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出版者:中国计量出版社

作者:倪福莲

出品人:

页数:104

译者:

出版时间:2004-1-1

价格:15.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787502619145

丛书系列:

图书标签:

• 食品安全
• 食品检测
• 质量检验
• 实验教学
• 食品科学
• 食品工程
• 分析化学
• 仪器分析
• 食品标准
• 检验方法

深入解析现代光学成像技术：从基础理论到前沿应用 本书旨在为读者提供一个全面且深入的现代光学成像技术概览，重点聚焦于支撑当代科学研究和工业应用的关键理论框架、核心设备原理以及最新的技术突破。本书内容涵盖了传统衍射光学、先进波前整形技术，直至复杂的计算成像范式，为光学工程师、物理学家以及相关领域的研究人员提供坚实的理论基础和实用的技术参考。 --- 第一章：光与物质相互作用的基础光学原理 本章系统梳理了光在介质中传播的基本规律，这是所有光学成像技术建立的基石。我们将从麦克斯韦方程组出发，推导出波动光学的基础方程，深入探讨光的干涉、衍射和偏振现象。 1.1 电磁波理论与光传播 1.1.1 波动方程的导出与平面波、球面波的描述： 详细阐述电磁场在各向同性介质中的传播特性，引入复振幅表示法，便于后续的傅里叶分析。 1.1.2 惠更斯-菲涅耳原理的现代诠释： 从物理几何光学过渡到波动光学视角，解释光线如何在复杂结构中重构波前。 1.2 衍射理论与角谱分析 1.2.1 菲涅耳与夫琅禾费衍射： 对比分析近场和远场衍射的数学模型，并讨论它们在实际成像系统中的应用边界。 1.2.2 傅里叶光学基础： 详细介绍傅里叶变换在描述光学系统时的核心作用，阐明孔径函数、物方空间频谱与像方空间频谱之间的关系，引入光学传递函数（OTF）的概念。 1.3 偏振光学与双折射现象 1.3.1 琼斯矩阵与穆勒矩阵： 系统介绍描述偏振态的数学工具，特别是用于分析偏振敏感成像系统的矩阵方法。 1.3.2 自然界中的双折射与液晶光学元件： 探讨材料的各向异性对光波偏振态的影响，并分析了液晶空间光调制器（SLM）的工作原理及其在光束控制中的潜力。 --- 第二章：传统光学成像系统的构建与像差控制 本章聚焦于宏观成像系统的设计哲学，从透镜组的设计到对成像质量的限制因素进行全面分析。 2.1 几何光学基础与成像定律 2.1.1 理想成像与矩阵光学： 使用ABCD矩阵法快速分析多透镜系统的焦距、放大率和像距关系。 2.1.2 像差理论的系统分类： 深入剖析五大几何像差（球差、彗差、像散、场曲和畸变）的物理起源、数学表达式（如泽尼克多项式描述）及校正策略。 2.2 衍射极限与分辨率限制 2.2.1 艾里斑与瑞利判据： 量化分析衍射效应对有限孔径系统成像能力的影响。 2.2.2 调制传递函数（MTF）的测量与应用： 讨论如何通过测量边缘响应函数（ERF）来确定系统的实际分辨率性能，并将其应用于系统优化。 2.3 现代镜头设计与系统集成 2.3.1 非球面透镜的应用： 介绍如何通过引入非球面曲面来更有效地校正高阶像差，减少镜片数量。 2.3.2 离轴光学系统设计： 探讨微偏振光束合成器（MBS）等复杂系统中的离轴设计挑战与解决方案，以实现宽视场成像。 --- 第三章：先进探测器技术与数字图像采集 高质量的成像不仅依赖于光学系统，更依赖于灵敏、高动态范围的探测器技术。本章详细介绍当前主流的图像传感器原理和信号处理流程。 3.1 半导体光电探测器原理 3.1.1 CCD与CMOS传感器的结构差异： 深入对比电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）的工作机制、噪声源（如暗电流、读取噪声）和适用场景。 3.1.2 背照式（BSI）与堆栈式CMOS技术： 分析新型传感器架构如何提高量子效率（QE）和全局快门（Global Shutter）性能。 3.2 噪声模型与信噪比（SNR）分析 3.2.1 系统的固有噪声来源： 量化分析散粒噪声、热噪声、量化噪声在成像链中的累积效应。 3.2.2 低光照成像的策略： 讨论增益控制、像素合并（Binning）以及帧平均技术在提升弱信号成像质量中的作用。 3.3 高动态范围（HDR）成像技术 3.3.1 曝光控制与多重采样： 介绍通过不同曝光时间捕获多帧图像，并进行对齐与融合以扩展动态范围的方法。 3.3.2 对数传感与事件驱动相机（DVS）： 探讨非线性响应传感器如何模仿人眼，实现极高的瞬时动态范围和时间分辨率。 --- 第四章：计算成像：从光学到算法的范式转变 本章深入探讨如何利用计算能力弥补光学元件的局限性，实现传统光学无法达成的成像任务。这是现代成像领域的核心发展方向。 4.1 压缩感知成像（Compressed Sensing, CS） 4.1.1 稀疏表示与测量矩阵设计： 介绍如何通过数学理论证明在满足一定条件下，可以以远低于奈奎斯特速率的采样率重建信号。 4.1.2 单像素相机（Single-Pixel Camera）的实现： 详细解析DMD（数字微镜器件）在编码和解码过程中如何与稀疏性约束相结合，实现高维度数据的采集。 4.2 衍射光学与计算光子学 4.2.1 超表面（Metasurfaces）的设计与调控： 介绍如何利用亚波长结构实现对光相位、振幅和偏振的精确、任意控制，取代传统厚重透镜。 4.2.2 盲反卷积与计算去模糊： 在已知或估计点扩散函数（PSF）的情况下，利用迭代算法恢复清晰图像的技术流程。 4.3 深度信息获取：三维成像技术 4.3.1 结构光与飞行时间（ToF）原理： 详细分析编码图案投影和光脉冲时间测量在主动式深度感知中的应用和各自的局限性（如反射率依赖性）。 4.3.2 计算全息术与波前整形： 讨论如何通过测量光场分布（如使用Luneberg透镜或PLCS阵列）并利用快速傅里叶变换（FFT）重构三维物体空间分布的理论模型。 --- 第五章：专业应用领域的高级成像技术 本章将理论与技术应用于特定的、对性能有极高要求的应用场景。 5.1 显微成像的突破：超分辨与活体成像 5.1.1 基于光的绕射极限的超越（STED/PALM/STORM）： 深入解析荧光饱和、随机开关和分子定位技术如何实现纳米级分辨率。 5.1.2 光学显微镜的自适应光学（AO）： 讨论如何利用变形镜和反馈回路实时补偿生物组织引入的像差，以维持高数值孔径物镜的性能。 5.2 遥感与高光谱成像 5.2.1 傅里叶变换光谱成像（FTSI）： 介绍利用干涉仪（如Michelson干涉仪）一次性捕获整个光谱信息的优势，以及如何通过计算重建高光谱立方体。 5.2.2 目标识别与大气校正： 讨论在复杂环境下，如何利用光谱特征识别材料，并应用辐射传输模型对大气散射和吸收效应进行校正。 5.3 机器视觉与工业检测 5.3.1 3D轮廓测量技术： 比较激光扫描、光栅投影和立体视觉在工业在线检测中的精度、速度和鲁棒性。 5.3.2 工业X射线成像与断层扫描（CT）： 介绍工业无损检测中，利用高能辐射源和高像素探测器重建内部结构的方法，并关注剂量控制与图像增强算法。 --- 附录 附录A：常用光学设计软件（如Zemax, CODE V）的脚本基础与数据接口。 附录B：线性代数与概率论在图像处理中的复习。 附录C：关键术语与缩写对照表。

