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第一章　绪论1

1.1　光电子成像技术的意义和作用1

1.1.1　神奇的人眼视觉及其局限性1

1.1.2 光电子成像系统的物理功能及技术特点1

1.1.3 光电子成像系统构成、工作原理及工作模式2

1.1.4　光电子成像器件和显示器件一般原理3

1.2　光电子成像技术基本科学问题探讨4

1.2.1 “成像”一词的来源4

1.2.2　现代光电子成像技术的数理含义5

1.2.3　现代光电子成像技术基本科学问题诠释7

1.3　本书的编著思路和技术特点10

第二章　辐射源、目标及大气特性12

2.1 引言12

2.2　辐射源电磁波谱12

2.3　辐射源特性及其度量13

2.3.1　辐射源特性13

2.3.2　辐射度量14

2.4　辐射源分类15

2.5　绝对黑体及其基本定律16

2.5.1　绝对黑体与灰体16

2.5.2　黑体辐射基本定律17

2.6　常见的辐射源18

2.7　激光器原理及其应用20

2.7.1　激光器工作原理20

2.7.2　激光器技术特点21

2.7.3　激光器在光电子成像技术中的应用22

2.8　辐射能在大气中的传播22

2.8.1　辐射能在大气中传播的一般规律23

2.8.2　水平能见度和消光指数24

2.9　典型目标的辐射和反射特性26

2.9.1　典型目标的辐射特性27

2.9.2　典型目标的反射特性27

2.9.3　水下光学吸收（透射）特性28

第三章 固体光电子成像器件29

3.1 引言29

3.2 固体光电子成像器件分类及性能30

3.2.1 固体光电子成像器件分类30

3.2.2 固体光电子成像器件性能参数32

3.3　红外探测成像器件33

3.3.1　概述33

3.3.2　红外成像器件原理结构35

3.4 CCD、CMOS成像器件系列44

3.4.1　概述44

3.4.2 CCD典型结构和工作原理45

3.4.3　CMOS成像器件典型结构和工作原理47

3.4.4 EMCCD典型结构和工作原理48

3.4.5 ICCD典型结构和工作原理49

3.4.6 EBCCD典型结构和工作原理49

3.5　短波辐射固体成像器件51

3.5.1　概述51

3.5.2 固体紫外（日盲）探测成像器件51

3.5.3 固体X线探测成像器件51

3.5.4 固体γ线探测成像器件53

3.5.5 EB—MAMA多阳极阵列探测成像器件54

第四章　真空光电子成像器件55

4.1 引言55

4.2　真空光电子成像器件技术发展动态56

4.3　真空光电子成像功能部件物理基础57

4.3.1 半导体外光电效应和光阴极57

4.3.2 光电倍增管和微通道板电子倍增原理59

4.3.3　光纤光学成像元件61

4.3.4 电致发光显示器件——荧光屏62

4.3.5 电子光学透镜成像原理63

4.4　真空光电子成像器件原理、功能和结构65

4.4.1 真空光电子成像器件工作原理65

4.4.2　真空光电子成像器件四大功能66

4.4.3 真空光电子成像器件典型结构66

4.5　真空光电子成像器件特性参数69

4.5.1 真空光电子成像器件特性参数分类69

4.5.2　真空光电子成像器件特性参数70

4.6　双近贴聚焦像像增强器（WII）极限性能估算72

4.6.1 WII极限灵敏度估算72

4.6.2 WII极限分辨率估算73

4.6.3 WII极限信噪比估算73

第五章　图像显示技术75

5.1　引言75

5.1.1 图像显示系统组成及功能75

5.1.2　显示器技术发展动态77

5.2　图像显示器特性参数和性能评价78

5.2.1 图像显示器特性参数78

5.2.2 图像显示器性能评价79

5.3　液晶显示技术81

5.3.1　液晶显示器基本工作原理81

5.3.2　微型液晶显示技术82

5.3.3 LCoS工作原理83

5.3.4 LCoS的优点84

