光电检测与信息处理技术(光电信息科学与工程类专业规划教材)

光电检测与信息处理技术是光电子技术与信息处 理技术的紧密结合，是现代信息技术的精髓，已广泛 应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技 术等领域。王晓曼、王彩霞、赵海丽、景文博、刘鹏 编著的《光电检测与信息处理技术》首先系统地介绍 了光度学基本理论、电子学基本理论、光电测量的光 学基础，然后深入地阐述了常用光辐射源与发光器件 、常用显示器件及其扩展应用、光电探测器件、现代 图像信息处理技术及光电信息处理技术的典型应用， 比较注重光电信息技术应用领域科研的新成果和技术 的新发展。 《光电检测与信息处理技术》可供高等院校、科 研院所光信息科学与技术、光电信息工程、光电子技 术、测控技术与仪器、电子 信息工程、计算机、自动化、应用物理等专业的高年 级大学生和光学类、检测类、信息类、通信类等研究 生 作为必修课或选修课教材。对上述领域内从事研究、 开发、生产的工程技术及研究人员也有重要的参考价 值。

绪论 1 0.1 光电检测技术的研究领域 1 0.1.1 光度量和辐射度量的检测 2 0.1.2 光电器件及光电成像系统特性的检测 2 0.1.3 光学材料、光学元件及系统特性的检测 2 0.1.4 非光学物理量的光电检测 2 0.2 光电检测技术的特点 3 0.3 光电检测的方法 3 第1章 光学基础 7 1.1 光的概念与度量 7 1.1.1 光的概念 7 1.1.2 光的基本度量 9 1.1.3 辐射度学和光度学中的两个基本定律 13 1.2 常用光学元器件 14 1.2.1 透镜元器件 14 1.2.2 反射元器件 17 1.2.3 光楔 21 1.2.4 棱镜 22 1.2.5 偏光器件 25 1.2.6 滤光片 26 1.3 常用光学组件 27 1.3.1 平行光管 27 1.3.2 积分球 28 1.4 典型光学系统 28 1.4.1 显微光学系统 28 1.4.2 望远光学系统 33 1.4.3 摄影与投影光学系统 35 1.4.4 实施激光束变换的光学系统 38 1.5 常用光学计量仪器仪表 42 1.5.1 单色仪 42 1.5.2 光谱仪 44 1.5.3 照度计 46 1.5.4 亮度计 48 1.5.5 光功率计 50 1.5.6 光能量计 51 1.5.7 干涉仪 52 1.6 光调制技术 54 第2章 电子学基础 59 2.1 基本电路部件 59 2.2 运算放大器 61 2.2.1 检测系统中的主要噪声 61 2.2.2 信噪比和噪声系数 63 2.2.3 噪声带宽 64 2.2.4 常用运算放大器类型 64 2.2.5 集成运算放大器的选择 70 2.3 有源滤波器 70 2.4 电压比较器 72 2.5 模数变换器（A/D） 74 2.5.1 主要技术指标 74 2.5.2 A/D转换器分类 74 2.6 数模变换器（D/A） 77 2.6.1 概述 77 2.6.2 主要技术指标 78 2.6.2 D/A转换器分类 78 2.3.3 D/A转换器与微型计算机的接口形式 79 第3章 常用光辐射源与发光器件 82 3.1 黑体辐射和自然辐射源 83 3.1.1 黑体辐射 83 3.1.2 自然辐射源 83 3.2 光源的基本特征参数 86 3.2.1 辐射效率和发光效率 86 3.2.2 光谱功率分布 87 3.2.3 光强空间分布 87 3.2.4 光源的色温 88 3.2.5 光源的颜色 88 3.3 热辐射光源 88 3.3.1 钨丝白炽灯 88 3.3.2 卤钨灯 89 3.3.3 黑体辐射器 90 3.4 气体放电光源 90 3.4.1 气体放电光源的基本结构、放电原理及特点 90 3.4.2 气体放电光源分类 91 3.5 固体发光光源 94 3.5.1 场致发光光源 94 3.5.2 发光二极管 95 3.6 激光器 102 3.6.1 激光产生的机理 103 3.6.2 常用激光器简介 106 3.6.3 激光的特性和激光参量测试 117 第4章 常用显示器件及其扩展应用 120 4.1 电视基础知识 120 4.1.1 电子扫描 120 4.1.2 模拟黑白全电视信号 124 4.1.3 模拟彩色电视信号 127 4.1.4 数字视频——数字电视技术 