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第1章 光电测试用光源 1

1.1辐射度学和光度学基本概念 1

1.1.1辐射度学基本物理量 1

1.1.2光度学基本物理量 2

1.1.3其他基本概念 5

1.2光的产生 7

1.2.1光的辐射 7

1.2.2光的产生方法 8

1.2.3光源选择的基本要求 9

1.3发光二极管 10

1.3.1概况 10

1.3.2外形和结构 11

1.3.3LED发光机理 12

1.3.4LED的特性及参数 13

1.3.5LED驱动电路 16

1.3.6LED的应用 18

1.4激光光源 19

1.4.1激光的特点 20

1.4.2激光的形成 21

1.4.3激光的模式 24

1.4.4激光器的类型 26

1.5其他光源 29

1.5.1热辐射光源 29

1.5.2气体放电光源 31

思考题与习题 35

参考文献 35

第2章 光电探测器 36

2.1光电探测器的原理及特性 36

2.1.1光电探测器的种类 36

2.1.2光电探测器的原理 37

2.1.3光电探测器的特性参数 39

2.1.4光电探测器的噪声 41

2.2光电子发射器件 42

2.2.1光电管 42

2.2.2光电倍增管 46

2.3光电导探测器件 53

2.3.1光敏电阻的结构与原理 53

2.3.2光敏电阻的偏置电路与噪声 56

2.3.3典型光敏电阻与应用 58

2.4光伏探测器件 59

2.4.1硅光电池 60

2.4.2光电二极管 61

2.4.3其他类型的光电二极管 64

2.4.4光电三极管 66

2.5PSD位置探测器 69

2.5.1PSD工作原理 69

2.5.2PSD的特性 74

2.5.3PSD的应用 76

2.6电荷耦合器件 80

2.6.1CCD工作原理 80

2.6.2CCD摄像原理 85

2.6.3面阵CCD摄像器件的特性 89

2.6.4面阵CCD的电荷积累时间与电子快门 93

2.6.5CCD摄像机的分类 96

2.7自扫描光电二极管阵列 103

2.7.1光电二极管阵列的结构与原理 103

2.7.2SSPA线阵 106

2.7.3SSPA面阵 106

2.7.4SSPA的主要特性参数 107

2.7.5SSPA的信号输出与放大电路 109

2.8CMOS图像传感器 110

2.8.1CMOS图像传感器的结构 110

2.8.2CMOS图像传感器的特点 112

2.8.3CMOS图像传感器的性能参数 114

思考题与习题 121

参考文献 121

第3章 激光干涉测量 122

3.1光干涉基本原理 122

3.2激光干涉测量长度和位移 123

3.2.1激光干涉测量长度、位移的基本原理 123

3.2.2干涉条纹的信号处理 125

3.2.3典型测量系统 129

3.3激光外差干涉测量 141

3.3.1测量原理 141

3.3.2外差干涉测量应用 142

3.4激光多波长干涉测量 147

3.4.1多波长测量原理 147

3.4.23.39μm多波长激光干涉仪 151

3.5激光全息干涉测量 155

3.5.1全息基本原理 155

3.5.2全息干涉测试技术 161

3.5.3全息干涉测试技术的应用 165

3.6激光散斑干涉测量 170

3.6.1散斑的性质 171

3.6.2激光散斑干涉测量技术及应用 174

思考题与习题 180

参考文献 181

第4章 激光衍射测量 182

4.1激光衍射测量原理 182

4.1.1惠更斯-菲涅尔原理 182

4.1.2菲涅尔-基尔霍夫公式 183

4.1.3近场衍射与远场衍射 185

4.1.4巴俾涅原理 187

4.1.5衍射测量技术特点 189

4.2激光衍射测量方法 189

4.2.1夫琅和费单缝衍射和圆孔衍射 189

4.2.2基本方案——测量输入参数的选择和分析 195

4.2.3典型衍射测量方法 198

4.2.4测量精度与最大量程 202

4.3激光衍射测量的实际应用 204

4.3.1应变测量 204

4.3.2刀刃表面质量检测和磁盘系统间隙测量 205

4.3.3薄膜涂层厚度测量 205

4.3.4漆包线激光动态测径仪 207

4.3.5喷丝头孔径测量 209

