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出版者:Routledge

作者:Edward Branigan

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:2006-01-13

价格:USD 25.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780415942546

丛书系列:

图书标签:

• aesthetics
• 计算机视觉
• 图像处理
• 摄影测量
• 三维重建
• 相机标定
• 几何光学
• 机器人视觉
• 计算机图形学
• 视觉SLAM
• 图像分析

《寰宇之眼：光学探秘与视觉重构》 本书简介 《寰宇之眼：光学探秘与视觉重构》是一部深入探讨光线行为、成像原理以及人类乃至机器视觉构建的深度学术专著。它并非一部关于特定摄影项目或应用技术的工具手册，而是力图构建一个宏大而精密的理论框架，用以解析“看”这一行为背后的物理学、数学和哲学基础。全书以严谨的逻辑和丰富的案例，带领读者穿越光学的迷宫，领略从几何光学到物理光学的演进，最终触及现代计算机视觉的边界。 第一部分：光影的几何——经典的基石 本书的第一部分奠定了对光线行为的基本理解，主要聚焦于几何光学这一经典理论体系。我们从亚里士多德的朴素观察开始，追溯到欧几里得和托勒密的早期几何论述。随后，我们将详细剖析反射定律和折射定律——斯涅尔定律的发现及其对透镜设计的革命性影响。 本章着重于理想光学系统的构建。读者将学习如何使用惠更斯-菲涅耳原理来理解光束的传播。我们详细推导了高斯光学（近轴光线理论）下的成像公式，包括焦距、放大率、物像关系等核心概念。对于复杂的透镜系统，如消像差设计（球差、彗差、像散、场曲和色差）的理论基础，本书也给予了详尽的数学阐释。我们将分析不同曲率的透镜组合如何被精确设计以聚焦或扩散光线，例如望远镜和显微镜的早期设计模型。 此外，本部分还探讨了光阑、孔径和视场角的概念。光阑的限制如何影响系统的亮度（数值孔径）和景深，这些物理限制如何反作用于最终成像的质量，都将被置于严密的数学框架中进行检验。我们也会触及光线追迹（Ray Tracing）的基础算法，即如何通过矩阵代数（如ABCD矩阵）来描述光线在系统中的传输路径，为后续更复杂的非理想系统分析打下基础。 第二部分：光的本质——波动与干涉 当几何光学触及衍射极限时，我们需要引入对光本质的更深层次理解。第二部分全面转向物理光学，探讨光的波动性及其带来的现象。 章节从惠更斯-菲涅耳衍射理论的严格推导开始，解释了为什么光线在通过狭缝或边缘时会发生弯曲和扩散。我们将深入分析单缝、双缝以及圆孔衍射图样的数学形式，并量化衍射对成像系统的分辨率构成的根本限制——即衍射极限。 核心内容将围绕光的干涉现象展开。从杨氏双缝实验的细致分析，到薄膜干涉（如牛顿环、肥皂泡的色彩）的物理机制，本书旨在清晰展示光波叠加的规律。我们还将探讨干涉在实际应用中的体现，例如迈克尔逊干涉仪如何被用于测量极微小的位移或确定光速的精确值。 此外，偏振光的讨论占据了重要篇幅。从光的横波特性到起偏器、检偏器的工作原理，再到布鲁斯特角和马吕斯定律，读者将理解如何通过控制光的振动方向来分析材料的各向异性，例如在晶体学和应力分析中的应用。 第三部分：成像的失真与校正 现实中的光学系统远非理想的阿贝（Abbe）或康拉德（Conrady）所能完美描述。第三部分专注于像差理论的精深解析，这是现代光学工程的核心挑战。 本书将详细区分并量化初级（低阶）和高阶像差。对于球面像差，我们不仅分析其随光线入射角变化的特性，还将引入Zernike多项式作为描述和量化复杂像差场的强大数学工具。读者将学习如何使用Zernike系数来表征一个复杂镜头的畸变和像差分布。 色差（Chromatic Aberration）的分析将被提升到新的高度。我们不仅讨论轴上色差，更会深入探讨轴外色差（如倍率色差）。针对这些像差，本书将详细介绍消色差组合的设计原理，包括胶合透镜组（Achromats）和复消色差透镜组（Apochromats）的数学构建，以及现代非球面镜面（Aspheric Surfaces）在矫正像差中的关键作用。 本部分还涉及调制传递函数（MTF）。我们不再停留在定性的描述，而是用傅里叶光学的方法，将光学系统的性能转化为可量化的空间频率响应曲线，从而实现对成像质量的客观评估和对比。 第四部分：从光到信息的转换——视觉的数字化 本书的最后一部分将目光投向现代技术的核心：如何将光信号转化为可存储、可处理的数字信息。这部分内容跨越了经典光学，进入了信息论和数字信号处理的领域。 我们将讨论采样理论的基础，即奈奎斯特-香农采样定理如何决定了数字化图像的极限分辨率。传感器技术（如CCD和CMOS）的工作原理将被深入分析，重点关注量子效率、噪声源（暗电流、散粒噪声）以及动态范围的物理限制。 关于数字图像处理的理论基础，本书着重于光学与数字域的结合。我们会探讨卷积在图像处理中的核心地位——如何用傅里叶变换理解点扩散函数（PSF）和系统调制（MTF）的相互作用。如何通过逆滤波（如维纳滤波）来尝试复原因光学限制或运动模糊而损失的图像信息，将是本章的理论重点。 最后，本书将简要概述波前传感和自适应光学的前沿概念。通过实时测量和补偿由大气湍流或系统自身缺陷引起的光波前畸变，我们得以突破传统光学设计的局限，展示了人类如何利用对光学的深刻理解，去“重塑”我们所观察到的世界。 《寰宇之眼：光学探秘与视觉重构》旨在成为光学、物理学、工程学乃至计算机视觉领域研究者和高级学习者的一部不可或缺的参考书。它要求读者具备扎实的微积分和线性代数基础，并以严谨的科学态度去探索光与视觉的无尽奥秘。

