Handbook of Moire Measurement (Series in Optics and Optoelectronics) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:Walker, C.A. 編

出品人:

頁數:501

译者:

出版時間:2003-12-01

價格:USD 164.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780750305228

叢書系列:

圖書標籤:

• Moire patterns
• Interferometry
• Optical measurement
• Surface topography
• Strain analysis
• Non-destructive testing
• Optics
• Optoelectronics
• Pattern recognition
• Metrology

現代光學成像與傳感器技術進展 本書聚焦於當代光學成像係統、傳感器設計與信號處理的前沿進展，深入探討瞭從基礎物理原理到尖端工程應用的多個關鍵領域。本書旨在為光學工程師、物理學傢以及從事精密測量領域的研究人員提供一個全麵且深入的知識框架，涵蓋高分辨率成像、新型光電探測器、先進的波前控製技術以及與這些技術緊密相關的信號分析方法。 --- 第一部分：先進光學成像係統的基礎與設計 本部分將詳細闡述現代光學係統設計所依賴的核心物理和數學原理。 1. 衍射理論的現代詮釋與應用 本章首先迴顧瞭經典的夫琅禾費和菲涅耳衍射理論，隨後重點討論瞭在微納尺度和復雜介質中進行光傳播建模的現代方法。這包括對部分相乾光場的描述，如使用惠更斯-菲涅耳積分的推廣形式，以及在隨機介質中光斑展寬和散射的統計光學方法。特彆關注瞭基於快速傅裏葉變換（FFT）的光場快速步進算法，及其在模擬復雜光學係統（如多層介質或光縴束）中性能評估中的應用。 2. 提高分辨率的成像理論 本章深入探討瞭突破傳統衍射極限（Abbe極限）的成像技術。內容涵蓋瞭近場光學顯微鏡（NSOM）的基本原理，包括掃描探針技術如何捕獲亞波長信息。隨後，詳細介紹瞭超分辨成像（Super-resolution Imaging）的幾種主要範式： 光學煥發顯微鏡（PALM/STORM）： 闡述瞭基於單分子定位的統計學原理，以及如何通過精確控製分子開關實現高空間分辨率。 受激發射損耗顯微鏡（STED）： 分析瞭“甜甜圈”形光束（Point Spread Function, PSF）的形成機製及其對激發和猝滅過程的影響，並討論瞭其在高速成像中的潛力。 計算成像方法： 重點討論瞭光場成像（Light Field Imaging）和計算全息術（Computational Holography），說明瞭如何通過采集離散的角譜信息或相位信息，並在計算機中重建齣三維空間和角度依賴的圖像。 3. 非對稱與離軸光學係統分析 傳統上，光學設計多集中於理想的同軸係統。本章則專注於離軸反射鏡係統、摺射式離軸係統（如施密特相機）的設計與像差校正。詳細分析瞭離軸係統中的係統誤差源，如彗差和像散的引入，以及如何利用特定的光柵方程或非球麵鏡麵來實現更廣視場和更高係統效率的權衡。對基於Zernike多項式的像差分解和實時波前傳感器的應用進行瞭深入探討。 --- 第二部分：新型光電探測器與傳感技術 本部分關注將光信號轉化為電信號的最新器件技術，以及如何優化這些器件以應對特定應用場景的挑戰。 4. 固態光電探測器的物理機製與優化 本章係統梳理瞭各種主流光電探測器的基本工作原理，包括PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）和光電倍增管（PMT）。重點分析瞭限製這些器件性能的關鍵參數，如量子效率（QE）、暗電流、帶寬和噪聲等效功率（NEP）。特彆引入瞭新型半導體材料（如鈣鈦礦、III-V族化閤物）在光電探測器製造中的應用，以及如何通過材料工程優化光譜響應範圍和降低缺陷態密度。 5. 焦平麵陣列（FPA）與CMOS/CCD技術 詳細解析瞭現代數字成像傳感器（CCD和CMOS）的架構。對於CMOS技術，區分瞭全局快門和捲簾快門的工作模式及其在高速運動場景中的成像差異。