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出版者:科学出版社

作者:[日]谷萩隆嗣

出品人:

页数:244

译者:王友功

出版时间:2003-9-1

价格:20.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030113733

丛书系列:

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好的，这是一本关于高精度光学成像系统设计与优化的图书简介，该书内容详尽，适合光学工程、精密仪器制造及相关领域的研究人员和工程师参考。 --- 图书名称：高精度光学成像系统设计与优化 内容简介 本书系统性地探讨了现代高精度光学成像系统的理论基础、关键技术、设计流程以及实际优化策略。在当前对成像质量、分辨率和系统小型化提出更高要求的背景下，本书旨在提供一个全面的、实践导向的知识框架，帮助读者理解并掌握从需求分析到最终系统交付的全过程。全书内容聚焦于如何突破传统光学设计的局限性，实现超衍射极限成像、高动态范围捕获以及复杂环境下的鲁棒性设计。 第一部分：成像系统基础与理论建模 第一章：现代成像需求的解析与系统需求分解 本章首先界定了“高精度”的内涵，并详细分析了不同应用场景（如高倍率显微、深空探测、生物医学成像、机器视觉）对成像系统的特定要求，包括分辨率、MTF（调制传递函数）、视场角（FOV）、景深（DOF）以及对杂散光抑制的严格标准。随后，介绍了如何将宏观系统指标有效地分解为具体的物理约束和设计参数，为后续的初样设计奠定基础。 第二章：几何光学与初级成像的限制 深入回顾了费马原理、光线追迹算法，并着重于分析理想透镜系统（如共轭点、放大率）的构建。重点剖析了五大几何像差——球差、彗差、像散、场曲和畸变——的数学表达式、物理成因及其对成像质量的综合影响。本章提供了一套基于Zemax或Code V等软件的初级系统搭建流程，以几何光线追迹快速评估潜在设计方案的可行性。 第三章：波动光学与衍射极限的挑战 本部分转向对成像系统性能更精细的描述。详细阐述了夫琅禾费衍射、菲涅耳衍射理论，并引入了傅里叶光学在成像系统分析中的应用。核心内容集中在点扩散函数（PSF）和调制传递函数（MTF）的精确计算方法，包括如何通过傅里叶变换将系统中的所有光学效应（如衍射、离焦、像差）综合体现在MTF曲线中。探讨了艾里斑理论在评估衍射受限系统时的重要性。 第二部分：关键技术与先进光学元件 第四章：消色差与色像差校正策略 色差是影响多光谱或宽带成像系统精度的主要障碍。本章系统介绍了色散理论，并详细对比了不同消色差方案的优劣，包括双胶合透镜、三片式、阿普洛（Apochromatic）设计等。着重讲解了利用非常规色散材料（如氟化物玻璃、高折射率稀土玻璃）和衍射元件（DOE）实现宽光谱范围内的严格色校正技术。 第五章：非球面与自由曲面光学的设计与制造 为克服传统球面透镜带来的像差限制，本书详尽介绍了非球面透镜的设计原理、优化方法及其在折射和反射系统中的应用。更进一步，深入探讨了自由曲面（Freeform Optics）技术，展示了如何通过复杂曲面来替代多片传统镜组，实现系统的小型化、轻量化和性能的革命性提升。内容涵盖自由曲面的一般表达式、梯度下降优化算法以及曲面面形误差的公差分析。 第六章：先进镀膜技术与杂散光控制 光学系统的噪声和对比度往往受限于镀膜质量和杂散光。本章详细阐述了介质多层膜的基本原理，包括增透膜、高反膜、分光膜的设计与工艺控制。在杂散光抑制方面，系统分析了内部反射、边缘溢光、表面散射等主要来源，并提出了结构化解决方案，例如采用黑化处理、优化光阑形状、设计遮光环和使用陷光结构（Light Trap）的工程实践。 第三部分：系统集成、优化与误差容忍度 第七章：成像系统集成与公差分析 一个设计优良的系统必须在制造公差范围内保持性能稳定。本章侧重于机械设计对光学的耦合影响。详细介绍了公差分析（Tolerance Analysis）的统计学方法（如RSS法），包括对元件厚度、间距、倾斜、定位误差的敏感度分析。同时，探讨了如何通过优化设计（如优化镜头装配间隙）和引入自适应调整机制来应对制造限制。 第八章：光学系统优化算法与局部极小值规避 系统地介绍了现代光学设计软件中使用的优化算法，如达雷-阿达姆（Damped-Levenberg-Marquardt）算法。重点讨论了在多目标、多约束优化过程中，如何识别和逃离局部极小值陷阱。引入了全局优化方法，如模拟退火（Simulated Annealing）和遗传算法（Genetic Algorithms）在复杂自由曲面系统参数空间搜索中的应用。 第九章：现代成像系统的测试与验证 系统的性能验证是设计闭环的关键一步。本章涵盖了实验室级的光学测试方法，包括使用Shack-Hartmann波前传感器进行精确的面形测量，使用MTF测试仪进行客观成像质量评估，以及在实际工作条件下进行的场景对比测试。同时，讨论了如何将实际测试数据反馈给设计模型，以完善系统的迭代优化。 第四部分：前沿应用与未来趋势 第十章：计算光学成像的新范式 本书的最后部分展望了与计算科学深度融合的前沿技术。详细介绍了计算光阑（Computational Aperture）的概念，包括薄型衍射元件（DOE）在聚焦和编码信息方面的应用。深入分析了计算层析成像（Computational Tomography）、光场成像（Light Field Imaging）和单像素相机（Single-Pixel Camera）等技术如何颠覆传统依赖复杂镜头的成像模式，实现传统光学无法达到的功能。 --- 目标读者： 光学工程师、仪器设计师、精密光学系统研发人员、研究生及相关专业的教师和研究人员。 本书特点： 深度融合理论与实践： 不仅推导了核心公式，更结合主流商业软件的实际操作经验进行讲解。 聚焦前沿技术： 大量篇幅用于介绍自由曲面、计算光学等当代研究热点。 系统性强： 覆盖了从理论建模、元件选择到最终测试验证的完整流程。

