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《光电成像原理与技术》教学大纲课程编号：OPT04043英文名称：The Principle Of Photo-electronic Imaging and Technology学分：3 学时：48 (理论学时：48)先修课程：半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学一、目的与任务本课程为光电信息科学与工程专业的专业教育必修课程。
通过本课程的学习，可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关的工作奠定理论基础和技术基础。
通过对本学科新理论、新器件、新系统的认识，还可以使学生了解到本学科的最新发展动态和技术前沿。
本课程的内容亦军亦民，与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主义精神和大国防意识。
课程主要介绍各类光电成像器件的基本工作原理和各种光电成像系统的结构以及相关的学科知识和技术。
课程的任务是使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，完成知识综合的教育和系统应用的教育。
课程强调应用所学习的基础理论和方法分析光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论、思想方法和基本技术等。
二、教学内容及学时分配（48学时）第1章绪论（2学时）1.1.光电成像技术的产生及发展1.2.光电成像技术对视见光谱域和视见灵敏阈的延伸1.3.光电成像技术的应用范畴1.4.光电成像器件的分类1.5.光电成像器件的特性第2章人眼的视觉特性与图像探测（2学时）2.1.人眼的视觉特性与模型2.2.图像探测理论与图像探测方程2.3.约翰逊准则第3章辐射源与典型景物辐射（2学时）3.1.辐射度量及光度量3.2.朗伯辐射体及其辐射特性3.3.黑体辐射定律3.4.辐射源及其特性第4章辐射在大气中的传输（2学时）4.1 大气的构成4.2 大气消光及大气窗口4.3大气吸收和散射的计算4.4大气消光对光电成像系统性能的影响第5章直视型电真空成像物理（8学时）5.1.像管成像的物理过程5.2.像管的类型与结构5.3.图像的光电转换5.4.电子图像的成像5.5.电子图像的发光显示5.6.光学图像的传像与电子图像的倍增第6章直视型电真空成像系统与特性分析（4学时）6.1.微光夜视系统的结构与特点6.2.直视型微光成像系统的总体设计6.3.主动红外夜视系统的结构与特点6.4.夜视系统的作用距离第7章电视型电真空成像物理（4学时）7.1.电视摄像的基本原理7.2.光电导型摄像器件7.3.光电发射型摄像器件7.4.摄像管的主要性能参数7.5.热释电摄像器件第8章固体成像器件（CCD和CMOS）原理及应用（8学时）D的物理基础D的结构与工作原理D成像原理与性能参数8.4.增强型CCD及其工作原理D的TDI工作方式D的应用8.7.CMOS成像器件及其应用第9章电视型光电成像系统分析（2学时）9.1.电视系统的组成与工作原理9.2.电视信号的发送与接收9.3.实用微光电视系统第10章红外热成像器件成像物理（8学时）10.1.红外探测器的分类10.2.红外探测器的工作条件与性能参数10.3.光电导型红外探测器10.4.光伏型红外探测器10.5.红外焦平面阵列探测器10.6.非制冷红外焦平面阵列探测器10.7.量子阱红外探测器第11章红外热成像系统及其分析（6学时）11.1.热成像系统的分类与基本参数11.2.光机扫描系统11.3.制冷器工作原理与分类11.4.热成像系统视频信号的处理与显示11.5.热成像系统的性能模型与作用距离11.6.热成像系统的总体设计的基本考虑三、考核与成绩评定本课程以课堂教学为主，平时成绩占总成绩的30%（平时考核10％＋课外作业20％）。
2013-2014第（2）学期理学院实践教学成绩评定表2013-2014第（2）学期理学院实践教学任务书随着科学技术的发展以与CCD器件的广泛应用，工业生产、国防、安防以与日常生活中高速高清CCD的需求越来越广泛。
传统CCD相机像素低、帧频慢，在速度和清晰度方面有很大的缺陷，无法满足越来越高的使用需求，而高速高清CCD在图像清晰度和帧频速度都有突出的优势，为CCD相机注入了新的发展活力。
最近世界各国在高速CCD相机研发领域投入大量的精力并取得了大量的成果，开展高帧频大面阵CCD相机的研制工作具有重要意义。
本文首先对柯达公司生产的逐行转移面阵CCD传感器KAI-01050做了简单的介绍，基于逐行转移CCD的工作原理、电荷转移方式的研究，设计了高速高清CCD系统的一种结构。
本文通过对这些关键技术的研究，完成了高速高清CCD系统的设计工作。
