光电成像原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京理工大学出版社

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787810452311

丛书系列:

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• 光电成像
• 成像原理
• 光学
• 传感器
• 图像处理
• 光电探测
• 生物医学工程
• 仪器仪表
• 物理学
• 工程学

《现代光学系统设计与应用》 图书简介 本书旨在为光学工程、物理学以及相关交叉学科的工程师、研究人员和高年级本科生提供一套全面、深入且实用的现代光学系统设计与应用知识体系。本书不仅涵盖了经典光学理论的严谨基础，更聚焦于当代高新技术领域中复杂光学系统的设计、建模、优化与实际应用，强调理论与实践的紧密结合。 第一部分：光学系统设计的基础理论与工具 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础。 第一章：几何光学与成像基础的重构 本章从费马原理出发，系统回顾了光的传播与折射定律。重点阐述了近轴近似下的成像原理，如矩阵光学（ABCD矩阵法）在描述复杂多镜片系统中的强大应用。深入探讨了系统的光焦度、放大率、场曲、像差的定义与计算。区别于传统教科书的纯理论推导，本章引入了现代光学设计软件中的参数化建模方法，展示如何利用矩阵工具快速评估初始系统布局的可行性。此外，对偏轴光线追迹、有限共轭比系统（Finite Conjugate Systems）的特性进行了详细分析。 第二章：波动光学与衍射理论 本章深入探讨了光的波动本质，这是理解高分辨率成像和干涉现象的关键。内容包括惠更斯-菲涅耳原理、夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的精确数学描述及其在实际系统（如光阑、狭缝）中的表现。重点讲解了傅里叶光学，阐释了透镜如何实现傅里叶变换，以及该特性在模式识别、相干系统中的应用。本章详细分析了衍射极限（Airy斑）的物理意义及其对系统分辨率的根本限制，并引入了相干性（空间相干与时间相干）的概念及其对成像质量的影响。 第三章：光学系统性能的量化描述 本章聚焦于如何客观评估一个光学系统的成像质量。引入了调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF）作为描述系统的核心工具。详细推导了理想光学系统和存在像差系统的MTF，并探讨了如何通过实验或仿真测量这些关键指标。对比了MTF、对比度函数（CTF）和能量分布函数（EEF）的适用场景。本章还深入分析了离轴成像中的像差理论，包括五种经典几何像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）的数学表达式、对成像的影响以及在设计初期如何通过镜面设计或特定玻璃组合来补偿这些像差。 第二部分：现代光学系统的关键技术 本部分转向现代光学工程中不可或缺的实际技术组件与系统。 第四章：精密光学元件的设计与制造考量 成功的系统依赖于高精度的元件。本章详细介绍了非球面透镜的设计原理，包括对偶曲面方程（如Zernike多项式描述的曲面）的建立与优化，以及非球面如何有效矫正球差和场曲。讨论了现代光学镀膜技术，如单层、多层增透膜（Anti-Reflection Coatings）和高反射膜（High-Reflectivity Coatings）的理论基础、设计流程（如软膜法、硬膜法）及其对系统效率（透过率、反射率）的影响。此外，对自由曲面光学（Freeform Optics）在紧凑化系统中的新兴应用进行了前瞻性介绍。 第五章：光机集成与热力学稳定 光学系统并非孤立存在，其性能严重依赖于机械支撑和环境控制。本章探讨了光机集成（Opto-Mechanical Integration）的基本原则，包括公差分析（Tolerance Analysis）在确保批量产品性能一致性中的作用。详细讨论了机械设计参数（如结构刚度、安装方式）如何影响元件的定位精度和倾斜误差。系统分析了热效应：温度变化如何导致元件的材料属性变化（折射率漂移）、元件尺寸变化以及机械结构变形，并介绍了主动/被动热控制策略，以维持精密光学系统的长期稳定性。 第六章：先进照明与光束整形技术 本章关注于如何有效控制光的传播形态，这是激光系统、光纤耦合和显示技术的核心。讲解了基模（TEM₀₀）与高斯光束的特点，以及利用拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian）光束进行角动量传输的原理。深入探讨了光束整形技术，如使用衍射光学元件（DOE）将高斯光束转换为均匀光斑（Top-Hat Profile）的方法，以及棱镜阵列（Lenticular Arrays）在创建均匀照明场中的应用。对自由电子激光（FEL）中的光束传输和聚焦问题进行了简要介绍。 第三部分：特定应用领域的光学系统实例 本部分通过具体的工程案例，展示前述原理在实际系统中的集成与应用。 第七章：高分辨率远心成像系统设计 远心镜头（Telecentric Lenses）是工业检测、计量和机器视觉中对景深要求极高的场合的理想选择。本章详述了前焦距远心与后焦距远心的区别与应用场景。重点分析了如何通过合理的镜组配置和有限共轭比设计，实现极小的角度放大率变化（即高远心度）。案例分析集中于如何结合低色散玻璃和消色差设计来构建宽视场、高分辨率的远心物镜，并讨论了轴外像差控制的挑战。 第八章：基于波导的光学导航与显示系统 本章聚焦于涉及界面光学器件的系统，如抬头显示器（HUD）和增强现实（AR）光学引擎。详细介绍了全息波导、衍射光栅波导和微棱镜阵列波导的原理、效率和视场限制。分析了如何通过精确设计出射光瞳（Exit Pupil）的扩展，以适应人眼的瞳孔运动和眼睛位置变化，确保宽视场下的均匀亮度和图像质量。涉及的关键技术包括光栅方程的优化与布拉格条件下的效率分析。 第九章：激光雷达（LiDAR）系统的光学路径设计 LiDAR作为现代三维感知技术的核心，对光学系统的设计提出了高信噪比和抗干扰的要求。本章分析了直接飞行时间（dToF）和连续波（CW）LiDAR系统的关键光学组件。重点讨论了扫描策略（如机械扫描、固态扫描与混合扫描）对光学系统布局的影响。详细阐述了如何设计高效的发射光学系统（准直与扩束）和高灵敏度的接收光学系统，包括如何利用窄带滤波器和准像差平坦化的离轴反射镜系统来最大化信噪比，并应对大气湍流对光束的影响。 总结与展望 全书贯穿了从理论建模到仿真验证再到工程实现的完整流程。每一章均配有丰富的图表和设计案例，帮助读者掌握从概念到产品的转化过程，为读者构建一个全面、前沿且具备实践指导价值的现代光学系统设计知识库。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了深邃的宝蓝色，配上银色的烫金字体，显得既专业又不失现代感。内页纸张的质地也非常考究，摸起来厚实光滑，即使用钢笔书写也不会洇墨，这对于需要大量做笔记和勾画重点的读者来说，简直是福音。尤其是那些复杂的公式和图表，印刷得清晰锐利，即便是初次接触这个领域的人，也能比较轻松地辨认出每一个细节。装订也非常牢固，我可以放心地将它长时间摊开阅读，不用担心书脊会过早损坏。整体而言，从物理触感到视觉体验，这本书都传递出一种严谨和高品质的感觉，让人在阅读之前就已经对其中的知识内容充满了期待和尊重。这种对细节的关注，体现了出版方对知识的尊重，也极大地提升了读者的阅读舒适度。