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作为一名在通信领域工作多年的工程师，我一直觉得数字滤波是我技术生涯中一个略显薄弱的环节，尽管接触过一些，但总觉得不够系统，不够深入。偶然间，我在书店看到了这本《数字滤波器与信号处理》，翻阅之下，便深深地被其内容所吸引。这本书的理论深度毋庸置疑，对于各种滤波器的数学推导严谨而详尽，但最让我赞赏的是，它并没有让这些理论束之高阁，而是通过大量实际工程应用的案例，将抽象的理论具象化。比如，书中关于噪声抑制的章节，通过分析实际通信系统中存在的各种噪声，然后讲解如何利用不同特性的数字滤波器来有效消除它们，这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，让我受益匪浅。我还特别喜欢书中对自适应滤波器的介绍，这在当前复杂的通信环境下尤为重要，书中不仅阐述了LMS、RLS等算法的原理，还分析了它们在信道均衡、回声消除等方面的应用，这正是我工作中急需解决的问题。此外，书中对多速率信号处理的讨论，也给了我很多启发，它让我意识到在很多应用场景下，如何高效地进行信号的升采样和降采样，对于整体系统的性能至关重要。这本书的语言风格专业而不失流畅，即使是比较复杂的概念，在作者的笔下也显得清晰易懂。它不是一本只适合初学者的入门读物，更适合有一定基础、希望在数字滤波领域有所突破的工程师。我从这本书中获得的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思路和方法，这对于我提升工作效率和技术水平有着不可估量的价值，我敢说，这本书是我近年来读到的最实用、最有价值的技术书籍之一。