5.4　液晶光阀投影显示技术86

5.4.1　液晶光阀86

5.4.2　光寻址方式液晶光阀用途87

5.4.3 大屏幕投影显示应用系统87

5.5　立体显示技术88

5.5.1 高现场感显示与空间成像型显示器88

5.5.2 空间成像型显示方式的分类与问题89

5.6　数字式微反射镜显示（DMD）技术90

5.6.1　数字式微反射镜器件90

5.6.2　DMD光开关原理91

5.6.3 DMD数字化光处理器（DLP）91

5.6.4　数字化光处理的技术特征92

5.6.5　数字化光处理系统92

5.7 阴极射线管（CRT）显示技术93

5.7.1 CRT显示原理93

5.7.2 CRT的典型结构与工作原理94

5.8　等离子体显示（PDP）技术94

5.8.1 彩色PDP结构及工作原理94

5.8.2 PDP显示器的应用和前景96

5.9　有机发光薄膜二极管显示（OLED）技术96

5.9.1 OLED结构及工作原理96

5.9.2 有机发光二极管（OLED）优点97

5.9.3 OLED应用及发展动态98

5.10　大屏幕显示技术99

5.10.1　球幕多光谱显示技术99

5.10.2　LED大屏幕显示技术99

第六章　光学成像系统和光学传递函数101

6.1 引言101

6.2　几何光学概述101

6.2.1　几何光学的有效性及其基本定律101

6.2.2　光学系统成像的几何光学理论103

6.2.3 理想光学系统及其物像关系103

6.2.4 平面镜棱镜系统的成像特点及其应用104

6.3　几何像差理论简介107

6.4　光学薄膜技术简介109

6.4.1 功能特点及应用背景109

6.4.2　光学系统用的特种薄膜110

6.5　几种典型光学系统112

6.5.1　微光夜视光学系统112

6.5.2　红外光学系统114

6.6　光学传递函数OTF118

6.6.1　概述118

6.6.2　光学传递函数原理118

6.6.3　光学传递函数的物理意义119

6.6.4　光学传递函数的计算120

6.7　光学成像技术的最新发展121

6.7.1　二元光学元件工作原理和制作方法122

6.7.2　热像仪折衍射混合物镜光学系统125

6.7.3　环境温度补偿折衍混合红外光学系统125

6.7.4　数字化、网络化设备中的微光学元器件126

第七章　光电子成像系统总体性能评价和分析128

7.1 引言128

7.2　人眼的视觉特性129

7.2.1　神奇的人眼视觉及其局限性129

7.2.2　人眼视觉三要素130

7.2.3　人眼视觉光谱灵敏度分布131

7.2.4 人眼视觉对比灵敏度与景物亮度的关系131

7.3　系统能量链评价方法133

7.3.1 系统能量传递链133

7.3.2 系统能量传递链评价法134

7.4 PEI系统MTF传递链评价方法136

7.4.1　理论基础137

7.4.2 MTF（分辨率）传递链中几个物理参数间的关系138

7.4.3 PEI系统MTF（分辨率）传递链评价法140

7.5　PEI系统信噪比传递链评价方法142

7.5.1　理论依据142

7.5.2 光子数噪声限制下PEI系统极限视觉探测方程143

7.5.3 PEI系统信噪比传递链评价法145

7.6　PEI系统信息链评价法147

7.7　一种估算PEI系统目标捕获性能的简便方法147

7.7.1 影响PEI系统目标捕获性能的主要参数148

7.7.2 PEI系统目标捕获性能简便算法149

7.8　稳像稳瞄条件下PEI系统评价法举例151

第八章　微光夜视技术155

8.1 引言155

8.2　微光夜视技术发展动态及趋势157

8.3　微光夜视光学系统158

8.3.1　微光物镜系统158

8.3.2　微光目镜和中继透镜159

8.3.3 夜视辅助照明光学系统160

8.4　像增强器用门控高压电源160

8.4.1　功能及要求160

8.4.2　像管门控电路框图和工作原理160

