图像传感器应用技术

　　人们通过感官从自然界提取各种信息，其中以人眼通过视觉提取的信息量为最多，也最为丰富多彩，最为可靠。成语“百闻不如一见”就说明了这个道理。图像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见图像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开图像传感器。图像传感器是在光电技术基础上发展起来的、将光学图像转换成一维时序信号的器件。它包括电子束摄像管、像增强管与变相管等真空管图像传感器，CCD（ChargeCoupledDevices）、CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor）等半导体集成图像传感器和扫描型图像传感器等。其中，电子束摄像管等真空图像传感器正逐渐被CCD、CMOS等半导体集成图像传感器所取代。因此，本书重点讲授半导体图像传感器和扫描型图像传感器的原理及其应用技术。本书从应用的角度讲述CCD，CMOS半导体图像传感器和热像图像传感器等的基本工作原理；典型图像传感器的基本特性与特性参数；典型图像传感器的驱动方式及其与计算机的接口方法；典型图像传感器应用中的光源、光学系统的基本概念与计算方法等。最后列举了一些典型的应用实例。本书可作为光电信息工程、计量测试仪器、测控技术与仪器、测绘工程、环境工程、机械电子工程、公安图像技术、光电检测仪器、光学技术与仪器、生物医学工程等专业的本科生及研究生教材，也可作为光电技术领域科技人员的工作参考书。

暂缺《图像传感器应用技术》作者简介

第1章 光辐射与光电技术基础
1. 1 光辐射的度量
1. 1. 1 与辐射源有关的参数
1. 1. 2 与接收器有关的参数
1. 1. 3 光源的辐射光谱分布参量
1. 1. 4 量子流速率
1. 2 物体热辐射
1. 2. 1 黑体辐射定律
1. 2. 2 辐射体的分类及其温度表示
1. 3 辐射度参数与光度参数的关系
1. 3. 1 人眼的视觉灵敏度
1. 3. 2 人眼的光谱光视效能
1. 3. 3 两种辐射体光视效能的计算
1. 4 半导体对光的吸收
1. 4. 1 物质对光吸收的一般规律
1. 4. 2 半导体对光的吸收
1. 5 光电效应
1. 5. 1 内光电效应
1. 5. 2 光电发射效应
思考题与习题1
第2章 光源
2. 1 自然光源
2. 2 钨丝灯光源
2. 2. 1 钨丝白炽灯
2. 2. 2 卤钨灯
2. 3 气体放电灯
2. 4 半导体发光二极管 LED 光源
2. 4. 1 发光二极管的发光机理
2. 4. 2 发光强度—电流特性
2. 4. 3 发光光谱和发光效率
2. 5 激光光源
2. 5. 1 激光的产生机理
2. 5. 2 氦氖激光器
2. 5. 3 半导体激光器 LD
2. 6 图像传感器应用系统中光源和照度的匹配
思考题与习题2
第3章 热成像技术
3. 1 热辐射的一般规律
3. 1. 1 温度变化方程
3. 1. 2 热电器件的最小可探测功率
3. 2 热探测器件
3. 2. 1 热释电器件的基本工作原理
3. 2. 2 热释电探测器的灵敏度
3. 2. 3 热释电器件的噪声
3. 2. 4 热释电探测器的类型
3. 3 图像传感器基本原理
3. 3. 1 图像传感器的基本结构
3. 3. 2 图像传感器的基本技术参数
3. 4 图像的显示与电视制式
3. 4. 1 电视监视器的扫描
3. 4. 2 电视制式
3. 5 典型热成像仪
思考题与习题3
第4章 电荷耦合摄像器件的基本工作原理
4. 1 电荷存储
4. 2 电荷耦合
4. 3 CCD的电极结构
4. 4 电荷的注入和检测
4. 5 CCD的特性参数
4. 6 电荷耦合摄像器件
4. 6. 1 工作原理
4. 6. 2 CCD的基本特性参数
4. 6. 3 动态范围
