圖像傳感器應用技術(第3版)（簡體書）

本書從應用的角度介紹了CCD、CMOS半導體圖像傳感器的基本工作原理、利用光電傳感器掃描成像的技術和圖像顯示技術；分析典型圖像傳感器的基本特性與特性參數；對傳感器的驅動方式、A/D數據采集與計算機數據傳輸與處理技術進行研討；最後列舉18種典型應用實例，通過實例講述實際應用中對光源的選擇、光學系統的設計、期望量的計算和應用技巧等內容。為讀者開拓圖像傳感器的應用領域。

人們通過感官從自然界提取各種信息，其中以人眼通過視覺提取的信息量最多，也最豐富多彩，最可靠。成語“百聞不如一見”就說明了這個道理。圖像傳感器幫助人們提高人眼的視覺範圍，使人們看到肉眼無法看到的微觀世界和宏觀世界，看到人們暫時無法到達之處所發生的事情，看到超出肉眼視覺範圍的各種物理、化學變化過程，生命、生理、病變的發生、發展過程等,可見圖像傳感器在人們的文化、體育、生產、生活和科學研究中起到非常重要的作用，可以說現代人類活動已經無法離開圖像傳感器。
圖像傳感器能夠將各種光學圖像轉換成一維時序信號並輸出。尤其是進入21世紀以來，CCD（Charge Coupled Devices）、CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor）等半導體集成圖像傳感器分辨率的提高，以及半導體集成電路的發展，使傳感器的體積、重量、功能與智能化等優勢凸顯，互聯網與通信技術的發展使人類對圖像傳感器的依賴程度愈加增強。人機交互，機器與機器之間的通信、控制與管理都需要圖像傳感器提供瞬息萬變的圖像信息，增強人機以及機器設備之間的信息溝通，已成為實現物聯網的關鍵。
“為機器安裝智慧的眼睛”為本書的宗旨，本書的目的是培養從事圖像傳感器應用技術的科技人才，並為物聯網建設事業發揮積極作用。
本書第1版自2003年出版以來受到光電界工程技術人員與高等院校有關專業廣大師生的歡迎與厚愛，被很多高校選作技術基礎課的必修教材。
本書第2版於2013年出版，為“天津市自然科學學術專著”，得到天津市科協的資助。
隨著科技的發展，圖像傳感器應用技術不斷進步與提高；隨著智能製造技術的發展，圖像傳感器已成為機械設備的必備部件。為適應當前技術層面的提高和高校有關專業人才培養、教育改革的需要，結合廣大師生的反饋意見，為保持教材的先進性，推出了第3版。
第3版共10章，主要內容包括：圖像解析基本理論，各種圖像傳感器的工作原理、特性、驅動方式、計算機數據采集與接口技術等，通過對典型器件的驅動與典型圖像傳感器結構分析達到掌握各種半導體圖像傳感器和基本輸出特性。通過介紹圖像傳感器在非接觸尺寸測量、圖像傳感、圖像分析、光譜探測、天文觀測和安防監控等領域的典型應用實例，達到開拓思路，開發創新產品的目的。書中還收集了許多典型圖像傳感器的特性參數、特性曲線、典型驅動電路和利用圖像傳感器的一些技巧，使本書成為教科書及光電工程和現代測試技術領域的有益參考書。
本書第3版由王慶有、尚可可、逯力紅編著。尚可可負責第6、7章，逯力紅負責第8、9章及第10章的部分內容，王勤協助完成第2章，于桂珍協助完成第5章，其餘各章節均由王慶有編寫，並負責全書的統編定稿。
在本書編寫過程中得到了國內光電技術領域許多老教師和朋友的支持和幫助，他們為本書提供了大量的素材和技術資料。在此忠心感謝：天津大學葉聲華院士、孫長庫教授、黃戰華教授，北京理工大學張忠廉教授、周仁忠教授，天津工業大學張海明，南京理工大學李開明，空軍第一航空學院黃宜軍，中科院西安光機所陳良益、孫傳東，中科院光電技術研究所沈忙作、陳旭南，北京淩雲光視數字圖像技術公司姚毅博士，北京嘉恒中自圖像技術有限公司吳小甯經理，本書還得到天津大學光電信息工程系的支持，在此一併表示誠摯的謝意！
本書編寫、修訂過程中難免會有疏漏或錯誤之處，望讀者批評指正，並提出寶貴意見（wqy@tjueducn）。

編著者

緒論()
第1章圖像解析與顯示()
11圖像解析原理()
111圖像的解析方法()
112圖像傳感器基本技術參數()
12圖像的顯示與電視制式()
121電視監視器的掃描 ()
122電視制式()
13圖像顯示器的分類()
14典型圖像顯示器()
141TFTLCD圖像顯示器簡介()