8.5　微光夜视系统总体设计和性能评价161

8.5.1　微光夜视系统常规参数的确定161

8.5.2 光子数受限条件下微光夜视系统的极限分辨能力163

8.5.3　微光夜视系统总体极限性能图解分析165

8.6　先进微光夜视技术点评167

8.6.1　四代微光夜视图像质量167

8.6.2 远距离激光微光选通成像技术167

8.6.3 先进门控电源在夜视仪昼夜兼容工作中的作用168

8.6.4　100°×40°宽视场微光夜视眼镜168

8.6.5　微光／红外图像融合夜视系统168

8.6.6　微光图像实时处理技术169

8.6.7　微光夜视头盔网络化技术170

第九章　红外热成像技术172

9.1 引言172

9.2　红外成像技术基本原理173

9.3　红外成像系统的特性参数174

9.3.1 红外光学机械系统性能参数174

9.3.2　红外探测器主要性能参数174

9.3.3　红外热像仪总体性能参数175

9.4　红外成像系统典型结构和技术特点177

9.4.1　光学机械扫描热像仪177

9.4.2　焦平面热像仪180

9.4.3 非制冷热象仪（UFPA）181

9.5　制导用红外成像系统典型结构和技术特点182

9.5.1　成像跟踪制导系统组成及工作原理183

9.5.2　红外成像跟踪制导系统典型结构和技术特点183

9.6　热成像系统总体性能评价185

9.6.1 热像仪目标辨识Johnson判则和作用距离185

9.6.2　热成像系统的视距及其评价方法概述186

9.6.3　热像仪视距“极限加折扣评价法”187

9.6.4 热像仪视距“基于MRTD评价法”189

9.6.5　热像仪对点源目标视距之估算193

第十章　激光成像技术196

10.1 引言196

10.2　激光雷达成像技术197

10.2.1　激光雷达成像系统分类198

10.2.2　激光雷达成像系统组成、基本原理及性能评价198

10.2.3　激光雷达成像系统性能评估202

10.3　机载激光雷达成像系统204

10.3.1 机载Lidar—IS组成及功能206

10.3.2 机载Lidar—IS探雷系统（ALMDS）207

10.3.3 机载激光雷达快速灭雷系统（RAMCS）209

10.4　多波段条纹管激光成像技术211

10.4.1　条纹像管激光成像工作原理211

10.4.2　条纹像管多波段激光成像212

10.5　蓝绿激光／微光选通水下成像技术214

10.5.1 需求背景及工作原理214

10.5.2 水下激光／微光选通成像技术特点和总体性能评估215

10.5.3 水下激光／微光选通成像系统实验效果举例215

10.5.4　导弹制导用激光／面阵探测器选通成像系统216

10.6　激光全息三维成像技术217

10.6.1　技术内涵和特点217

10.6.2　应用领域218

10.6.3　激光全息成像原理说明219

10.7　激光显示与激光存储技术220

10.7.1　概述220

10.7.2　大屏幕激光投影仪工作原理222

10.7.3　微型激光投影机工作原理223

10.7.4 医用激光—荧光显示板223

10.7.5　激光照相机工作原理224

10.7.6　激光打印机工作原理224

10.7.7　DVD光盘的刻录与播放工作原理225

第十一章　光电稳定与跟踪技术226

11.1　引言226

11.2　光电稳定跟踪技术的内涵及应用226

11.2.1 光电稳定跟踪技术的内涵226

11.2.2　光电稳定跟踪技术的应用228

11.3　光电稳定跟踪系统基本组成与工作原理229

11.3.1　稳瞄系统基本组成229

11.3.2　瞄准线稳定原理230

11.3.3　反射镜稳定原理231

11.3.4 平台整体稳定原理233

11.3.5　组合稳定原理235

11.4　光电稳定跟踪系统主要特性参数236

11.4.1 主要系统特性参数236

11.4.2　光电传感器主要特性参数237