4. 6. 4 暗电流
4. 6. 5 分辨率
思考题与习题4
第5章 典型线阵CCD图像传感器
5. 1 典型单沟道线阵CCD
5. 1. 1 TCD1209D的基本结构
5. 1. 2 TCD1209D的基本工作原理
5. 1. 3 TCD1209D的特性参数
5. 1. 4 TCD1209D的驱动电路
5. 1. 5 TCD1209D的外形尺寸
5. 2 典型双沟道线阵CCD器件
5. 3 具有积分时间调整功能的线阵CCD
5. 3. 1 TCD1205D
5. 3. 2 IL-P1型线阵CCD
5. 4 具有采样保持输出电路的线阵CCD
5. 5 并行输出的线阵CCD
5. 5. 1 并行输出的TCD1703C
5. 5. 2 分段式并行输出的线阵CCD
5. 6 用于光谱探测的高性能线阵CCD
5. 6. 1 RL1024SB
5. 6. 2 RL2048DKQ
5. 6. 3 TCD1208AP
5. 7 彩色线阵CCD
5. 7. 1 TCD2000P
5. 7. 2 TCD2258D
5. 7. 3 TCD2901D
5. 8 环形线阵CCD
思考题与习题5
第6章 典型面阵CCD
6. 1 DL32型面阵CCD
6. 1. 1 结构
6. 1. 2 工作原理
6. 1. 3 DL32型CCD的光电特性
6. 2 TCD5130AC面阵CCD
6. 3 TCD5390AD面阵CCD
6. 4 IA-D4型面阵CCD
6. 4. 1 IA-D4的结构
6. 4. 2 工作原理
6. 4. 3 IA-D4的基本特性
6. 5 特种面阵CCD
6. 5. 1 IA-D9-2048型面阵CCD
6. 5. 2 IA-D9-5000型面阵CCD
6. 5. 3 2620万像素面阵CCD
6. 6 面阵CCD摄像器件的特性
6. 7 面阵CCD的电荷累积时间与电子快门
6. 8 MTV—2821摄像机
6. 8. 1 工作原理
6. 8. 2 MTV-2821CB特性参数
6. 8. 3 MTV-2821CB的主要功能及其设置
6. 8. 4 帧累积功能
思考题与习题6
第7章 CCD彩色摄像机概述
7. 1 三管CCD彩色电视摄像机
7. 1. 1 三管CCD彩色电视摄像机的基本组成
7. 1. 2 光学系统和CCD摄像机中的重合调整
7. 1. 3 频谱混叠干扰在R, G, B信号之间相互抵消
7. 2 两管式CCD彩色电视摄像机
7. 3 单管CCD彩色摄像机
7. 4 典型单片彩色CCD
7. 4. 1 Bayer滤色器单片彩色CCD
7. 4. 2 复合滤色器 或补色滤光片 型的彩色CCD
7. 5 彩色数码照相机简介
思考题与习题7
第8章 CMOS图像传感器
8. 1 MOS场效应管
8. 1. 1 MOS场效应管的基本结构
8. 1. 2 场效应管的主要性能参数
8. 2 CMOS成像器件的原理结构
8. 2. 1 CMOS成像器件的组成
8. 2. 2 CMOS成像器件的像敏单元结构
8. 2. 3 CMOS图像传感器的工作流程
8. 2. 4 CMOS成像器件的辅助电路
8. 3 CMOS图像传感器的性能指标
8. 4 典型CMOS图像传感器
8. 4. 1 IBIS4SXGA型CMOS成像器件
8. 4. 2 FUGAl000图像传感器
8. 4. 3 高速CMOS图像传感器
8. 5 CMOS摄像机
8. 5. 1 IM28—SA型CMOS摄像机
8. 5. 2 MC1300高速CMOS摄像机
思考题与习题8
第9章 视频信号处理与计算机数据采集
9. 1 CCD视频信号的二值化处理
9. 1. 1 二值化处理方法
9. 1. 2 二值化数据采集与计算机接口
9. 2 CCD视频信号的量化处理
9. 3 线阵CCD输出信号的数据采集与计算机接口
9. 4 面阵CCD的数据采集与计算机接口
9. 4. 1 图像采集卡的基本工作原理