4.3.6角度精密测量 210

思考题与习题 212

参考文献 212

第5章 典型光电测试系统 213

5.1光电开关与光电转速计 213

5.1.1光电开关 213

5.1.2光电转速计 216

5.2莫尔条纹测长仪 217

5.2.1莫尔条纹 218

5.2.2莫尔条纹测长原理 221

5.2.3细分判向原理 221

5.2.4置零信号的产生 225

5.3激光测距仪 225

5.3.1脉冲激光测距仪 225

5.3.2相位激光测距仪 228

5.4激光准直仪 231

5.4.1激光准直仪原理 231

5.4.2准直激光器 232

5.4.3准直光束的抖动和折射 233

5.5光弹效应测力计 235

5.5.1光弹效应 235

5.5.2光弹效应测力计的结构与原理 236

5.6激光多普勒测速仪 237

5.6.1光学多普勒频移 238

5.6.2频率检测 239

5.6.3激光多普勒测速仪的组成 239

5.6.4激光多普勒测速技术的特点和应用 243

5.7红外线气体分析仪 243

5.7.1朗伯-比尔吸收定律 244

5.7.2空间双光路气体分析仪 245

5.7.3时间双光路气体分析仪 248

思考题与习题 249

参考文献 250

第6章 视觉测量 251

6.1视觉测量概述 251

6.1.1视觉测量系统的组成 251

6.1.2视觉测量关键技术 253

6.1.3针孔成像模型 255

6.2双目立体视觉测量 258

6.2.1测量原理与数学模型 258

6.2.2两幅图像对应点匹配 261

6.3结构光三维视觉测量 263

6.3.1测量原理与数学模型 263

6.3.2光条信息提取方法 267

6.4视觉测量标定 270

6.4.1摄像机标定 270

6.4.2双目立体视觉测量标定 274

6.4.3结构光三维视觉测量标定 276

6.5典型视觉测量系统 277

6.5.1轿车白车身视觉测量系统 277

6.5.2无缝钢管直线度视觉测量系统 278

6.5.3车轮视觉测量定位系统 279

6.5.4光笔式三坐标测量机 281

6.5.5钢轨磨耗车载动态视觉测量系统 282

思考题与习题 283

参考文献 284

第7章 激光雷达及探测 285

7.1概述 285

7.1.1激光雷达的基本原理及构成 285

7.1.2激光雷达的分类及特点 291

7.2激光雷达方程 292

7.2.1激光雷达方程的标准形式 292

7.2.2激光雷达方程的能量形式 293

7.3激光雷达的性能 294

7.3.1信噪比SNR 294

7.3.2探测概率 296

7.4激光雷达目标的特性 297

7.4.1目标激光横截面 297

7.4.2两类目标的激光横截面 297

7.5激光雷达的发射系统和接收系统 299

7.5.1激光雷达的发射系统 300

7.5.2激光雷达的接收系统 305

7.6典型激光雷达系统 309

7.6.1非相干激光雷达系统 309

7.6.2相干激光雷达系统 316

7.6.3相干激光多普勒测速雷达 318

7.6.4合成孔径激光雷达 320

7.6.5相控阵激光雷达 320

7.6.6激光雷达的应用 323

思考题与习题 329

参考文献 329

第8章 光电导航与制导 330

8.1红外方位探测系统 330

8.1.1基于调制盘的方位探测原理 330

8.1.2基于调制盘的红外方位探测系统结构 333

8.1.3基于多元点源探测的红外导引系统 335

8.2光电成像制导 337

8.2.1红外成像制导 337

8.2.2激光成像制导 342

8.2.3电视制导 344

8.2.4复合成像制导 346

8.3光学陀螺技术 348

8.3.1Sagnac效应 348

8.3.2激光陀螺 350

8.3.3光纤陀螺 353

8.4图像匹配导航 359

8.4.1景象匹配导航 359

8.4.2地形匹配导航 366

8.5天文导航 374

8.5.1天文导航的基本原理 374

8.5.2天文导航系统的组成 376

8.5.3基于径向和环向特征的星图识别 378

思考题与习题 382

参考文献 383

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