142TFTLED圖像顯示器簡介()
143LED圖像顯示器()
15本章小結()
思考題與習題1()第2章電荷耦合攝像器件的基本
工作原理()21電荷存儲()
22電荷耦合()
23CCD的電極結構()
24電荷的注入和檢測()
25CCD的特性參數()
26電荷耦合攝像器件()
261工作原理()
262CCD的基本特性參數()
263動態範圍()
264暗電流 ()
265分辨率()
27本章小結()
思考題與習題2()
第3章典型線陣CCD圖像傳感器()
31典型單溝道線陣CCD()
311TCD1209D的基本結構()
312TCD1209D的基本工作原理()
313TCD1209D的特性參數()
314TCD1209D的驅動電路()
315TCD1209D的外形尺寸()
32典型雙溝道線陣CCD器件()
33具有積分時間調整功能的
線陣CCD()
331TCD1205D()
332ILP1型線陣CCD()
34具有採樣保持輸出電路的
線陣CCD()
35並行輸出的線陣CCD()
351並行輸出的TCD1703C ()
352分段式並行輸出的線陣CCD()
36用於光譜探測的高性能
線陣CCD()
361RL1024SB()
362RL2048DKQ()
363TCD1208AP()
37彩色線陣CCD()
371TCD2000P()
372TCD2558D()
373TCD2901D ()
38環形線陣CCD()
39本章小結()
思考題與習題3()
第4章典型面陣CCD()
41DL32型面陣CCD()
411結構()
412工作原理()
413DL32型CCD的光電特性()
42TCD5130AC面陣CCD()
43TCD5390AD面陣CCD()
44IAD4型面陣CCD()
441IAD4的結構()
442工作原理()
443IAD4的基本特性()
45特種面陣CCD()
451IAD92048型面陣CCD()
452IAD95000型面陣CCD()
4532620萬像元面陣CCD()
46面陣CCD攝像器件的特性()
47面陣CCD的電荷累積時間
與電子快門()
48MTV2821攝像機()
481工作原理()
482MTV2821CB特性參數()
483MTV2821CB的主要功能及
其設置()
484幀累積功能()
49本章小結()
思考題與習題4()
第5章CCD彩色攝像機概述()
51三管CCD彩色電視攝像機()
511三管CCD彩色電視攝像機的
基本組成()
512光學系統和CCD攝像機中的
重合調整()
513頻譜混疊干擾在R，G，B信號
之間相互抵消()
52兩管式CCD彩色電視
攝像機()
53單管CCD彩色攝像機()
54典型單片彩色CCD()
541Bayer濾色器單片彩色CCD()
542複合濾色器(或補色濾光片)型
的彩色CCD()
55彩色數碼照相機簡介()
56本章小結()
思考題與習題5()
第6章CMOS圖像傳感器()
61MOS場效應管()
611MOS場效應管的基本結構()
612場效應管的主要性能參數()
62CMOS成像器件的原理結構()
621CMOS成像器件的組成()
622CMOS成像器件的像元結構()
623CMOS圖像傳感器的工作
流程()
624CMOS成像器件的輔助電路()
63CMOS圖像傳感器的性能
指標()
631光譜響應與量子效率()
632填充因子()
633輸出特性與動態範圍()
634噪聲()
635空間傳遞函數()
636CMOS圖像傳感器與CCD圖像
傳感器的比較()
64典型CMOS圖像傳感器()
641IBIS4 SXGA型CMOS成像
器件()
642FUGA1000圖像傳感器()
643高速CMOS圖像傳感器()
65CMOS攝像機()
651IM26SA型CMOS攝像機()
652MC1300高速CMOS攝像機()
66本章小結()
思考題與習題6()第7章視頻信號處理與計算機數據
採集()71CCD視頻信號的二值化
處理()
711二值化處理方法()
712二值化數據采集與計算機
接口()
72CCD視頻信號的量化處理 ()
73線陣CCD輸出信號的數據采集
與計算機接口()
74面陣CCD數據采集與計算機
接口()
