Electro-Optical Imaging System Performance pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Holst, Gerald C.

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頁數:0

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價格:95

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isbn號碼:9780819474063

叢書系列:

圖書標籤:

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

光學影像係統效能解析：從基礎原理到前沿應用 本書深入剖析瞭光學影像係統在捕捉、處理和呈現視覺信息過程中的關鍵性能指標及其影響因素。我們旨在為讀者構建一個全麵而係統的理解框架，從而更好地設計、評估和優化各類成像設備。 第一章：成像係統基礎 本章將從光學成像的基本原理入手，介紹光與物質的相互作用，包括光的反射、摺射、衍射和乾涉等現象。我們將詳細闡述透鏡成像的幾何光學模型，包括焦距、放大率、像差（如球差、色差、像散、場麯和畸變）的産生機製及其對成像質量的影響。同時，我們將引入衍射極限的概念，解釋光學係統的空間分辨率的理論上限。 第二章：探測器技術與性能 探測器是光學影像係統的“眼睛”，其性能直接決定瞭係統的成像能力。本章將詳細介紹當前主流的探測器技術，包括CCD（耦閤電荷器件）和CMOS（互補金屬氧化物半導體）傳感器。我們將深入探討這些傳感器的基本工作原理，如光電轉換、電荷收集和讀齣過程。重點將放在關鍵性能指標的分析上，例如： 靈敏度 (Sensitivity)： 傳感器在給定光照下産生輸齣信號的能力，通常與量子效率（QE）相關。我們將分析QE隨波長變化的影響，以及如何通過改進材料和結構來提高靈敏度。 噪聲 (Noise)： 影響圖像質量的隨機信號。本章將詳細介紹各種噪聲源，包括散粒噪聲（shot noise）、暗電流噪聲（dark current noise）、讀齣噪聲（readout noise）和固定模式噪聲（fixed pattern noise）。我們將分析這些噪聲對信噪比（SNR）的影響，並探討降低噪聲的技術手段。 動態範圍 (Dynamic Range)： 傳感器能夠同時記錄的最亮和最暗細節的能力。我們將討論動態範圍的定義，以及它與信號飽和度和噪聲底的關聯。 分辨率 (Resolution)： 傳感器捕捉細節的能力，主要由像素尺寸和像素密度決定。我們將討論空間分辨率的衡量標準，如調製傳遞函數（MTF），並分析其與像素尺寸、光學傳遞函數（OTF）以及傳感器尺寸的關係。 響應速度 (Response Speed)： 傳感器捕獲圖像的速度，與像素讀齣速度和信號處理能力有關。 第三章：圖像采集與處理 一旦光信號被探測器捕捉，就需要經過一係列處理纔能形成最終的圖像。本章將聚焦於圖像采集和初步處理的環節。我們將討論： 模數轉換 (Analog-to-Digital Conversion - ADC)： 將模擬電信號轉換為數字信號的過程。本章將介紹ADC的位深（bit depth）及其對圖像灰度級的影響，以及采樣率和量化噪聲。 色彩成像 (Color Imaging)： 彩色成像的原理，包括三原色（RGB）模型，以及拜耳濾波陣列（Bayer filter array）在單片CMOS/CCD傳感器上的應用。我們將探討色彩重建（demosaicing）算法，以及其對色彩準確性和細節的影響。 白平衡 (White Balance)： 校正不同光源下色彩偏差的技術。 曝光控製 (Exposure Control)： 調整光照時間（快門速度）和光圈大小以獲得閤適亮度的圖像。 第四章：圖像質量評估 本章將深入探討如何量化和評估光學影像係統的性能。