Electro-Optical Imaging System Performance pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Holst, Gerald C.

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页数:0

译者:

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价格:95

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isbn号码:9780819474063

丛书系列:

图书标签:

• Electro-Optical Imaging
• Imaging Systems
• System Performance
• Optical Engineering
• Image Quality
• Sensor Technology
• Infrared Imaging
• Remote Sensing
• Optical Design
• Performance Analysis

光学影像系统效能解析：从基础原理到前沿应用 本书深入剖析了光学影像系统在捕捉、处理和呈现视觉信息过程中的关键性能指标及其影响因素。我们旨在为读者构建一个全面而系统的理解框架，从而更好地设计、评估和优化各类成像设备。 第一章：成像系统基础 本章将从光学成像的基本原理入手，介绍光与物质的相互作用，包括光的反射、折射、衍射和干涉等现象。我们将详细阐述透镜成像的几何光学模型，包括焦距、放大率、像差（如球差、色差、像散、场曲和畸变）的产生机制及其对成像质量的影响。同时，我们将引入衍射极限的概念，解释光学系统的空间分辨率的理论上限。 第二章：探测器技术与性能 探测器是光学影像系统的“眼睛”，其性能直接决定了系统的成像能力。本章将详细介绍当前主流的探测器技术，包括CCD（耦合电荷器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器。我们将深入探讨这些传感器的基本工作原理，如光电转换、电荷收集和读出过程。重点将放在关键性能指标的分析上，例如： 灵敏度 (Sensitivity)： 传感器在给定光照下产生输出信号的能力，通常与量子效率（QE）相关。我们将分析QE随波长变化的影响，以及如何通过改进材料和结构来提高灵敏度。 噪声 (Noise)： 影响图像质量的随机信号。本章将详细介绍各种噪声源，包括散粒噪声（shot noise）、暗电流噪声（dark current noise）、读出噪声（readout noise）和固定模式噪声（fixed pattern noise）。我们将分析这些噪声对信噪比（SNR）的影响，并探讨降低噪声的技术手段。 动态范围 (Dynamic Range)： 传感器能够同时记录的最亮和最暗细节的能力。我们将讨论动态范围的定义，以及它与信号饱和度和噪声底的关联。 分辨率 (Resolution)： 传感器捕捉细节的能力，主要由像素尺寸和像素密度决定。我们将讨论空间分辨率的衡量标准，如调制传递函数（MTF），并分析其与像素尺寸、光学传递函数（OTF）以及传感器尺寸的关系。 响应速度 (Response Speed)： 传感器捕获图像的速度，与像素读出速度和信号处理能力有关。 第三章：图像采集与处理 一旦光信号被探测器捕捉，就需要经过一系列处理才能形成最终的图像。本章将聚焦于图像采集和初步处理的环节。我们将讨论： 模数转换 (Analog-to-Digital Conversion - ADC)： 将模拟电信号转换为数字信号的过程。