著重討論瞭背照式（Backside Illumination, BSI）結構如何顯著提高量子效率，尤其是在短波和可見光波段。此外，本書探討瞭低噪聲讀取電路的設計，例如使用片上噪聲抑製技術和先進的信號放大策略來提升信噪比（SNR）。 6. 動態範圍擴展與高動態範圍（HDR）成像 本章專門討論如何處理場景中光照對比度極高帶來的挑戰。內容包括： 硬件方法： 分析多重曝光技術（Multiple Exposure）和光響應非綫性傳感器（如對數型探測器）的工作原理。 軟件/計算方法： 深入探討瞭如何通過局部色調映射（Tone Mapping）算法將高動態範圍數據轉換為人眼可接受的顯示範圍，並介紹瞭基於學習的HDR重建算法。 --- 第三部分：光場控製與波前工程 本部分轉嚮如何主動或被動地調控光波前的形狀和傳播特性，這對於自適應光學和精確測量至關重要。 7. 微機電係統（MEMS）在光束控製中的應用 本章聚焦於基於MEMS技術的微型化光學元件。詳細介紹瞭可控傾斜鏡（Deformable Mirrors, DM）的驅動原理（如壓電、靜電力驅動），及其在補償大氣湍流或係統像差中的作用。同時，探討瞭微反射鏡陣列（如DMDs）在空間光調製器（SLM）中的應用，展示瞭它們如何實現快速、可編程的光場整形和乾涉測量。 8. 非綫性光學與光束整形 本章迴顧瞭光與物質相互作用中的非綫性效應，特彆是二次諧波産生（SHG）和剋爾效應。將這些效應應用於光束整形，例如，如何利用自聚焦現象（Filamentation）在介質中産生超快光脈衝。同時，討論瞭如何利用空間光調製器（SLM）實現基於傅裏葉光學原理的相位掩模設計，以生成特定形狀的光束（如貝塞爾光束、渦鏇光束）。 9. 自適應光學（AO）係統：從理論到實踐 本章係統闡述瞭自適應光學的閉環控製流程。首先，詳細描述瞭波前傳感器（如夏剋-哈特曼傳感器）的測量原理及其對連續波前和離散波前的重構能力。其次，分析瞭控製迴路中的關鍵算法，包括快速傅裏葉逆變換（IFFT）和模型預測控製（MPC）在實時誤差校正中的應用。最後，結閤實際案例（如天文觀測、眼科成像），討論瞭AO係統在不同環境下的性能指標和限製。 --- 第四部分：信號處理與數據解釋 本部分關注從原始探測器數據中提取有意義信息的計算方法，側重於降低噪聲和提高測量精度。 10. 噪聲分析與降噪技術 本章深入分析瞭光學係統中主要的噪聲源：散粒噪聲（Shot Noise）、熱噪聲（Thermal Noise）和暗電流噪聲。提供瞭精確量化這些噪聲對最終測量結果影響的統計學模型。隨後，介紹瞭先進的數字降噪技術： 空間域濾波： 評估雙邊濾波和非局部均值（Non-Local Means）在保留邊緣細節的同時去除高斯噪聲的有效性。 變換域濾波： 探討瞭小波變換在信號去噪中的應用，如何通過閾值處理實現特定頻率分量的抑製。 盲源分離： 討論瞭如何使用獨立成分分析（ICA）將混閤的信號源（如目標信號與背景噪聲）進行解耦。 11. 圖像重建與反演問題 本章探討瞭當測量過程涉及不完全信息或退化時，如何重建原始高質量圖像。重點關注瞭欠定反演問題（Underdetermined Inverse Problems）。詳細分析瞭正則化技術（Regularization Techniques），特彆是Tikhonov正則化和Total Variation (TV) 正則化在穩定解和引入先驗信息方麵的作用。引入瞭深度學習方法在圖像重建中的應用，如使用捲積神經網絡（CNN）學習復雜的退化模型和逆映射，以實現比傳統方法更快的重建速度和更高的保真度。 12. 測量不確定度與誤差傳播 本章強調瞭科學測量的核心——量化不確定性。係統闡述瞭誤差傳播的通用公式，並討論瞭在涉及多個測量量和復雜函數關係時，如何使用濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）來評估最終結果的不確定度分布。內容還包括對係統誤差（如校準誤差）和隨機誤差的區分及處理策略，確保測量結果的可靠性和可重復性。 --- 本書的結構設計旨在引導讀者從對光波的深入理解齣發，逐步過渡到高性能傳感器的設計，再到復雜光場的精確控製，最終落腳於對測量數據的可靠解釋與量化。

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