我們將介紹多種圖像質量評估方法： 客觀評價指標 (Objective Metrics)： 信噪比 (Signal-to-Noise Ratio - SNR)： 衡量有用信號與噪聲的比例。 調製傳遞函數 (Modulation Transfer Function - MTF)： 衡量係統在不同空間頻率下傳遞細節的能力。我們將詳細解析MTF的計算方法和物理意義。 失真 (Distortion)： 幾何形狀的偏差，例如桶形畸變和枕形畸變。 色差 (Chromatic Aberration)： 不同波長光綫聚焦位置的差異。 僞影 (Artifacts)： 圖像處理或采集過程中産生的非自然特徵，如摩爾紋（moire pattern）。 主觀評價指標 (Subjective Metrics)： 視覺清晰度 (Perceived Sharpness)： 人眼對圖像細節的感知。 色彩還原度 (Color Fidelity)： 圖像色彩與真實場景色彩的匹配程度。 細節錶現力 (Detail Rendition)： 圖像中細微紋理和結構的清晰度。 第五章：光學影像係統的應用與優化 本章將把前述的理論知識應用於實際場景，探討不同領域的光學影像係統及其性能優化策略。我們將涵蓋： 數碼相機與手機攝影： 討論在有限體積和成本下如何優化感光元件、鏡頭設計和圖像處理算法以提升拍照效果。 科學研究成像： 如顯微成像（光學顯微鏡、電子顯微鏡）、天體成像、醫學影像（X光、CT、MRI、內窺鏡）等，這些應用對分辨率、靈敏度和信噪比有著極高的要求。 機器視覺與工業檢測： 在自動化生産和質量控製中，對成像係統的速度、準確性和魯棒性有特殊需求。 遙感與地理空間成像： 衛星和無人機搭載的成像係統，需要考慮大氣影響、多光譜/高光譜成像以及地理信息融閤。 安防監控： 低照度成像、寬動態範圍（WDR）以及視頻分析能力是關鍵。 在每一個應用場景中，我們將分析其獨特的性能需求，並結閤前幾章所介紹的原理，探討相應的係統設計和優化思路，例如如何選擇閤適的鏡頭、探測器、以及必要的圖像處理算法來滿足特定任務的要求。 第六章：前沿技術與未來展望 本章將展望光學影像係統在未來的發展趨勢，包括： 計算成像 (Computational Imaging)： 強調通過智能算法和多幀融閤來超越傳統光學極限，實現更豐富的圖像信息。 AI在成像中的應用： 利用深度學習進行去噪、超分辨率、場景理解和智能曝光等。 新型探測器技術： 如事件驅動相機（event-based cameras）、事件相機（neuromorphic cameras）等，它們在低功耗、高速運動場景下展現齣巨大潛力。 光場成像 (Light Field Imaging)： 捕捉場景中的光綫方嚮信息，實現焦點後移、深度感知等功能。 量子成像 (Quantum Imaging)： 利用量子力學原理實現超越經典成像的性能。 通過對這些前沿技術的介紹，本書旨在激發讀者對光學影像係統未來發展的思考和探索。 本書力求嚴謹而不失趣味，理論聯係實際，為從事光學、電子工程、計算機視覺、圖像處理以及相關領域的研究人員、工程師和學生提供一份寶貴的參考資料。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏簡直是一場災難，讀起來感覺像是作者在強迫你接受他所有的知識體係，而不是引導你自然地去理解。作者似乎有一種強烈的傾嚮，喜歡把一個看似簡單的概念拆分成無數個微小的子章節，每個子章節隻講解一丁點內容，導緻我需要不斷地在目錄和正文之間來迴跳轉，纔能將一個完整的理論閉環起來。舉個例子，當他討論到點擴散函數（PSF）時，並沒有提供清晰的係統框圖來展示 PSF 在整個成像鏈中的作用，而是零散地在介紹完光學部分後，又跳到探測器特性，最後纔在結論裏象徵性地提瞭一句“所有這些都會影響最終的 PSF 形狀”。這種結構上的碎片化，極大地破壞瞭閱讀的連貫性，使得我這個習慣於從宏觀到微觀理解事物的讀者感到非常吃力。我花瞭大量時間去拼湊這些分散的信息點，去重構作者腦海中那個完整的係統圖景，這在我看來是對讀者時間和精力的巨大浪費。一本好的技術書籍，應該像一位經驗豐富的導師，為你規劃好學習的路徑，而不是讓你自己拿著一把錘子去敲開一堆散落的磚塊。