本章将介绍ADC的位深（bit depth）及其对图像灰度级的影响，以及采样率和量化噪声。 色彩成像 (Color Imaging)： 彩色成像的原理，包括三原色（RGB）模型，以及拜耳滤波阵列（Bayer filter array）在单片CMOS/CCD传感器上的应用。我们将探讨色彩重建（demosaicing）算法，以及其对色彩准确性和细节的影响。 白平衡 (White Balance)： 校正不同光源下色彩偏差的技术。 曝光控制 (Exposure Control)： 调整光照时间（快门速度）和光圈大小以获得合适亮度的图像。 第四章：图像质量评估 本章将深入探讨如何量化和评估光学影像系统的性能。我们将介绍多种图像质量评估方法： 客观评价指标 (Objective Metrics)： 信噪比 (Signal-to-Noise Ratio - SNR)： 衡量有用信号与噪声的比例。 调制传递函数 (Modulation Transfer Function - MTF)： 衡量系统在不同空间频率下传递细节的能力。我们将详细解析MTF的计算方法和物理意义。 失真 (Distortion)： 几何形状的偏差，例如桶形畸变和枕形畸变。 色差 (Chromatic Aberration)： 不同波长光线聚焦位置的差异。 伪影 (Artifacts)： 图像处理或采集过程中产生的非自然特征，如摩尔纹（moire pattern）。 主观评价指标 (Subjective Metrics)： 视觉清晰度 (Perceived Sharpness)： 人眼对图像细节的感知。 色彩还原度 (Color Fidelity)： 图像色彩与真实场景色彩的匹配程度。 细节表现力 (Detail Rendition)： 图像中细微纹理和结构的清晰度。 第五章：光学影像系统的应用与优化 本章将把前述的理论知识应用于实际场景，探讨不同领域的光学影像系统及其性能优化策略。我们将涵盖： 数码相机与手机摄影： 讨论在有限体积和成本下如何优化感光元件、镜头设计和图像处理算法以提升拍照效果。 科学研究成像： 如显微成像（光学显微镜、电子显微镜）、天体成像、医学影像（X光、CT、MRI、内窥镜）等，这些应用对分辨率、灵敏度和信噪比有着极高的要求。 机器视觉与工业检测： 在自动化生产和质量控制中，对成像系统的速度、准确性和鲁棒性有特殊需求。 遥感与地理空间成像： 卫星和无人机搭载的成像系统，需要考虑大气影响、多光谱/高光谱成像以及地理信息融合。 安防监控： 低照度成像、宽动态范围（WDR）以及视频分析能力是关键。 在每一个应用场景中，我们将分析其独特的性能需求，并结合前几章所介绍的原理，探讨相应的系统设计和优化思路，例如如何选择合适的镜头、探测器、以及必要的图像处理算法来满足特定任务的要求。 第六章：前沿技术与未来展望 本章将展望光学影像系统在未来的发展趋势，包括： 计算成像 (Computational Imaging)： 强调通过智能算法和多帧融合来超越传统光学极限，实现更丰富的图像信息。 AI在成像中的应用： 利用深度学习进行去噪、超分辨率、场景理解和智能曝光等。 新型探测器技术： 如事件驱动相机（event-based cameras）、事件相机（neuromorphic cameras）等，它们在低功耗、高速运动场景下展现出巨大潜力。 光场成像 (Light Field Imaging)： 捕捉场景中的光线方向信息，实现焦点后移、深度感知等功能。 量子成像 (Quantum Imaging)： 利用量子力学原理实现超越经典成像的性能。 通过对这些前沿技术的介绍，本书旨在激发读者对光学影像系统未来发展的思考和探索。 本书力求严谨而不失趣味，理论联系实际，为从事光学、电子工程、计算机视觉、图像处理以及相关领域的研究人员、工程师和学生提供一份宝贵的参考资料。