741圖像採集卡的基本工作原理()
742圖像卡的基本結構()
743典型圖像數據採集卡()
75本章小結()
思考題與習題7()第8章圖像傳感器的光學成像
系統()81光學成像系統的基本計算
公式()
811理想光學系統的基本參數()
812理想光學系統的物像位置
公式()
813理想光學系統的放大率()
82光學元件的成像特性()
821球面光學元件的成像特性()
822平面光學元件的成像特性()
83光學成像系統中的光闌()
831光學系統的孔徑光闌、入射光瞳
和出射光瞳()
832光學系統的視場光闌、入射窗和
出射窗()
833 漸暈光闌()
834消雜光光闌()
84常用光電圖像轉換系統的
成像特性()
841攝影系統及其物鏡的光學
成像特性()
842顯微系統及其物鏡的光學
成像特性()
843望遠系統及其物鏡的光學
成像特性()
85照明系統()
851照明系統設計的基本原則()
852臨界照明和柯勒照明()
853圖像傳感器應用系統中光源
和照度的匹配()
86遠心光路在動態測試中的
應用()
87面陣CCD攝像機光學鏡頭的
類型及其參數()
88線陣CCD常用的物鏡()
89本章小結()
思考題與習題8()
第9章特種圖像傳感器()
91微光圖像傳感器()
911微光圖像傳感器的發展概況()
912微光電視攝像系統()
913微光電視攝像系統觀察距離
的估算()
914微光CCD攝像器件()
92紅外CCD圖像傳感器()
921主動紅外電視攝像系統()
922被動紅外電視攝像系統()
93X光CCD圖像傳感器()
931X光像增強器()
932醫用X光電視攝像系統()
933工業用X光光電檢測系統()
94熱成像技術()
941點掃描式熱釋電熱像儀()
942熱釋電攝像管的基本結構()
943典型熱像儀()
95本章小結()
思考題與習題9()第10章圖像傳感器的典型應用
實例()101圖像傳感器用於一維尺寸的
測量()
1011玻璃管內、外徑尺寸測量控制
儀器的技術要求()
1012儀器的工作原理()
1013線陣CCD的選擇()
1014光學系統設計()
1015外徑、壁厚的檢測電路()
1016微機數據采集接口()
1017系統的長線傳輸()
102CCD的拼接技術在尺寸測量
系統中的應用()
1021CCD的機械拼接技術在尺寸
測量中的應用()
1022線陣CCD的光學拼接()
103線陣CCD圖像傳感器用於二維
位置的測量()
1031高精度二維位置測量系統()
1032光學系統誤差分析()
104CCD在BGA管腳三維尺寸
測量中的應用()
1041測量原理()
1042數學模型()
1043系統的標定()
1044BGA芯片測量實驗()
105CCD圖像傳感器用於平板
位置的檢測()
1051平板位置檢測的基本原理()
1052平板位置檢測系統()
1053測量範圍與測量精度()
106利用線陣CCD非接觸測量
材料變形量的方法()
1061材料拉伸變形量的測量
原理()
1062測量範圍與測量精度()
1063現場測試結果 ()
1064討論()
107CCD圖像傳感器用於物體
振動的非接觸測量()
1071振動測量原理()
1072振動測量的硬件電路()
1073軟件設計()
1074振動臺測試實驗結果()
108圖像傳感器用於高精度細絲
直徑的測量()
1081細絲激光衍射原理()
1082檢測系統()
1083數據處理系統()
1084測量系統的誤差分析()
1085討論()
109圖像傳感器用於透鏡曲率
半徑的自動測量()
1091測量原理和系統構成()
1092測量系統的硬件與軟件()
1093系統測量誤差()
1010圖像傳感器用於成像物鏡
光學傳遞函數的測量()
10101光學傳遞函數檢測原理()
10102光學傳遞函數檢測系統()
1011CCD用於ICPAES光譜
探測與分析()
10111ICPAES光譜探測器的
基本原理()
10112實驗結果分析及結論()
1012CCD圖像傳感器用於光學
系統像差測量()
10121像差測量原理()
10122哈特曼光電測量系統()
10123實驗測量系統()
10124米字形光斑坐標的測量()
1013線陣CCD圖