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这本书我简直爱不释手，一拿到手就被它沉甸甸的质感和封面那深邃的蓝色所吸引，仿佛预示着里面蕴含着无穷的数字智慧。我是一名初涉信号处理领域的学生，刚开始接触滤波器时，感觉就像面对一堆晦涩难懂的数学公式和抽象的概念，常常感到无从下手。然而，这本书的出现，彻底改变了我的认知。作者的讲解逻辑清晰，循序渐进，从最基础的离散时间信号和系统理论讲起，一点一点地剖析了各种滤波器的原理和设计方法。我尤其欣赏书中对不同类型滤波器（如FIR、IIR）的对比分析，不仅详细阐述了它们各自的优缺点，还给出了丰富的实例，让我能够直观地理解如何在实际问题中选择合适的滤波器。书中的图示也非常精美，那些频率响应、相位响应的曲线图，不再是冰冷的数学符号，而是生动地展示了滤波器的“性格”。作者还巧妙地融入了MATLAB等工具的应用，使得理论学习与实践操作紧密结合，我跟着书中的代码动手实践，感觉自己真的能够“玩转”数字滤波器了。特别是关于窗函数法和频率采样法的讲解，让我茅塞顿开，以前觉得很复杂的滤波器设计，现在竟然变得触手可及。整本书的编排设计也十分人性化，每章结束后都有小结和习题，帮助巩固知识。这本书不仅是一本教材，更像是一位耐心的导师，引导我一步步深入数字滤波器和信号处理的殿堂，它的深度和广度让我感到惊喜，也为我未来的学习打下了坚实的基础，我强烈推荐给所有对信号处理感兴趣的朋友们。

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作为一名资深的软件架构师，我一直认为，虽然我不直接编写底层的DSP代码，但理解信号处理的基本原理，对于设计更优化的系统至关重要。这本《数字滤波器与信号处理》为我打开了一个全新的视角。书中关于系统建模和仿真分析的部分，让我对如何评估和优化系统性能有了更深入的理解。我尤其对书中关于离散时间系统表示和时域/频域分析的讲解印象深刻。作者通过清晰的数学推导和图形展示，让我能够理解不同滤波器的特性是如何影响系统整体行为的。书中关于滤波器在嵌入式系统中的效率优化和硬件实现方面的讨论，虽然我不是直接的实现者，但对我理解软件设计和硬件约束之间的关系非常有启发。例如，书中关于如何在资源受限的环境下实现高性能滤波器的策略，让我对如何进行系统级的性能调优有了新的思路。我尤其欣赏书中关于“权衡”的讨论，例如在设计滤波器时，如何在通带纹波、阻带衰减、过渡带宽度和计算复杂度之间做出选择。这种深入的分析，对于做出合理的系统设计决策至关重要。这本书的内容非常全面，覆盖了从理论基础到实际应用的各个方面，它的深度和广度都让我感到惊喜。我从这本书中获得的知识，将有力地指导我未来的系统设计工作，让我能够做出更具前瞻性和鲁棒性的决策。

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我一直对声音的本质和处理充满好奇，作为一个业余的音频爱好者，我常常在想，那些音乐制作软件中的各种效果器，比如均衡器、混响器等，究竟是怎么工作的。直到我读了《数字滤波器与信号处理》，我才算真正打开了新世界的大门。这本书的语言风格非常吸引人，没有那种教科书式的生硬，更像是一位经验丰富的老师，带着你去探索数字信号处理的奥秘。我最喜欢的部分是关于音频信号处理的章节，书中详细讲解了如何利用数字滤波器来对音频信号进行分析、处理和增强。例如，关于均衡器的工作原理，书中通过介绍不同频率段的增益调整，让我彻底明白了为什么调整高低音能改变音乐的听感。还有关于降噪算法的讲解，让我理解了如何通过去除特定频率的噪声来还原纯净的声音。书中还详细介绍了FIR和IIR滤波器在音频处理中的应用，并给出了具体的滤波器设计实例，让我可以尝试着自己去设计一些简单的音频滤波器。我跟着书中的例子，用MATLAB编写了一些小程序，尝试处理自己录制的音频片段，效果令人惊叹。这种将理论知识转化为实际应用的能力，让我感到非常兴奋。这本书不仅满足了我对声音处理的好奇心，更让我看到了数字信号处理在艺术创作领域的巨大潜力。我非常享受阅读这本书的过程，它让我对声音的理解更加深刻，也让我对未来在音频创作方面进行更深入的探索充满了信心。