9. 4. 2 图像卡的基本结构
9. 4. 3 典型图像数据采集卡
思考题与习题9
第10章 图像传感器的光学成像系统
10. 1 光学成像系统的基本计算公式
10. 1. 1 理想光学系统的基本参数
10. 1. 2 理想光学系统的物像位置公式
10. 1. 3 理想光学系统的放大率
10. 2 光学元件的成像特性
10. 2. 1 球面光学元件的成像特性
10. 2. 2 平面光学元件的成像特性
10. 3 光学成像系统中的光阑
10. 4 常用光电图像转换系统的成像特性
10. 4. 1 摄影系统及其物镜的光学成像特性
10. 4. 2 显微系统及其物镜的光学成像特性
10. 4. 3 望远系统及其物镜的光学成像特性
10. 5 照明系统
10. 6 远心光路在动态测试中的应用
10. 7 面阵CCD摄像机光学镜头的类型及其参数
10. 8 线阵CCD常用的物镜
思考题与习题10
第11章 特种图像传感器
11. 1 微光图像传感器
11. 1. 1 微光图像传感器的发展概况
11. 1. 2 微光电视摄像系统
11. 1. 3 微光电视摄像系统观察距离的估算
11. 1. 4 微光CCD摄像器件
11. 2 红外CCD图像传感器
11. 2. 1 主动红外电视摄像系统
11. 2. 2 被动红外电视摄像系统
11. 3 X光CCD图像传感器
11. 3. 1 X光像增强器
11. 3. 2 医用X光电视摄像系统
11. 3. 3 工业用X光光电检测系统
思考题与习题11
第12章 图像传感器的典型应用实例
12. 1 图像传感器用于一维尺寸的测量
12. 1. 1 玻璃管内. 外径尺寸测量控制仪器的技术要求
12. 1. 2 仪器的工作原理
12. 1. 3 线阵CCD的选择
12. 1. 4 光学系统设计
12. 1. 5 对外径. 壁厚的检测电路
12. 1. 6 微机数据采集接口
12. 1. 7 系统的长线传输
12. 2 CCD的拼接技术在尺寸测量系统中的应用
12. 2. 1 CCD的机械拼接技术在尺寸测量中的应用
12. 2. 2 线阵CCD的光学拼接
12. 3 线阵CCD图像传感器用于二维位置的测量
12. 3. 1 高精度二维位置测量系统
12. 3. 2 光学系统误差分析
12. 4 CCD在BGA管脚三维尺寸测试中的应用
12. 4. 1 测试原理
12. 4. 2 数学模型
12. 4. 3 系统的标定
12. 4. 4 BGA芯片测量实验
12. 5 CCD图像传感器用于平板位置的检测
12. 6 利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法
12. 7 CCD图像传感器用于物体振动的非接触测量
12. 8 图像传感器用于高精度细丝直径的测量
12. 9 图像传感器用于透镜曲率半径的自动测量
12. 9. 1 测量原理和系统构成
12. 9. 2 测量系统的硬件与软件
12. 9. 3 系统测量误差
12. 10 图像传感器用于成像物镜光学传递函数的测量
12. 10. 1 光学传递函数检测原理
12. 10. 2 光学传递函数检测系统
12. 11 CCD用于ICP—AES光谱探测与分析
12. 11. 1 ICP-AES光谱探测器的基本原理
12. 11. 2 实验结果分析及结论
12. 12 CCD图像传感器用于光学系统像差测量
12. 13 线阵CCD图像传感器在扫描复印技术中的应用
12. 14 面阵CCD图像传感器用于钢板尺寸测量系统
12. 15 CCD天文图像观测系统
12. 16 图像传感器用于光电显微分析仪
12. 17 图像传感器在内窥镜摄像系统中的应用
12. 17. 1 工业内窥镜电视摄像系统
12. 17. 2 医用电子内窥镜摄像系统
12. 17. 3 侦察内窥镜摄像系统
12. 18 图像传感器用于数码照相机
思考题与习题12
参考文献