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这本书的叙事节奏如同慢镜头下的延时摄影，缓慢而极其细腻，但其内容却出乎意料地偏向于对人文地理和场所精神的捕捉，与书名所暗示的纯粹技术聚焦产生了显著的偏差。我惊喜地发现，作者似乎是一位资深的旅行家，他将镜头对准了那些被时间遗忘的角落：南美洲高地上一座被废弃的矿业小镇，北欧苔原上孤独矗立的灯塔，以及亚洲腹地那些依然使用着百年前机械设备的作坊。这些地方的描绘极其生动，空气中的湿度、光线穿过尘埃的方式、墙壁上油漆剥落的纹理，都被他用近乎散文诗的语言细致地刻画出来。然而，这些描述中的“相机”往往只是一个隐喻，一个记录者，它很少被深入地剖析其机械构造或光学原理。这本书的价值在于它成功地构建了一种氛围，一种怀旧的、略带伤感的“在场感”。如果期待从中学习到如何优化CMOS的信噪比，那么读者无疑会大失所望；但如果你渴望通过文字感受一次深刻的、充满历史回响的视觉漫游，这本书无疑是上佳的选择。它更像是一本“世界摄影地志”，而非一本“相机使用手册”。

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坦白说，读完三分之一后，我开始怀疑自己是不是误拿了一本关于后现代主义美学理论的书籍。作者在书中大量引用了福柯、德勒兹等哲学家的观点，将相机的“投影”行为，解构为一种权力运作和凝视的机制。他探讨了“影像的生产”如何参与到主流叙事的构建中，以及我们如何被动地接受这些被建构出来的“真实”。这种理论深度是毋庸置疑的，逻辑链条也相当严密，但对于一个热衷于从技术层面理解影像形成过程的爱好者来说，这种过于抽象的探讨显得有些疏离。书中涉及的案例分析也大多是晦涩的当代艺术作品，而非经典的、易于理解的摄影作品。比如，他花了整整一章去分析一张特定展览中，如何通过调整展厅的灯光布局来影响观众对照片的解读，这无疑拓宽了我的思路，让我意识到观看远比按下快门复杂得多。但就“Projecting a Camera”这个主题而言，它似乎将焦点完全置于了“投影出去的意义”上，而几乎完全忽略了“投影的物理载体”本身是如何运作的。