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作为一个在机器学习和数据科学领域工作的从业者，我一直觉得信号处理是理解许多算法底层原理的关键。这本《数字滤波器与信号处理》正好填补了我在这方面的知识空白。书中关于特征工程和降维的章节，给我带来了很多启发。我尤其欣赏书中关于如何利用滤波器提取信号中的有用特征，并去除冗余信息的讲解。例如，书中关于傅里叶变换和其在信号频谱分析中的应用，让我更好地理解了如何从原始数据中挖掘出隐藏在不同频率上的信息。此外，书中关于滤波器在信号降噪方面的应用，对于我处理实际数据集中的噪声数据非常有帮助。很多时候，原始数据中的噪声会严重影响模型的训练效果，而学会如何有效地去除这些噪声，将大大提升我的工作效率。我还对书中关于自适应滤波器的讨论很感兴趣，这在一些动态变化的数据场景下尤为重要。理解了自适应滤波器的原理，我能够更好地设计和优化机器学习模型，使其能够适应不断变化的数据分布。这本书的语言风格既专业又易懂，即使是复杂的数学概念，在作者的笔下也变得清晰明了。我从这本书中获得的知识，不仅拓宽了我的技术视野，更让我能够从更深层次理解和优化我所开发的模型。

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作为一名在生物医学工程领域的研究人员，我一直关注着信号处理技术在医学影像和生理信号分析中的应用。这本《数字滤波器与信号处理》的内容，可以说正好切中了我的需求。书中关于信号去噪和特征提取的章节，对我进行心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号分析提供了极大的帮助。例如，书中对各种噪声类型（如工频干扰、基线漂移）的详细分析，以及针对这些噪声的滤波器设计方法，让我能够更有效地处理采集到的生理信号，去除干扰，提取有用的特征。我特别欣赏书中对小波滤波在处理非平稳信号（如ECG信号中的QRS波）方面的应用讲解，这让我看到了传统滤波器方法的局限性，以及小波变换的独特优势。书中还详细介绍了如何根据信号的特性来设计合适的滤波器，比如在检测微弱信号时，如何选择高通滤波器来去除低频噪声；在分析周期性信号时，如何利用陷波滤波器来消除特定频率的干扰。这本书的理论深度和实践指导性都非常出色，它为我解决实际研究中的信号处理难题提供了重要的理论支撑和技术方法。我从书中获得的知识，不仅提升了我当前的研究能力，也为我未来在生物医学信号处理领域进行更深入的研究奠定了坚实的基础。

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这是一本让我耳目一新的技术书籍。我是一名正在攻读数字信号处理方向研究生的学生，平时接触的文献和论文大多篇幅短小，而且往往聚焦于某个特定算法或应用。而这本书，则提供了一个宏观而又细致的视角，将整个数字滤波器和信号处理的领域进行了系统性的梳理和讲解。我尤其欣赏书中在各个章节都进行的“历史回顾”和“未来展望”部分，它不仅让我了解了这些理论和技术的演进过程，更让我对该领域的未来发展趋势有了一个初步的认识。例如，在讲解经典滤波器设计方法的同时，书中也提到了近年来兴起的基于优化的滤波器设计技术，以及它们在特定应用中的优势。我对书中关于小波变换在信号处理中的应用的章节印象尤其深刻，这部分内容将小波变换的原理与数字滤波紧密联系起来，并通过一些实例展示了其在信号去噪、特征提取等方面的强大能力。这种跨学科的融合，让我看到了数字滤波更广阔的应用前景。此外，书中对一些“难点”问题的讨论，比如滤波器设计中的稳定性问题、量化误差的影响，以及如何在有限字长下实现高性能的滤波器，都写得非常透彻，并给出了相应的解决方案和权衡分析，这对于我们做研究非常有帮助。这本书的阅读体验非常好，排版精美，图文并茂，而且索引清晰，查找起来十分方便。它既有理论的深度，又有实践的指导意义，是一本不可多得的优秀教材，我将其作为我学位论文的重要参考资料。