关键词：高速摄像，高清CCD第一章绪论 (1)第二章高速高清CCD系统介绍 (3)2.1 CCD成像原理 (3)2.2 KAI_01050探测器介绍 (5)第三章高速高清CCD系统的组成 (7)3.1 光学系统设计 (7)3.2 电路系统设计 (8)第四章结果分析 (9)参考文献 (10)第一章绪论电荷耦合器件(CCD)属于半导体器件，是一种图像传感器，能够把视场内的光学图像转化为电荷并存储在相应的像素中，然后通过读出电路将存储的像元电荷读出，并用外围电路中的模数转换模块转换为数字信号。
一个完整的CCD阵列是由一系列的微小光敏物质(像素)组成。
CCD图像传感器上拥有的像素数量越多，能够提供的画面清晰度也就越高。
CCD器件自1969年在贝尔实验室诞生以来，随着半导体技术的发展，CCD技术也随之得到迅速发展，从当时简单的8像元移位寄存器，到现在已具有数百万、上千万乃至上亿像元。
CCD的像元尺寸已经减小到2um以下，在缩小像元尺寸的同时，通过背面光照技术等，使饱和电压和灵敏度也得到提高，在暗电流、读出噪声抑制、抗光晕转移效率等方面也得到了极大的改善。
《光电成像原理与技术》课程教学大纲课程代码：090642001课程英文名称：The Principle Of Photo-electronic Imaging and Technology课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：光电信息科学与工程大纲编写（修订）时间：2017.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是光电信息科学与工程专业的专业选修课。
本课程是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的综合性课程。
通过本课程的学习，可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关工作奠定基础。
通过对本学科新理论、新器件、新系统的介绍，还可以使学生了解本学科的最新发展动态和技术前沿，为将来从事相关领域的研究或工作奠定基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．通过本科程的学习，使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，并在此基础上掌握光电成像系统的结构以及相关的学科和技术。
2．通过本科程的学习，培养学生应用所学习的基础理论和方法，分析光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论和思想方法等，逐渐形成观察、思考、分析和解决有关理论和实践问题的能力。
（三）实施说明这个教学大纲是根据光电信息科学与工程专业的特点和学科内容要求而编写的，在执行本大纲时应注意以下几点：1. 在授课过程中要由易到难，循序渐进。
重点是物理概念和物理模型的讲解，其次是数学理论与方法的具体应用；2. 可根据实际情况安排各部分的学时，后面的课时分配表仅供参考；3. 对大纲中内容不相关部分可自行安排讲授顺序。
（四）对先修课的要求本课的先修课程：《光电子学》（五）对习题课、实验环节的要求各章内容学习结束后，根据教材内容选择习题，布置习题作业，根据习题的完成质量，随堂讲解各章重点习题，期末总复习全面讲解。
《光电成像系统实践》教学大纲课程编号：OPT04042英文名称：Practice of Photo-electronic imaging System学分：3 学时：3周先修课程：应用光学，光电成像原理与技术，精密机械基础等一、目的与任务本环节为电子科学与技术专业（光电子方向）实践教学必修环节，安排在第7学期进行。
本教学实践环节旨在通过对典型光电成像系统结构的认识和设计，进一步巩固、加深学生对光电成像系统的构成、各技术环节的作用和工作原理的认识和理解，明确系统总体性能与各部分参数的关系，使学生掌握光电成像系统的总体设计的思路、步骤和关键环节部件选配方法等。
通过本实践教学环节，可达到提高学生动手能力和在实际工作中独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强学生对科学性、合理性、经济性、可行性、可靠性、可维护性等工程概念的理解，以及提高学生解决实际工程问题水平的目的。
本课程的内容亦军亦民，与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主义精神和大国防意识。
二、教学内容及学时分配（3周）课程设计题目分类：设计1直视微光成像（观瞄）系统设计（关键部件选型应包括：物镜系统、像管＋高压电源、目镜系统的选型等）；设计2电视型微光成像（如车载夜视仪、星光级电视瞄具）系统设计（关键部件选型应包括：物镜系统、像管＋高压电源、摄像系统、信号传递方式及显示系统的选型等）；设计3主动照明微光／红外成像（如车牌抓拍系统、闯红灯违章记录系统、车号识别系统、露天场景全天候监视系统、水下成像系统）系统设计（关键部件选型应包括：光源、滤光镜、物镜系统、像管＋高压电源、目镜系统的选型等）；设计4医用内窥镜电视成像（如胃镜系统、工业内窥镜）系统设计（关键部件选型应包括：专用镜头、光源、传光系统、支撑机构、信号传递方式、显示方式与显示系统等）；设计5 高速工业在线视频检测成像（如钢丝直径在线检测、路面瑕疵或不平整度检测系统、轨道参数测量系统、印刷品质量检测系统、电路板故障检测系统）系统设计（关键部件选型应包括：光源、滤光镜、物镜系统、摄像系统、信号传递方式、信息记录或显示系统的选型及图像处理方案等）；设计6 特种光电成像系统设计（选择光子计数探测系统、火星车立体视觉系统、紫外指纹搜索系统、门禁体温自动探测系统、高炉炉膛测温成像系统、舰载红外警戒系统、多光谱成像系统或其他新用途、新型成像系统。