11.5　影响稳定跟踪系统精度的制约因素237

11.5.1 稳定精度制约因素分析238

11.5.2 跟踪精度制约因素分析240

11.6　光电稳定跟踪系统核心控制元件——陀螺仪241

11.6.1 陀螺仪的发展与分类241

11.6.2 陀螺仪的基本特性242

11.6.3　二自由度陀螺仪的技术方程与传递函数243

11.6.4 几种常用陀螺仪简介245

11.6.5 陀螺仪的选取248

11.7　稳定跟踪伺服系统设计249

11.7.1　稳定跟踪伺服系统的基本技术要求249

11.7.2　稳定跟踪伺服系统的特点251

11.7.3　稳定跟踪伺服系统设计252

11.8　光电稳定与跟踪系统实例简介256

11.9　光电稳定跟踪系统技术展望257

第十二章　遥感光电子成像技术259

12.1　引言259

12.2　遥感成像技术发展动态和趋势260

12.2.1　遥感技术发展历史回顾260

12.2.2　遥感成像技术发展趋势262

12.3　遥感成像技术分类、工作原理及特性参数263

12.3.1　遥感光电子成像技术分类263

12.3.2　遥感成像系统一般工作原理264

12.3.3　遥感成像系统特性参数265

12.4　摄影型遥感成像技术266

12.4.1　功能及特点266

12.4.2　典型结构及工作模式267

12.5 CCD及ICCD遥感成像技术268

12.5.1　功能及特点268

12.5.2　扫描式CCD可见光遥感成像系统269

12.5.3 星载／机载紫外日盲光阴极ICCD导弹告警系统270

12.5.4　机载蓝绿激光／微光ICCD选通成像探雷探潜系统271

12.5.5 深空γ线遥感探测成像系统272

12.6　红外遥感成像及成像光谱技术273

12.6.1 功能及特点273

12.6.2　传统红外遥感成像技术274

12.6.3　遥感成像光谱技术275

12.6.4　遥感三维成像技术277

12.7　微波遥感成像技术278

12.7.1　功能及特点278

12.7.2　微波在介质中的传输属性279

12.7.3　微波真实孔径雷达成像282

12.7.4　微波合成孔径雷达成像285

第十三章　光电成像系统建模仿真评估技术289

13.1　引言289

13.2　系统建模仿真技术289

13.2.1 系统的概念、建模及其分类289

13.2.2 系统仿真的一般过程与步骤293

13.2.3 系统建模仿真技术的应用及其最新发展动态294

13.3　光电系统理论建模性能评估技术297

13.3.1 光电系统理论建模性能评估流程297

13.3.2　Johnson准则299

13.3.3 MRTD和MRC300

13.3.4　捕获概率302

13.3.5 目标搜索303

13.4　综合光电成像半实物仿真系统304

13.5　三维动态场景计算机生成技术305

13.5.1　动态红外仿真系统软件305

13.5.2 系统模块功能306

13.6　仿真模块功能的实现307

13.6.1　仿真软件响应实时性处理技术307

13.6.2　仿真模块307

13.6.3　场景发生模块的创建309

13.7　动态仿真场景投射新技术311

13.7.1　概述311

13.7.2　动态红外场景生成新技术313

13.7.3　动态红外场景投射器实例315

第十四章　光子计数成像技术319

14.1 引言319

14.2　光子计数成像技术发展动态320

14.3　MCP微光管中的噪声源及其脉冲高度分布321

14.3.1 MCP微光管的噪声源322

14.3.2 MCP微光管中噪声的抑制323

14.3.3 MCP微光管的脉冲高度分布（PHD）324

14.4　光子计数成像系统工作原理325

14.4.1 多光子和单光子脉冲高度分布（PHD）325

14.4.2　光子计数成像系统工作原理327

14.4.3　光子计数成像系统信噪比特性的进一步提高327

