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现代光学成像技术概论 作者： 张宏伟，李明德 出版社： 科学出版社 出版日期： 2023年10月 ISBN： 978-7-03-076543-2 --- 内容简介 《现代光学成像技术概论》旨在为读者提供一个全面、深入且前沿的视角，以理解和掌握当代光学成像领域的核心原理、关键技术、应用挑战与未来发展方向。本书的编写立足于光与物质相互作用的物理基础，系统地介绍了从基础光学到复杂成像系统的全过程，特别侧重于对非传统光学成像、计算成像以及生物医学成像等新兴分支的阐述。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，不仅涵盖了传统几何光学和物理光学的基本概念，如光的折射、反射、衍射、干涉等，更将重点放在了如何利用这些基础原理来设计、构建和优化现代成像系统。全书共分为十二章，从理论基石逐步推进到前沿应用，确保读者能够建立起坚实的理论框架，并具备分析和解决实际工程问题的能力。 第一部分：光学基础与成像系统建模 (第一章至第三章) 本书首先从光的波动性与传播入手，详细探讨了电磁波理论在光学中的应用，包括光的偏振态、角动色散以及非线性光学效应的初步介绍。随后，我们深入到几何光学与成像系统设计，分析了透镜、反射镜等基本光学元件的成像特性，并引入了严格的像差理论（如塞德尔像差、高阶像差），指导读者如何使用Zemax、Code V等工具进行系统初级建模。第三章聚焦于衍射理论与成像极限，阐述了光瞳函数、调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF）在描述成像质量中的核心作用，明确了衍射极限在现代光学系统中的制约性。 第二部分：数字成像与传感器技术 (第四章至第六章) 现代光学成像系统离不开数字化的实现。第四章详细解析了成像传感器技术，包括电荷耦合器件（CCD）和有源像素传感器（CMOS）的工作原理、噪声模型（暗电流、读出噪声、散粒噪声）以及量子效率的优化。第五章关注图像的获取与预处理，涵盖了采样理论（奈奎斯特采样）、量化误差、色彩空间（RGB、CIE La）的转换与校准，以及初步的去噪和平滑算法。第六章则专门探讨了高动态范围（HDR）成像技术，比较了多帧合成法、增益切换法以及新型的编码孔径技术在捕捉大光比场景中的优势与局限。 第三章：非传统与计算成像 (第七章至第十章) 这是本书最具前沿性的部分。第七章系统介绍了计算成像的基础，强调了“先采样后成像”和“数据驱动成像”的范式转变。我们详细推导了基于压缩感知（Compressive Sensing）的成像原理，特别是其在稀疏表示和欠定系统求解中的应用。第八章深入讲解了光场成像（Light Field Imaging），包括Lytro相机和全光场显微镜的结构，重点分析了如何通过光场数据实现深度信息提取和后聚焦（Post-focusing）。 第九章着重探讨了干涉与衍射光学元件（DOE）在成像中的应用。详细分析了菲涅尔波带片（FZP）和全息元件的设计与制造，以及它们在实现超薄、轻量化光学系统中的潜力。第十章聚焦于显微成像技术，不仅回顾了经典的荧光显微镜和共聚焦显微镜，还重点阐述了超分辨成像（STED, PALM/STORM）的基本物理机制和图像重建算法，突破了衍射极限的限制。 第五部分：先进应用与未来展望 (第十一章至第十二章) 第十一章将理论应用于三维重建与深度感知。系统比较了主动式成像（如结构光、激光雷达ToF）和被动式成像（如立体视觉）的原理、精度与环境适应性。对于ToF系统，我们探讨了飞行时间测量中的脉冲展宽和散粒噪声处理。第十二章展望了新兴的成像范式，包括深度学习在图像复原、超分辨率重建中的应用（如U-Net架构在去模糊中的效果），以及基于量子纠缠态的量子成像技术（如鬼成像），预示着未来光学探测的广阔前景。 本书的特点： 1. 深度与广度的平衡： 既保证了对基本光学原理的严谨论述，又紧密结合了当前最热门的计算成像和生物医学成像技术。 2. 理论联系实践： 每一章节都配有大量的数学推导和实际系统的案例分析，并附带了关键算法的伪代码描述，便于读者自行编程实现。 3. 面向工程应用： 强调了MTF、噪声当量功率（NEP）、探测器响应均匀性等关键性能指标的量化分析，是光学工程师和系统设计师的实用参考手册。 本书适用于高等院校光电信息工程、物理学、生物医学工程等专业的高年级本科生、研究生，以及从事光学系统研发、图像处理、精密仪器设计的高级技术人员和科研工作者。阅读本书前，建议读者具备光学基础知识和一定的微积分及线性代数基础。