评分☆☆☆☆☆

插圖和圖錶的質量是另一個讓人難以忍受的方麵。在這個圖像處理和光電係統無處不依賴於可視化輔助理解的時代，這本書的配圖簡直是視覺上的退化。大多數的示意圖，尤其是涉及光路追跡和像差分析的部分，看起來像是用早期的CAD軟件繪製的，綫條生硬、標注混亂，而且比例嚴重失真。有些關鍵的對比圖，比如比較不同濾波器的頻率響應麯綫，綫條幾乎重疊在一起，根本無法分辨齣它們之間的細微差彆。更糟糕的是，很多圖錶在正文中被引用瞭，但圖注卻極其簡單粗暴，往往隻給齣一個編號，而沒有提供足夠的文字解釋來描述圖錶所展示的具體物理意義或實驗條件。閱讀時，我不得不頻繁地翻到附錄或書的最後，去尋找那些被隱藏在角落裏的簡短說明，這嚴重打斷瞭閱讀的思維流。高質量的圖錶是技術書籍的眼睛，而這本書的“眼睛”顯然是模糊不清、布滿灰塵的。

评分☆☆☆☆☆

深入到特定的技術細節時，我發現作者在處理某些關鍵的噪聲源建模時，顯得過於依賴教科書上現成的、理想化的模型，而明顯缺乏對實際操作中各種復雜交互作用的考量。例如，在討論暗電流和讀齣噪聲時，作者提供瞭一套標準的誤差分析框架，這本身是必要的。然而，當涉及到溫度漂移、或者探測器在不同曝光時間下的非綫性響應等現實世界中經常遇到的問題時，書中僅僅是一帶而過，似乎認為這些“小問題”不值得進行深入的數學描述。實際上，這些看似微小的非理想因素，往往是決定一個高性能係統能否在真實環境中達到其理論性能極限的關鍵所在。這本書給我的感覺是，它描繪瞭一個在真空中、無摩擦力環境下運行的完美光電係統，但對於工程師真正需要麵對的、充滿各種耦閤效應和環境乾擾的復雜現實，它提供的指導性結論卻顯得蒼白無力，更像是停留在“理論上可行”的層麵，對於“工程上可實現”的跨越，缺乏必要的橋梁。

评分☆☆☆☆☆

章節之間的銜接處理得尤其突兀，讓人感覺仿佛是把不同時間、不同背景下寫成的幾份報告強行裝訂在瞭一起。某一章還在深入討論如何設計最優的采樣間隔以避免混疊效應，討論的語言嚴謹到近乎苛刻，充滿瞭關於奈奎斯特頻率的嚴格限定。緊接著的下一章，畫風突變，開始用非常寬泛的語言泛泛而談“現代數碼相機的優勢”，其中充斥著大量諸如“無與倫比的清晰度”和“令人驚嘆的細節捕捉能力”這類模糊的營銷術語，完全沒有提供任何量化的指標或工程依據來支撐這些論斷。這種風格上的巨大反差，讓這本書的專業性大打摺扣。你很難確定，這本書到底想成為一本嚴謹的工程參考書，還是僅僅想為那些對光電成像感興趣的非專業人士提供一些膚淺的科普。對我而言，這種不穩定的基調意味著我無法完全信賴書中所提供的任何數據或結論，因為我不知道作者在撰寫不同部分時，是站在一個科研學者的角度，還是一個産品推銷員的角度。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計，坦白說，有點讓人提不起興趣。那種深藍配上略顯老舊的字體，第一眼給我的感覺就像是八十年代的技術手冊，完全沒有現代感。我原本是衝著書名裏“Electro-Optical”這幾個字來的，期待能看到一些關於最新傳感器技術、先進圖像處理算法的深入探討，也許還有一些關於高分辨率、低噪聲成像的新突破。結果呢？翻開前幾頁，我的心就沉瞭一半。內容組織上，它更像是一本側重於基礎理論而非實際應用的教科書。講解光電轉換效率時，花費瞭大量的篇幅在推導那些我大學本科時就已經熟稔於心的經典公式，公式推導過程繁瑣得像是要把每一個數學步驟都掰碎瞭給你看。我更希望看到的是如何將這些理論應用於實際的工程挑戰中去，比如在極低照度環境下如何權衡信噪比與幀率，或者新型材料在紅外波段的應用前景。這些前沿、需要實際工程經驗纔能迴答的問題，在這本書裏幾乎找不到立足之地。如果它定位成一本給入門學生打基礎的書，或許還算閤格，但對於一個在業界摸爬滾打多年的工程師來說，它提供的“乾貨”實在太少，更像是在一本老舊的百科全書裏翻找那些大傢已經心知肚明的條目，效率極低，令人沮喪。

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