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这本书的叙事节奏简直是一场灾难，读起来感觉像是作者在强迫你接受他所有的知识体系，而不是引导你自然地去理解。作者似乎有一种强烈的倾向，喜欢把一个看似简单的概念拆分成无数个微小的子章节，每个子章节只讲解一丁点内容，导致我需要不断地在目录和正文之间来回跳转，才能将一个完整的理论闭环起来。举个例子，当他讨论到点扩散函数（PSF）时，并没有提供清晰的系统框图来展示 PSF 在整个成像链中的作用，而是零散地在介绍完光学部分后，又跳到探测器特性，最后才在结论里象征性地提了一句“所有这些都会影响最终的 PSF 形状”。这种结构上的碎片化，极大地破坏了阅读的连贯性，使得我这个习惯于从宏观到微观理解事物的读者感到非常吃力。我花了大量时间去拼凑这些分散的信息点，去重构作者脑海中那个完整的系统图景，这在我看来是对读者时间和精力的巨大浪费。一本好的技术书籍，应该像一位经验丰富的导师，为你规划好学习的路径，而不是让你自己拿着一把锤子去敲开一堆散落的砖块。

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这本书的封面设计，坦白说，有点让人提不起兴趣。那种深蓝配上略显老旧的字体，第一眼给我的感觉就像是八十年代的技术手册，完全没有现代感。我原本是冲着书名里“Electro-Optical”这几个字来的，期待能看到一些关于最新传感器技术、先进图像处理算法的深入探讨，也许还有一些关于高分辨率、低噪声成像的新突破。结果呢？翻开前几页，我的心就沉了一半。内容组织上，它更像是一本侧重于基础理论而非实际应用的教科书。讲解光电转换效率时，花费了大量的篇幅在推导那些我大学本科时就已经熟稔于心的经典公式，公式推导过程繁琐得像是要把每一个数学步骤都掰碎了给你看。我更希望看到的是如何将这些理论应用于实际的工程挑战中去，比如在极低照度环境下如何权衡信噪比与帧率，或者新型材料在红外波段的应用前景。这些前沿、需要实际工程经验才能回答的问题，在这本书里几乎找不到立足之地。如果它定位成一本给入门学生打基础的书，或许还算合格，但对于一个在业界摸爬滚打多年的工程师来说，它提供的“干货”实在太少，更像是在一本老旧的百科全书里翻找那些大家已经心知肚明的条目，效率极低，令人沮丧。

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深入到特定的技术细节时，我发现作者在处理某些关键的噪声源建模时，显得过于依赖教科书上现成的、理想化的模型，而明显缺乏对实际操作中各种复杂交互作用的考量。例如，在讨论暗电流和读出噪声时，作者提供了一套标准的误差分析框架，这本身是必要的。然而，当涉及到温度漂移、或者探测器在不同曝光时间下的非线性响应等现实世界中经常遇到的问题时，书中仅仅是一带而过，似乎认为这些“小问题”不值得进行深入的数学描述。实际上，这些看似微小的非理想因素，往往是决定一个高性能系统能否在真实环境中达到其理论性能极限的关键所在。这本书给我的感觉是，它描绘了一个在真空中、无摩擦力环境下运行的完美光电系统，但对于工程师真正需要面对的、充满各种耦合效应和环境干扰的复杂现实，它提供的指导性结论却显得苍白无力，更像是停留在“理论上可行”的层面，对于“工程上可实现”的跨越，缺乏必要的桥梁。

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插图和图表的质量是另一个让人难以忍受的方面。在这个图像处理和光电系统无处不依赖于可视化辅助理解的时代，这本书的配图简直是视觉上的退化。大多数的示意图，尤其是涉及光路追迹和像差分析的部分，看起来像是用早期的CAD软件绘制的，线条生硬、标注混乱，而且比例严重失真。有些关键的对比图，比如比较不同滤波器的频率响应曲线，线条几乎重叠在一起，根本无法分辨出它们之间的细微差别。更糟糕的是，很多图表在正文中被引用了，但图注却极其简单粗暴，往往只给出一个编号，而没有提供足够的文字解释来描述图表所展示的具体物理意义或实验条件。阅读时，我不得不频繁地翻到附录或书的最后，去寻找那些被隐藏在角落里的简短说明，这严重打断了阅读的思维流。高质量的图表是技术书籍的眼睛，而这本书的“眼睛”显然是模糊不清、布满灰尘的。

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章节之间的衔接处理得尤其突兀，让人感觉仿佛是把不同时间、不同背景下写成的几份报告强行装订在了一起。某一章还在深入讨论如何设计最优的采样间隔以避免混叠效应，讨论的语言严谨到近乎苛刻，充满了关于奈奎斯特频率的严格限定。紧接着的下一章，画风突变，开始用非常宽泛的语言泛泛而谈“现代数码相机的优势”，其中充斥着大量诸如“无与伦比的清晰度”和“令人惊叹的细节捕捉能力”这类模糊的营销术语，完全没有提供任何量化的指标或工程依据来支撑这些论断。这种风格上的巨大反差，让这本书的专业性大打折扣。你很难确定，这本书到底想成为一本严谨的工程参考书，还是仅仅想为那些对光电成像感兴趣的非专业人士提供一些肤浅的科普。对我而言，这种不稳定的基调意味着我无法完全信赖书中所提供的任何数据或结论，因为我不知道作者在撰写不同部分时，是站在一个科研学者的角度，还是一个产品推销员的角度。

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