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出版者:电子工业出版社

作者:向敬成

出品人:

页数:279

译者:

出版时间:2001-5

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787505362512

丛书系列:

图书标签:

• 雷达
• 信号处理
• 电磁波
• 目标探测
• 系统设计
• 无线电
• 电子工程
• 军事技术
• 遥感
• 导航

现代光学成像与探测技术：从理论基础到前沿应用 本书深入探讨了当代光学成像与探测领域的核心原理、关键技术及广阔应用前景，旨在为相关专业的学生、科研人员及工程技术人员提供一部全面而深入的参考指南。全书结构严谨，内容详实，力求在理论深度与工程实践之间搭建坚实的桥梁。 第一部分：光学成像与探测的基础理论 本部分构建了理解现代探测系统的理论框架，涵盖了从光与物质的相互作用到信息捕获的全过程。 第一章：电磁波与光的基础 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在光波传播中的应用，重点解析了光波的波动性、偏振特性及其在介质中的传播规律。详细阐述了傅里叶光学的基础，包括空间频率、角谱传播理论和菲涅耳/夫琅禾费衍射近似的适用条件与物理意义。引入了光场概念，为后续的成像系统分析奠定数学基础。特别关注了相干性和非相干性对探测结果的影响机制。 第二章：辐射度量学与光子统计 准确量化光信号是设计高效探测系统的先决条件。本章系统介绍了辐射度量学中的基本量，如辐射度、辐亮度、光通量等，并区分了它们在几何光学和物理光学中的不同应用侧重。深入探讨了光子统计的本质，特别是泊松统计、散粒噪声（Shot Noise）的来源及其在弱光探测中的限制作用。讲解了光子计数原理，以及如何利用统计方法区分信号与噪声。 第三章：光学系统的成像原理 本章聚焦于传统几何光学和物理光学在成像系统中的结合应用。详细分析了透镜系统的像差理论，包括单色像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）和色像差的数学模型与校正方法。引入了光学系统的调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF）作为评价成像质量的核心工具，并推导了不同类型光阑对MTF的影响。讨论了衍射极限对分辨率的根本制约。 第四章：传感器技术与信号获取 本部分是信息捕获的核心环节。详细介绍了基于半导体的光电探测器，如电荷耦合器件（CCD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）成像器的工作原理、关键参数（量子效率、动态范围、读取噪声）的测量与优化。对比了不同像素结构（如背照式、堆栈式）的优势与劣势。此外，还对红外探测器（如碲镉汞MCT、热释电/热辐射探测器）的工作原理、制冷需求和响应特性进行了深入剖析。 第二部分：先进成像与探测技术 本部分转向对现代高分辨率、高动态范围以及多维信息获取技术的深入研究。 第五章：波前整形与自适应光学 针对大气湍流、光学元件缺陷等引起的波前畸变，本章详细阐述了自适应光学（AO）系统的基本结构，包括波前传感器（如夏克-哈特曼传感器）、变形镜（DM）和控制算法。深入分析了闭环控制系统的稳定性与带宽限制。拓展讨论了随机并行梯度下降（SPGD）等无波前传感器技术的原理和适用场景。 第六章：计算成像与压缩感知 本章是连接光学与信息科学的桥梁。首先介绍了基于计算的光学成像范式，重点阐述了单像素相机（PSC）的原理，以及如何通过编码孔径或散斑场实现信息压缩捕获。详细推导了压缩感知（Compressed Sensing, CS）的数学基础，包括测量矩阵的设计、稀疏表示的选择以及重建算法（如OMP、Basis Pursuit）的实现。讨论了其在快速成像和低数据量传输中的革命性意义。 第七章：高光谱与多光谱成像 本章致力于多维光谱信息的获取。区分了多光谱、高光谱和全光谱成像的概念。详细分析了常用的高光谱数据获取技术，如推扫式（Whiskbroom）、并扫式（Staring）和成像光谱仪（IFOV）。重点讲解了斩波式、滤波轮式以及基于傅里叶变换的高光谱技术。讨论了高光谱数据的立方体结构、数据压缩方法以及大气校正和辐射定标的流程。 第八章：时间分辨与超快成像 本章探讨了对光事件进行时间解析的方法。介绍了门控成像（Gated Imaging）的基本原理和时间分辨率的限制。深入研究了超快时间分辨技术，如飞秒激光脉冲的测量（自相关、频率分辨光学开关FROG/ gerçekleştirmek等）。讨论了基于时间延迟的成像方法，如时间相关单光子计数（TCSPC）及其在生物成像和遥感中的应用。 第三部分：探测系统的工程实现与应用 本部分将理论与实际工程问题相结合，探讨了系统设计、性能评估以及新兴领域的应用。 第九章：噪声分析与系统性能优化 本章是系统集成与验证的关键。详细分析了探测系统中所有噪声源的贡献，包括散粒噪声、暗电流噪声、读取噪声、背景噪声和系统耦合噪声。引入了信噪比（SNR）和最小可探测信号（NEP）作为核心性能指标。阐述了如何通过优化系统参数（如曝光时间、增益设置、温度控制）和采用数字信号处理方法来最大化系统的实际探测效率。 第十章：遥感与远程探测原理 本章聚焦于大距离、大场景的探测任务。系统介绍了大气光学厚度、能见度和大气散射对远距离成像的影响模型。详细讨论了主动遥感（如激光雷达LIDAR）的基本原理，包括直接探测和相干探测的几何约束和信号回波模型。分析了地形、植被和海洋对不同波段辐射的反射和吸收特性，以及如何进行辐射校正和地物分类。 第十一章：机器视觉与图像处理基础 本章概述了从原始信号到可解释信息的转化过程。涵盖了图像增强技术（如直方图均衡化、对比度拉伸）和图像复原技术（如维纳滤波、Lucy-Richardson反卷积）。重点介绍了边缘检测、图像分割（阈值法、区域生长、主动轮廓模型）以及基于特征的匹配与识别算法，为后续更复杂的智能分析打下基础。 第十二章：前沿交叉应用探索 本章展望了本领域未来发展的几个关键方向。探讨了光场相机（Light Field Camera）的多视点成像能力及其在三维重建中的优势。深入研究了偏振成像技术，如何利用Stokes矢量和Jones矩阵提取表面粗糙度、材料成分等几何和物理信息。最后，讨论了量子成像的基本概念，包括纠缠光子对的产生与探测，及其在超低噪声成像方面的潜力。 本书特色： 理论深度与工程实用性兼顾： 每一个理论章节后都紧密结合了具体的工程设计考量与优化策略。 覆盖面广： 从基础的光波理论到先进的计算成像技术，全面覆盖了现代光学探测的知识图谱。 注重数学推导： 提供了关键公式的详细推导过程，便于读者深入理解背后的物理机制。 本书适合作为高等院校物理学、光学工程、电子信息工程、遥感科学等专业高年级本科生和研究生的教材或参考书。

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