128 4.2 CRT显示 129 4.2.1 CRT显示器的基本结构和工作原理 129 4.2.2 CRT显示器的特点与应用 131 4.3 液晶显示 131 4.3.1 液晶的基本知识 132 4.3.2 液晶的基本性质 134 4.3.3 液晶的光学基础 137 4.3.4 常用液晶显示器件及特点 144 4.3.5 液晶光阀 150 4.4 PDP等离子体显示 153 4.4.1 等离子体显示工作原理 153 4.4.2 等离子体显示的特点与应用 153 4.5 有机电致发光显示 154 4.5.1 OLED器件结构与工作原理 154 4.5.2 OLED的驱动方式 156 4.5.3 OLED的特点和应用 158 4.6 基于DMD的投影显示 160 4.6.1 投影显示的基本知识 160 4.6.2 基于DMD的投影显示 161 4.7 应用实例 163 4.7.1 基于液晶的激光光强控制系统 163 4.7.2 基于液晶的激光偏振调制技术 167 4.7.3 基于液晶的激光偏振测量系统 168 4.7.4 基于DMD的红外视景生成器 170 第5章 光电探测器件 173 5.1 光电效应理论 173 5.1.1 光电导效应 173 5.1.2 光生伏特效应 174 5.1.3 外光电效应 175 5.1.4 热释电效应 176 5.2 光电探测器件基本特性 176 5.2.1 积分灵敏度R 176 5.2.2 光谱灵敏度R 177 5.2.3 频率灵敏度Rf 177 5.2.4 暗电流 178 5.3 各种光电探测器件 178 5.3.1 光电倍增管 178 5.3.2 光电导管（光敏电阻） 183 5.3.3 光电池和光电二极管 187 5.3.4 特种光电二极管 198 5.3.5 光电三极管 204 5.3.6 热释电探测器 206 5.3.7 电荷耦合器（CCD） 206 5.3.8 光电耦合器 215 5.3.9 光栅 218 5.3.10 光电编码器 222 5.3.11 光纤陀螺 226 第6章 光电图像信息处理 229 6.1 图像成像系统镜头 229 6.1.1 成像系统镜头的基本构成 229 6.1.2 成像系统镜头的主要参数 230 6.1.3 成像系统镜头的相关技术 233 6.1.4 成像系统镜头的分类 234 6.1.5 成像系统镜头的选择 235 6.2 图像传感器芯片的主要参数 235 6.3 工业相机的分类 236 6.4 相机的主要参数 238 6.5 视频采集卡 240 6.5.1 视频采集卡的原理 240 6.5.2 视频采集卡的分类 241 6.5.3 怎样选择视频采集卡 241 6.6 数字图像处理基础理论 243 6.6.1 图像的获取及数字化 243 6.6.2 图像基本操作 244 6.6.3 图像质量的评价方法 245 6.7 典型应用实例 247 6.7.1 流感疫苗血凝素含量检测系统 247 6.7.2 激光光束质量诊断系统 250 6.7.3 高炮零飞指标测试系统 255 6.7.4 光电图像可视化仿真 260 第7章 光电信息处理技术的典型应用实例 267 7.1 光功率计 267 7.2 光能量计 270 7.3 闪光强度测试 273 7.4 非等间隔相机同步抓拍技术 276 7.5 基于PSD的飞轮齿圈形位误差非接触检测系统 281 7.5.1 半导体激光光三角测量法 281 7.5.2 系统总体技术方案 282 7.6 X-Y精密工作台电控系统 286 7.6.1 位移测量原理和点位控制原理 286 7.6.2 系统总体技术方案 288 7.7 空间激光通信ATP分系统 294 7.7.1 应用背景 294 7.7.2 ATP分系统总体技术方案 294 7.8 激光烟雾衰减测试系统 299 7.8.1 应用背景 299 7.8.2 系统工作原理 300 7.8.3 系统总体技术方案 301 7.8.4 红外烟雾衰减测试试验 303 第8章 光电检测与信息处理实验 305 8.1 光电检测与信息处理实验箱概述 305 8.2 光变频率实验 307 8.3 光电式直流电机转速测量实验 308 8.4 热释电红外报警实验 311 8.5 线阵CCD测量物体外形尺寸实验 313 8.6 各类光电器件特性测试实验 317 参考文献 319