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最近我一直在钻研数字图像处理，想要提升自己在这方面的技能。偶然间，我看到了《数字滤波器与信号处理》这本书，抱着学习的心态翻阅了一下，结果一发不可收拾。书中关于图像滤波的章节，简直是我期望中应有的内容。作者不仅讲解了基本的低通、高通滤波器在图像中的应用，例如模糊和锐化，还深入介绍了各种高级的滤波器，如拉普拉斯滤波器、sobel算子等，以及它们在边缘检测、特征提取中的作用。我非常喜欢书中对不同滤波器作用的图示化解释，通过清晰的对比图，我能直观地看到不同滤波器是如何改变图像的视觉效果的。例如，书中关于高斯模糊的讲解，让我明白了为什么有时候为了去除图像中的噪声，我们会选择应用高斯滤波器。另外，书中关于图像去噪的章节，详细介绍了各种去噪算法的原理，并分析了它们各自的优缺点。这对于我处理含有噪声的图像非常有帮助。我跟着书中的例子，用Python配合OpenCV库实现了几个图像滤波算法，效果非常显著，这让我对数字滤波在图像处理中的强大能力有了切身的体会。这本书不仅让我学会了“怎么做”，更让我理解了“为什么这么做”，这对于我深入理解图像处理的原理非常有益。

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我是一名对信息论和通信系统有浓厚兴趣的电子工程系学生。在学习通信原理的时候，滤波器一直是让我觉得有些头疼的概念。直到我遇到了这本《数字滤波器与信号处理》，我才真正领略到滤波器的魅力。这本书的讲解方式非常独特，它不像一般的教科书那样枯燥乏味，而是充满了启发性和趣味性。作者用了很多生动的类比，比如将滤波器比作“信号的管家”，负责将不需要的信号“请出去”，留下真正有用的信息。我特别喜欢书中关于“理想滤波器”和“实际滤波器”的对比讲解，它让我明白了为什么在实际应用中，我们总是要做出一些妥协，以及如何在这种妥协中找到最优的设计方案。书中对各种滤波器设计方法的介绍，如巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔滤波器，都讲解得非常透彻，并且给出了它们各自的特点和适用场景。我跟着书中的示例，用MATLAB实现了几种不同类型的滤波器，并观察了它们的频率响应，这让我对滤波器的设计有了直观的认识。此外，书中关于滤波器在通信系统中的应用，如抗混叠滤波、匹配滤波等，都讲解得非常到位，这对于我理解整个通信系统的原理非常有帮助。这本书让我对数字滤波的理解从“死记硬背”变成了“融会贯通”，我感到自己的信号处理知识体系得到了极大的完善。

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最近我入手了一本《数字滤波器与信号处理》，说实话，一开始我对它并没有抱太高的期望，以为只是又一本泛泛而谈的理论书。然而，事实证明我错了，这本书给了我一个巨大的惊喜。我是一名软件开发工程师，工作内容涉及一些嵌入式系统的音视频处理，虽然不是专门的信号处理方向，但常常会遇到和滤波相关的需求。这本书的讲解方式非常接地气，作者用生动形象的比喻，将那些原本枯燥的数学概念解释得十分容易理解。我尤其喜欢书中关于“滤波器就像一块筛子”的比喻，通过不同的“筛网”大小和形状，就能筛选出我们想要的“沙子”，而丢弃不需要的“杂质”。书中关于低通、高通、带通、带阻滤波器的讲解，配合大量的示意图，让我很快就理解了它们在信号处理中的作用。最令我惊喜的是，书中关于数字滤波器实现的部分，详细介绍了如何在不同的硬件平台上进行实现，以及如何优化代码以提高效率。例如，书中提到了CORDIC算法在实现正弦和余弦函数中的应用，以及如何利用FFT进行滤波，这些都是我之前很少接触到的。这本书的内容非常丰富，涵盖了从基础理论到高级应用的方方面面，而且案例丰富，贴近实际，这对于我这样的跨领域工程师来说，实在是太有用了。它不仅让我理解了“为什么”要用某种滤波器，更让我明白了“如何”去实现它。这本书的阅读体验非常流畅，让我能快速地吸收和掌握其中的知识，我感到自己的技术栈得到了极大的拓展。

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