5.1 IM26-SA型CMOS摄像机146

6.5.2 MC1300高速CMOS摄像机149

6.6 本章小结150

思考题与习题6151

第7章 视频信号处理与计算机数据采集152

7.1 CCD视频信号的二值化处理152

7.1.1 二值化处理方法152

7.1.2 二值化数据采集与计算机接口154

7.2 CCD视频信号的量化处理156

7.3 线阵CCD输出信号的数据采集与计算机接口158

7.4 面阵CCD数据采集与计算机接口169

7.4.1 图像采集卡的基本工作原理169

7.4.2 图像卡的基本结构170

7.4.3 典型图像数据采集卡173

7.5 本章小结181

思考题与习题7182

第8章 图像传感器的光学成像系统184

8.1 光学成像系统的基本计算公式184

8.1.1 理想光学系统的基本参数184

8.1.2 理想光学系统的物像位置公式185

8.1.3 理想光学系统的放大率186

8.2 光学元件的成像特性187

8.2.1 球面光学元件的成像特性188

8.2.2 平面光学元件的成像特性189

8.3 光学成像系统中的光阑194

8.3.1 光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳195

8.3.2 光学系统的视场光阑、入射窗和出射窗195

8.3.3 渐晕光阑196

8.3.4 消杂光光阑197

8.4 常用光电图像转换系统的成像特性197

8.4.1 摄影系统及其物镜的光学成像特性197

8.4.2 显微系统及其物镜的光学成像特性199

8.4.3 望远系统及其物镜的光学成像特性200

8.5 照明系统202

8.5.1 照明系统设计的基本原则202

8.5.2 临界照明和柯勒照明202

8.5.3 图像传感器应用系统中光源和照度的匹配203

8.6 远心光路在动态测试中的应用205

8.7 面阵CCD摄像机光学镜头的类型及其参数206

8.8 线阵CCD常用的物镜210

8.9 本章小结212

思考题与习题8212

第9章 特种图像传感器215

9.1 微光图像传感器215

9.1.1 微光图像传感器的发展概况215

9.1.2 微光电视摄像系统217

9.1.3 微光电视摄像系统观察距离的估算219

9.1.4 微光CCD摄像器件220

9.2 红外CCD图像传感器229

9.2.1 主动红外电视摄像系统229

9.2.2 被动红外电视摄像系统230

9.3 X光CCD图像传感器233

9.3.1 X光像增强器233

9.3.2 医用X光电视摄像系统235

9.3.3 工业用X光光电检测系统236

9.4 热成像技术237

9.4.1 点扫描式热释电热像仪237

9.4.2 热释电摄像管的基本结构238

9.4.3 典型热像仪238

9.5 本章小结240

思考题与习题9241

第10章 图像传感器的典型应用实例242

10.1 图像传感器用于一维尺寸的测量242

10.1.1 玻璃管内、外径尺寸测量控制仪器的技术要求242

10.1.2 仪器的工作原理242

10.1.3 线阵CCD的选择243

10.1.4 光学系统设计243

10.1.5 外径、壁厚的检测电路246

10.1.6 微机数据采集接口248

10.1.7 系统的长线传输248

10.2 CCD的拼接技术在尺寸测量系统中的应用248

10.2.1 CCD的机械拼接技术在尺寸测量中的应用248

10.2.2 线阵CCD的光学拼接250

10.3 线阵CCD图像传感器用于二维位置的测量252

10.3.1 高精度二维位置测量系统252

10.3.2 光学系统误差分析254

10.4 CCD在BGA管脚三维尺寸测量中的应用254

10.4.1 测量原理255

10.4.2 数学模型255

10.4.3 系统的标定256

10.4.4 BGA芯片测量实验257

10.5 CCD图像传感器用于平板位置的检测258

10.5.1 平板位置检测的基本原理258

10.5.2 平板位置检测系统258

10.5.3 测量范围与测量精度259

10.6 利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法260

10.6.1 材料拉伸变形量的测量原理260

10.6.2 测量范围与测量精度262

10.6.3 现场测试结果262

10.6.4 讨论263

10.7 CCD图像传感器用于物体振动的非接触测量263

10.7.1 振动测量原理263

10.7.2 振动测量的硬件电路264

10.7.3 软件设计264

10.7.4 振动台测试实验结果265

10.8 图像传感器用于高精度细丝直径的测量265

10.8.1 细丝激光衍射原理266

10.8.2 检测系统266

10.8.3 数据处理系统267

10.8.4 测量系统的误差分析267

10.8.5 讨论268

10.9 图像传感器用于透镜曲率半径的自动测量268

10.9.1 测量原理和系统构成268

10.9.2 测量系统的硬件与软件270

10.9.3 系统测量误差271

10.10 图像传感器用于成像物镜光学传递函数的测量271

10.10.1 光学传递函数检测原理272

10.10.2 光学传递函数检测系统273

10.11 CCD用于ICP-AES光谱探测与分析275

10.11.1 ICP-AES光谱探测器的基本原理275

10.11.2 实验结果分析及结论277

10.12 CCD图像传感器用于光学系统像差测量278

10.12.1 像差测量原理279

10.12.2 哈特曼光电测量系统280

10.12.3 实验测量系统281

10.12.4 米字形光斑坐标的测量281

10.13 线阵CCD图像传感器在扫描复印技术中的应用281

10.13.1 CCD图像传感器用于彩色复印机281

10.13.2 接触式图像传感器（CIS）282

10.14 面阵CCD用于钢板尺寸的测量283

10.14.1 测量原理与系统组成283

10.14.2 测量系统误差分析285

10.14.3 结论285

10.15 CCD天文图像观测系统286

10.15.1 云台一号CCD系统286

10.15.2 北京天文台的CCD太阳磁场图像采集系统287

10.16 图像传感器用于光电显微分析仪287

10.16.1 光电显微镜的基本构成288

10.16.2 光电显微分析仪的基本工作原理288

10.16.3 光电显微分析仪的设计289

10.16.4 结论290

10.17 图像传感器在内窥镜摄像系统中的应用290

10.17.1 工业内窥镜电视摄像系统290

10.17.2 医用电子内窥镜摄像系统292

10.17.3 侦察内窥镜摄像系统292

10.18 图像传感器用于数码照相机292

10.18.1 数码照相机的结构与工作原理293

10.18.2 典型数码照相机简介296

10.19 本章小结298

思考题与习题10299

参考文献301