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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