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我花了整整一个周末的时间，沉浸在第一章的内容里，最大的感受是作者的叙事逻辑极其清晰有力。他并没有一上来就抛出那些令人望而生畏的专业术语，而是采取了一种循序渐进的“搭积木”式的讲解方式。从最基础的光学成像概念讲起，一步步过渡到复杂的系统集成，每一步的过渡都像是事先精心设计好的桥梁，确保读者不会在中途感到迷失方向。举个例子，在解释“衍射极限”时，作者用了一个非常生动的类比，将抽象的物理现象具象化了，这比教科书上干巴巴的数学推导要有效得多。我发现自己很久没有体会到这种“豁然开朗”的感觉了，这种将深奥知识用平易近人方式传达出来的能力，实在是高明。它成功地降低了初学者的心理门槛，让人愿意继续深入探索后面的内容。

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如果说这本书有什么让我感到略微有些吃力的部分，那可能就是最后关于信号处理和噪声抑制那一章了。作者在深入探讨这些高级算法时，文字的密度明显增加，同时对读者的数学背景要求也提升到了一个新的水平。虽然书中提供了足够的参考资料链接和脚注来指导读者查阅背景知识，但对于我这种非专业背景出身的读者来说，理解那些涉及高维矩阵运算和概率统计的推导过程，还是需要反复阅读好几遍，甚至需要暂停下来去复习相关的数学工具。不过，从另一个角度看，这恰恰说明了这本书内容的深度和广度是毋庸置疑的，它忠实地记录了该领域前沿研究的复杂性，也为有志于往这个方向深造的读者打下了坚实的基础。

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这本书的案例分析部分，可以说是真正让知识活起来的关键。很多理论书籍读起来干巴巴的，读完就忘，但这本书的不同之处在于，它紧密结合了最新的行业应用。比如，在讨论传感器技术时，作者不仅详细介绍了不同类型传感器的基本原理，还穿插了它们在高端医疗影像设备和遥感侦察系统中的实际部署和遇到的挑战。这些案例的选取非常具有前瞻性，让我深刻体会到这些理论知识在现实世界中是如何发挥作用的，而不是停留在纸面上的空谈。阅读这些部分时，我感觉自己仿佛正在参与一场高规格的技术研讨会，而不是单纯地在读书。这种理论与实践的无缝对接，极大地增强了知识的实用价值和可信度。

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这本书的附录部分简直是宝藏，完全没有敷衍了事。我特别欣赏作者在附录中收录的“关键术语速查表”和“经典实验模拟软件推荐列表”。速查表非常实用，在我阅读过程中遇到新的、陌生的缩写或术语时，可以立刻翻阅，不用打断阅读的连贯性去进行大范围搜索。而软件推荐列表，则提供了一个非常实际的动手实践路径，让我知道哪些工具可以用来验证书中所学的理论模型。很多作者只是把书写完就结束了，但这位作者显然考虑到了读者在学完理论后的“下一步该做什么”，这种“一站式服务”的关怀感，让这本书的价值超越了一本单纯的教材，更像是一位经验丰富的导师的陪伴。

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