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翻开这本书的封面，我原本期待的是一场关于光影、透视与镜头语言的深度探索，毕竟书名《Projecting a Camera》听起来就充满了技术与艺术的交织感。然而，真正阅读进去后，我发现这本书似乎在刻意避开那些我最想深入了解的核心技术细节。它更像是一本以“相机”为载体，去探讨更宏大主题的哲学随笔集。作者的笔触非常轻盈，几乎没有出现复杂的公式推导或是关于焦距、光圈如何影响最终画面的具体讨论。相反，他花费了大量的篇幅去描绘“观察”的行为本身，将相机视为一种延伸的感官，探讨当我们通过取景器看待世界时，我们的主观意识是如何重塑现实的。书中充斥着对历史影像的碎片化引用，从早期达盖尔银版法的笨拙到现代数码传感器的精密，作者蜻蜓点水般地掠过，目的似乎不在于梳理技术发展史，而在于强调每一次“投影”的背后，都隐藏着一种时代特有的偏见与审美。我试图从中寻找哪怕一点点关于如何选择合适镜头拍摄特定场景的实用指导，但得到的却是一连串关于“观看的伦理”的诘问。这种强烈的反差感，使得这本书读起来既迷人又令人抓狂，它打开了一扇窗，但窗外是广阔的思辨海洋，而不是我预期的工程图纸。

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如果将这本书视为一次对“记录”本质的追问，那么它无疑提供了一种独特且极具挑战性的视角。作者似乎在试图证明，我们对“相机”的理解过于工具化了。他用一系列跨学科的论证，将相机的历史追溯到了古代的暗箱原型，并将其与人类对记忆的维护机制进行了类比。这种将光学设备与认知心理学相结合的尝试非常大胆。书中有一段关于“记忆的失真”的论述尤其引人深思：他认为，每一次拍照，都是对过去瞬间的一种主动遗忘——因为我们选择记录了A点，便必然放弃了B点到Z点的所有细节。这种对“选择性记录”的深入剖析，远远超出了普通摄影书籍的范畴。尽管我仍然好奇它到底是如何解释焦平面和光敏材料之间相互作用的，但这本书成功地让我停下来，审视自己每一次按下快门背后的真正驱动力。它更像是一本献给那些对“为什么我们记录”比“如何记录”更感兴趣的读者的深度导读，是一次对视觉文化史的另类、非技术性侧写。

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这本书的排版和视觉设计本身构成了一种强烈的、与内容不符的讽刺。通常，一本探讨摄影技术的书籍，会配有大量的图表、剖面图，或者至少是清晰的曝光三角示意图。然而，《Projecting a Camera》的内页却采用了大面积的留白，字体偏小且缺乏有力的视觉引导。它更像是一本手稿，充满了未完成的脚注和作者即兴的涂鸦（当然，这些“涂鸦”都是精心设计的印刷效果）。这种极简主义的呈现方式，似乎在向读者传达一种信息：内容本身才是核心，任何形式上的辅助都是多余的干扰。然而，这种做法在内容本身已经高度抽象的情况下，极大地增加了阅读的门槛。我花了大量时间去重新阅读那些看似简单的句子，试图从中挖掘出作者隐藏的结构和意图。这种阅读体验与其说是知识的获取，不如说更像是一场与文本的艰苦“对弈”，每一次对局的胜利，都是因为我被迫放弃了对具体知识的期待，转而接受了这种极其松散、近乎意识流的叙述风格。

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