光电成像原理与技术第二章人眼的视觉特性与图像探测下午9时21分各种光电成像系统或器件都是人类用以改善和扩展视觉性能的辅助工具，人类的眼睛借助这些辅助工具获得人眼不能直接得到的图像信息。
下午9时21分2第二章人眼的视觉特性与图像探测§2.1人眼的视觉特性与模型1.人眼的构造下午9时21分3第二章人眼的视觉特性与图像探测人眼的主要组成部分：①由角膜、虹膜、晶状体、睫状体和玻璃体组成的光学系统；②构成人眼视觉关键部分的视网膜—敏感和信号处理部分，带有盲点和黄斑；③信号传输和显示系统的视神经和大脑。
复杂多层网格结构的视网膜：与玻璃体相接触的部分，是神经细胞层，神经的末端是神经细胞(细胞元)。
光线经光学系统进入视网膜，视网膜中的感光细胞吸收光并发生化学分解作用引起视觉刺激，视觉刺激以电信号形式传输至大脑产生视觉。
下午9时21分光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测视网膜的神经细胞：①锥状细胞，具有高分辨力和颜色分辨能力；②杆状细胞：视觉灵敏度比锥状细胞高几千倍，但不能分辨颜色。
盲点和黄斑：①盲点部分没有感光细胞，是不感光的盲区，盲区是视网膜上不起视觉作用的区域；②黄斑中心凹处完全没有杆状细胞，具有最高的视觉分辨力，黄斑有问题，则视力也有问题。
2.人眼的视觉特性(a)视觉的适应人眼视觉响应随着外界视场亮度的变化可分三类:下午9时21分5第二章人眼的视觉特性与图像探测明视觉响应：人眼适应大于或等于3cd/m2的视场亮度时，视觉由锥状细胞起作用。
暗视觉响应：人眼适应小于或等于3某10-5cd/m2的视场亮度时，视觉由杆状细胞起作用。
(夜间的灰白)中介视觉响应：视场亮度介于明、暗视觉响应之间时,视觉响应逐渐由锥状细胞转向杆状细胞起作用。
当视场亮度发生突变时，人眼的适应主要包括明暗适应和色彩适应。
下午9时21分6第二章人眼的视觉特性与图像探测适应过程的调节分两方面：①人眼的明暗视觉适应：在2~8mm之间自动调节瞳孔的大小，改变进入人眼的光通量。
《光电成像原理与技术A》教学大纲
课程编号：××××××
英文名称：Principle and Technology of Photoelectric Imaging
学分：3.5 学时：56 (理论学时：56)
先修课程：半导体物理、电动力学、应用光学、物理光学
一、目的与任务
本课程为电子科学与技术专业（光电子方向）的专业教育必修课程。
本课程的学习可以培养学生运用所学数理知识和方法认识和分析各种光电成像器件工作机理的能力和创新意识，提高学生对光电成像系统整体技术构成的认识，为他们走上工作岗位从事相关工作奠定基础。
通过对本学科新理论、新器件、新系统的介绍，还可以使学生了解本学科的最新发展动态和技术前沿。
本课程的内容亦军亦民，与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主义精神和大国防意识。
课程主要介绍各类光电成像器件的基本工作原理和各种光电成像系统的结构以及相关的学科和技术。
课程的任务是使学生掌握光电成像器件的基础理论和光电成像技术的基本原理，完成知识综合的教育和系统应用的教育。
课程强调应用所学习的基础理论和方法分析光电成像器件各环节的物理过程，理解和认识光电成像系统的结构、各子系统的作用，掌握光电成像技术的基本理论和思想方法等。
二、教学内容及学时分配（56学时）
第1章绪论（2学时）
1.1.光电成像技术的产生及发展
1.2.光电成像技术对视见光谱域和视见灵敏阈的延伸
1.3.光电成像技术的应用范畴
1.4.光电成像技术的四个领域
1.5.光电成像器件的分类
1.6.光电成像器件的特性
第2章人眼的视觉特性与图像探测（3学时）
2.1.人眼的视觉特性与模型
2.2.图像探测理论与图像探测方程
2.3.约翰逊准则
第3章辐射源与典型景物辐射（1学时）
3.1.典型辐射源及其特性
第4章辐射在大气中的传输（3学时）
4.1 大气的构成
4.2 大气消光及大气窗口
4.3大气吸收和散射的计算
4.4大气消光对光电成像系统性能的影响
第5章直视型电真空成像器件成像物理（9学时）
5.1.像管成像的物理过程
5.2.像管的类型与结构
5.3.图像的光电转换
5.4.电子图像的成像
5.5.电子图像的发光显示
5.6.光学图像的传像与电子图像的倍增
第6章直视型电真空成像系统的结构与特性分析（6学时）
6.1.微光夜视系统的结构与特点
6.2.直视型微光成像系统的总体设计
6.3.主动红外夜视系统的结构与特点