14.5　光子计数成像系统特性参数329

14.5.1　特性参数分类329

14.5.2　特性参数定义329

14.6　光子计数成像系统（PCIS）总体性能分析331

14.6.1　PCIS总体性能要求331

14.6.2　PCIS总体性能评价分析332

14.7　光子计数成像系统应用举例334

14.7.1　PCIS在天文望远镜技术上的应用334

14.7.2　PCIS在生命科学研究中的应用337

第十五章　高速摄影、摄像技术338

15.1 引言338

15.2　高速摄影（像）技术需求背景和发展动态339

15.2.1 需求背景339

15.2.2　发展动态340

15.3　高速摄影（像）系统基本构成和特性参数342

15.3.1 高速摄影（像）系统基本构成及其功能342

15.3.2 高速摄影（像）系统的主要特性参数343

15.4　高速摄影（像）系统总体性能分析345

15.4.1　基本思路345

15.4.2 光电成像系统动像模糊的成因346

15.4.3 线性级联高速摄影（像）系统的时—空MTF理论346

15.4.4 高速光电子摄影（像）系统总体性能评价349

15.5　高速摄影（像）系统及其应用举例351

15.5.1 胶片连续运动的高速电影摄影机351

15.5.2　转镜式高速分幅相机352

15.5.3 ICCD高速分幅相机353

15.5.4 变相管高速条纹相机354

15.5.5　SP—2000高速摄像运动分析系统355

15.5.6 HTV—500高速摄像系统355

15.5.7 高速摄影（像）系统在间接瞬变过程诊断上的应用——冲击波水溶液分子振动拉曼光谱分析装置356

15.5.8 高速摄影（像）技术应用中的相关数据356

第十六章 医用光电子成像技术358

16.1　引言358

16.2　医用光电子成像技术概述359

16.2.1 医用光电子成像技术发展动态和趋势359

16.2.2 医用光电子成像技术特点和分类360

16.3　X线透视成像技术362

16.3.1　X线源及其辐射特性362

16.3.2　X线透视成像系统组成及工作原理363

16.4　X线计算机体层成像技术369

16.4.1 X计算机体层成像系统组成369

16.4.2 X计算机体层成像数理基础369

16.4.3 X线计算机体层（X—CT）卷积成像原理371

16.5　核医学成像技术373

16.5.1　概述373

16.5.2　放射性同位素及其辐射线374

16.5.3　γ射线照相机工作原理375

16.5.4 单光子发射型计算机体层成像（SPECT）工作原理376

16.5.5 正电子发射型计算机体层成像（PET）工作原理377

16.6　医用核磁共振成像技术379

16.6.1　概述379

16.6.2 氢质子（1H）的核磁共振特性380

16.6.3　核磁共振成像的图像信息源383

16.6.4　MRI系统组成及成像原理386

16.6.5　MRI傅里叶成像原理388

16.7　介入微创治疗与医学影像技术390

16.7.1　神奇的介入（微创）治疗技术390

16.7.2 医用影像技术在介入治疗中的重要作用391

第十七章　光电子图像处理技术392

17.1　引言392

17.2　图像工程技术概述393

17.2.1 图像与计算机视觉393

17.2.2 图像工程393

17.3　图像工程应用背景和发展动态395

17.3.1　应用背景395

17.3.2 国外发展动态及水平397

17.3.3 国内发展动态及水平399

17.4　图像处理方法399

17.4.1 图像增强399

17.4.2 图像融合401

17.4.3　电子稳像403

17.4.4 图像拼接404

17.4.5 图像传输与图像压缩技术405

17.5　视频跟踪技术410

17.5.1　视频跟踪原理410

17.5.2　视频跟踪算法411

17.5.3　视频跟踪技术最新发展412

参考文献415