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第1章 几何光学基础 1

第一节 几何光学的基本定律与成像概念 1

一、几何光学基本定律 1

二、成像的基本概念 3

三、球面成像系统 5

第二节 理想光学系统 10

一、理想光学系统与共线成像理论 10

二、理想光学系统的基点与基面 11

三、理想光学系统的物像关系 14

四、理想光学系统的放大率 16

五、理想光学系统的组合 18

六、透镜 22

第三节 平面与平面系统 23

一、平面镜成像 23

二、平行平板 24

三、反射棱镜 26

四、棱镜色散 33

第四节 光学系统中的光束限制 34

一、光阑 34

二、远心光路 36

第五节 光线的光路计算及像差理论 38

一、概述 38

二、光线的光路计算 39

三、轴上点球差 39

四、正弦差和彗差 41

五、像散和场曲 43

六、畸变 45

七、色差 46

第六节 典型光学系统 47

一、眼睛及其光学系统 47

二、放大镜和目镜 49

三、显微镜系统 51

四、望远镜系统 51

五、摄影系统 52

六、投影系统 52

思考题与习题 53

第2章 物理光学基础 55

第一节 光的干涉 55

一、两单色光波的干涉 55

二、分波面的双光束干涉 56

三、分振幅的双光束干涉 59

第二节 光的衍射 61

一、惠更斯—菲涅耳原理 62

二、基尔霍夫衍射公式 63

三、菲涅耳衍射与夫琅和费衍射 65

四、菲涅耳半波带法 67

五、衍射光栅 69

第三节 光的偏振及光在晶体中的传播 72

一、偏振光和自然光 72

二、光在晶体中的传播 74

三、旋光现象、磁光和电光效应 78

第四节 光的量子性和激光基础 81

一、光的量子性 81

二、激光的基本原理 84

思考题与习题 88

第3章 光源 91

第一节 光的产生和光源选择的基本要求 91

一、光的辐射 91

二、光的产生方法 93

三、光源选择的基本要求 94

第二节 发光二极管 95

一、概况 95

二、外形和结构 96

三、LED发光机理 97

四、LED的特性及参数 98

五、LED驱动电路 102

六、LED的应用 103

第三节 激光光源 105

一、气体激光器 105

二、固体激光器 108

三、染料激光器 110

四、半导体激光器 111

第四节 其他光源 112

一、热辐射光源 112

二、气体放电光源 114

思考题与习题 119

第4章 光电探测器 120

第一节 光电探测器原理及特性 120

一、光电探测器的种类 120

二、光电探测器原理 121

三、光电探测器的特性参数 123

四、光电探测器的噪声 126

第二节 光电子发射器件 127

一、光电管 127

二、光电倍增管 131

第三节 光电导探测器件 138

一、硫化镉CdS和硒化镉CdSe光敏电阻 138

二、硫化铅PbS和硒化铅PbSe光敏电阻 139

三、锑化铟InSb和砷化铟InAs光敏电阻 140

四、杂质光电导探测器 141

五、多元系本征光电导探测器 142

第四节 光伏探测器件 143

一、硅光电池 143

二、光电二极管 145

三、其他类型的光电二极管 148

四、光电三极管 150

第五节 PSD位置探测器 153

一、PSD工作原理 153

二、PSD的特性 158

三、PSD的应用 160

第六节 电荷耦合器件 164

一、CCD工作原理 164

二、CCD摄像原理 169

三、面阵CCD摄像器件的特性 172

四、面阵CCD的电荷积累时间与电子快门 177

五、CCD摄像机的分类 181

第七节 CMOS图像传感器 188

一、CMOS图像传感器结构 189

二、CMOS图像传感器发展现状及特点 191

思考题与习题 194

第5章 光电测试系统设计基础及设计实例 195

第一节 光学测量中的对准与调焦技术 195

一、人眼的对准误差和调焦误差 196

二、望远镜和显微镜的对准不确定度与调焦不确定度 198

第二节 光电对准 205

一、光电显微镜 205

二、光电自准望远镜 212

第三节 光电定焦 214

一、光度式自动调焦系统 214

二、斜光束自动调焦系统 215

三、动态光电定焦系统 217

第四节 光电测量应用设计实例 220

一、设计任务分析 220

二、CCD用于一维尺寸的测量系统设计 221

三、面阵CCD摄像机水下电视系统设计 231

思考题与习题 235

第6章 典型光电测试系统 236

第一节 光电开关与光电转速计 236

一、光电开关 236

二、光电转速计 239

第二节 莫尔条纹测长仪 241

一、莫尔条纹 241

二、莫尔条纹测长原理 244

三、细分判向原理 245

四、置零信号的产生 249

第三节 激光测距仪 249

一、脉冲激光测距仪 250

二、相位激光测距仪 253

第四节 激光干涉测量仪 256

一、双频激光测长仪 256

二、激光小角度干涉仪 259

第五节 光弹效应测力计 261

一、光弹效应 261

二、光弹效应测力计的基本结构 263

第六节 激光多普勒测速仪 264

一、光学多普勒频移 264

二、频率检测 265

三、激光多普勒测速仪的组成 266

四、激光多普勒测速技术的特点和应用 269

第七节 红外方位探测系统 270

一、基于调制盘的方位探测原理 271

二、基于调制盘的红外方位探测系统结构 273

三、基于多元点源探测的红外导引系统 276

思考题与习题 278

第7章 光纤传感技术 279

第一节 光纤导波光学基础 279

一、光纤的导波原理 279

二、光纤的种类 284

三、光纤的特性 285

第二节 非功能型光纤传感器 287

一、非功能型光纤温度传感器 288

二、非功能型光纤压力、振动传感器 289

三、非功能型光纤位移传感器 290

四、光波长分布（颜色）传感器 290

第三节 功能型光纤传感器 291

一、光强度调制型光纤传感器 291

二、光相位调制型光纤传感器 292

三、光偏振态调制型光纤传感器 293

第四节 分布式光纤传感器 294

一、概述 294

二、用于构成分布式光纤传感器的主要技术 295

三、实例 298

思考题与习题 300

第8章 计算机视觉技术 301

第一节 计算机视觉系统的构成 301

一、计算机视觉系统组成 301

二、针孔成像模型 304

第二节 双目立体视觉 307

一、双目立体视觉原理 307

二、立体匹配 309

第三节 结构光视觉 311

一、结构光视觉原理 311

二、光条信息提取方法 314

第四节 视觉系统标定方法 315

一、摄像机标定 316

二、双目视觉系统标定 320

三、结构光视觉系统标定 322

第五节 典型计算机视觉系统 323

一、轿车白车身视觉测量系统 323

二、无缝钢管直线度激光视觉测量系统 325

三、车轮激光视觉定位系统 326

四、基于人工神经网络的视觉检测系统 327

五、圆孔中心空间位置定位系统 329

思考题与习题 331

参考文献 332