具体描述
《新型表面形貌测量仪器》首先系统地对表面形貌测量仪器的发展进行了综述，然后从原理、结构、信号处理、软件设计等方面论述了基于微恒力位移传感器的表面形貌测量系统、基于激光聚焦伺服式传感器的轮廓仪、基于激光干涉测量的轮廓仪等三种表面形貌测量仪器，最后论述了表面形貌测量仪器的关键部件——运动工作台。全书力求具有创新性、实用性和先进性。
《微观世界里的光影流转：精密光学测量技术前沿》 简介 本书旨在全面、深入地探讨当前精密光学测量领域的前沿技术、核心原理及其在现代工业、科学研究中的广泛应用。我们聚焦于那些不直接涉及“新型表面形貌测量仪器”这一特定设备开发与技术细节，而是侧重于支撑这些仪器运行的更基础、更宏观的光学物理、信号处理以及系统集成知识体系。全书结构严谨，内容翔实，力求为工程技术人员、研究学者以及高年级本科生提供一本兼具理论深度与工程实践指导意义的参考著作。 第一部分：光学基础与成像理论的再审视 本部分首先回顾了现代光学测量的基石——几何光学与波动光学的基本理论，但重点转向了当前高精度测量对传统理论的挑战与拓展。 第一章：波动光学在信息获取中的作用 本章深入剖析了光的衍射、干涉和偏振现象如何被应用于信息编码与解码。我们详细阐述了傅里叶光学在全息成像和相差成像中的应用，探讨了如何利用光波的相位信息而非仅仅是强度信息来实现高分辨率的成像。内容涵盖了夫琅禾费衍射的数学模型、菲涅尔近似的适用边界，以及如何通过傅里叶变换来实现光学系统的去卷积和点扩散函数（PSF）的精确估计。特别地，本章讨论了光场重构（Light Field Reconstruction）的基本原理，即如何通过采集多角度或多焦点图像，在不依赖特定形貌仪器的情况下，重建出场景的三维光照分布和物体表面信息。 第二章：成像系统的像差控制与优化 精密测量对成像质量提出了近乎苛刻的要求。本章系统地介绍了影响光学系统性能的关键因素，包括球差、彗差、像散和场曲。我们不仅停留在理论描述，更侧重于现代像差校正技术，如利用Zernike多项式来描述和量化像差分布，以及利用自适应光学系统（Adaptive Optics, AO）对实时变化的像差进行动态补偿。内容涉及了设计优化中的自由曲面元件（Freeform Optics）的应用潜力，以及如何通过优化波前控制来实现衍射极限的成像。 第二部分：干涉测量学的深度拓展 干涉法是实现亚微米乃至纳米级测量的核心手段。本部分将干涉技术从基础的双光束干涉提升到复杂的相干光场分析层面。 第三章：相干光场的时频分析 本章专注于干涉条纹的获取、处理与解调技术。我们详细讨论了不同干涉仪（如迈克尔逊、马赫-曾德尔、萨尼亚克干涉仪）的结构特点及其对环境噪声的敏感性。重点在于相移干涉测量（Phase-Shifting Interferometry, PSI）的高级算法，包括如何利用主成分分析（PCA）或小波变换来有效抑制条纹图像中的噪声和背景光照不均。此外，本章还探讨了基于锁相放大技术的干涉信号增强方法，用于极弱信号环境下的精密测量。 第四章：光学相干层析（OCT）的原理与应用基础 光学相干层析技术作为一种非接触、高分辨率的三维成像技术，其原理与表面形貌测量仪器密切相关，但本章聚焦于其物理基础——低相干光的干涉特性和信号处理。内容涵盖了时域OCT和频域OCT（SD-OCT）的理论框架，分析了它们在深度分辨率和横向分辨率之间的权衡。此外，我们还探讨了如何通过分析背向散射光的频率特征，实现对材料内部结构和散射特性的表征，而非仅仅是表面起伏的测量。 第三部分：先进探测与数据处理技术 高精度的测量结果依赖于灵敏的探测器和强大的数据处理能力。本部分关注的是如何将光信号高效地转化为可信赖的数字信息。 第五章：高灵敏度光电探测器的性能评估与应用 本章对当前主流的低噪声光电探测器进行了比较分析，包括CCD、CMOS图像传感器（特别是背照式和全局快门技术）以及雪崩光电二极管（APD）和单光子雪崩二极管（SPAD）。重点讨论了探测器的噪声源（如暗电流、散粒噪声和读出噪声），以及如何通过像素级信号校准和增益控制来优化信噪比。对于高速测量场景，本章还分析了帧率、动态范围与量子效率之间的耦合关系。 第六章：测量数据中的误差源分析与补偿模型 测量过程中的不确定性是所有精密工程的难题。本章侧重于系统误差和随机误差的量化分析。我们引入了误差传播定律，详细分析了环境因素（如温度、气压引起的折射率变化）对测量结果的影响模型。内容包括如何建立和应用误差补偿算法，例如使用有限元方法（FEM）模拟热形变，并通过软件手段对采集到的数据进行实时或后处理的几何畸变校正和线性化处理，以确保测量结果的溯源性和准确性。 第七章：智能算法在光学数据恢复中的潜力 本章探讨了利用计算方法从不完整或受限数据中恢复高精度信息的策略。这包括利用稀疏采样理论指导数据采集，以及应用深度学习模型来识别和去除复杂背景下的系统性伪影。我们讨论了基于卷积神经网络（CNN）的去噪与超分辨率重建技术在光学成像领域的前沿探索，重点关注如何确保学习到的模型在面对未知环境变化时仍能保持稳健性。 结语 《微观世界里的光影流转：精密光学测量技术前沿》旨在构建一个广阔的视野，将精密测量的技术体系置于光学物理、信号处理和先进计算的交叉点上。本书强调对底层物理机制的深刻理解，是推动下一代精密测量技术创新的基石。
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