6.4.夜视系统的作用距离
第7章电视型电真空成像器件成像物理（5学时）
7.1.电视摄像的基本原理
7.2.光电导型摄像器件
7.3.光电发射型摄像器件
7.4.热释电摄像器件
第8章固体成像器件（CCD和CMOS）成像原理及应用（9学时）
D的物理基础
D的结构与工作原理
D成像原理与性能参数
8.4.微光电荷耦合成像器件
D的TDI工作方式
D的应用
8.7.CMOS成像器件与应用
第9章电视型成像系统的结构与特性分析（6学时）
9.1.电视系统的组成与工作原理
9.2.电视信号的发送与接收
9.3.实用微光电视系统
9.4.微光电视系统的视距估算
9.5.成像光子计数探测系统
9.6.光谱成像技术及应用
第10章红外热成像器件成像物理（8学时）
10.1.红外探测器的分类
10.2.红外探测器的工作条件与性能参数
10.3.光电导型红外探测器
10.4.光伏型红外探测器
10.5.红外焦平面阵列探测器
10.6.非制冷红外焦平面阵列探测器
10.7.量子阱红外探测器
第11章红外热成像系统的结构与特性分析（4学时）
11.1.热成像系统类型与基本参数
11.2.光机扫描系统
11.3.制冷器工作原理与分类
11.4.视频信号的处理与显示
11.5.热成像系统的性能模型与作用距离
11.6.热成像系统的实验室评价
11.7.热成像系统的总体设计的基本考虑
三、考核与成绩评定
本课程以课堂教学为主，平时成绩占总成绩的30%（平时考核10％＋课外作业20％）。
期末考核采用闭卷考试方式，成绩占总成绩的70%。
成绩评定按百分制计，六十分为及格。
四、大纲说明
1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。
《光电成像原理与技术实验》为与本课程部分内容配套的实验课程，故本课程不再安排实验学时。
2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。
3. 本大纲适合光电类相关专业。
五、教科书、参考书
教科书：
白廷柱，金伟其编著．光电成像原理与技术[M]．北京：北京理工大学出版社，2006. 1
参考书：
[1]邹异松，刘玉风，白廷柱编著．光电成像原理[M]．北京：北京理工大学出版社，1997.
[2]张敬贤，李玉丹，金伟其编著．微光与红外成像技术[M]．北京：北京理工大学出版社，1995.
[3]邹异松编著．电真空成像器件及理论分析[M]．北京：国防工业出版社，1989.
[4]《红外与光电系统手册》之三：光电元器件
[5]《红外与光电系统手册》之五：被动光电系统
[6]《红外与光电系统手册》之六：主动光电系统
[7]《红外与光电系统手册》之八：新系统和技术
编写教师：白廷柱，曹峰梅
责任教授：
教学院长签字：
《Principle and Technology of Photoelectric Imaging》
Course Code: ******
Course Name: Principle and Technology of Photoelectric Imaging
Class Hour: 56
Credit: 3.5
Course Description:
The objective of this course is to familiarize students with mathematical and physical techniques to analyze the principle of typical photoelectric imaging devices, system architecture and its application. This course also helps to train students to analyze photoelectric imaging problems and design practical imaging models.
The main contents of the course include the development and current status of optoelectronic imaging technique, the eye’s vision model, the image detection principle, the atmospheric propagation’s effect on the photoelectric imaging system, low-light-level night vision technique, television camera technique and infrared imaging techniques. It mainly focuses on the photoelectric device’s operating mechanism, architecture and typical photoelectric imaging systems based on these devices.。