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说实话，我对这类偏向技术操作类的书籍通常抱持着一种审慎的态度，生怕内容陈旧或者操作流程脱节于最新的行业标准。然而，这本书的更新速度和前瞻性着实让我感到惊喜。它对最新的光谱分析技术在快速检测中的应用介绍，以及对新型快速酶标法原理的详尽解读，都显示出编者团队对行业动态保持着高度的关注。书中的案例分析部分尤为精彩，它们往往取材于近年来的行业热点事件，用严谨的科学方法进行“事后复盘”，这种案例教学法比枯燥的理论讲解要有效得多。我特别留意了关于快速霉素残留检测的那一章，它对比了不同前处理方法的优劣，并提供了详细的优化建议，对于一线技术人员来说，这无疑是能直接提升工作效率的宝贵经验总结。这种紧跟时代脉搏的专业深度，是其区别于其他教材的关键所在。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面采用了那种沉稳又不失活力的深蓝色调，搭配着清晰的白色字体，给人一种专业可靠的感觉。我拿到手的时候，首先注意到的是纸张的质感，摸上去挺有分量，印刷清晰锐利，即便是那些复杂的图表和流程图，细节处理得也相当到位，长时间阅读下来眼睛也不会感到特别疲劳。内页的排版布局很合理，章节划分逻辑性强，目录清晰明了，查找特定内容时非常方便快捷。特别是那些实验步骤的插图，绘制得非常细致入微，几乎可以直接作为操作指南来参考。整体来看，这本书在视觉呈现和物理触感上都展现出了高水准的制作工艺，对于我这种偏爱实体书、注重阅读体验的读者来说，这本书的硬件条件无疑是加分项，让人愿意捧起它，沉浸到学习的过程中去。这种对细节的打磨，也侧面反映出编者在内容组织上的严谨态度。

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我是在进行一项关于农产品保鲜技术的研究时偶然接触到这本理论专著的。它不像市面上很多同类书籍那样堆砌公式和晦涩的理论，而是采取了一种非常贴近实际应用场景的叙述方式。书中对各种常见污染源的识别和快速筛查方法的论述，简直就是一场思维的盛宴。它不仅仅停留在“是什么”的层面，更是深入挖掘了“为什么会发生”以及“如何预防”的深层机制。比如，它对微生物代谢产物在食品风味变化中的作用分析，结合了生化动力学和感官评价的多个维度，那种跨学科的综合视角，极大地拓宽了我对食品安全问题的认知边界。我个人尤其欣赏它对“风险评估模型”的构建过程的详细拆解，这部分内容逻辑严密，步骤清晰，即便对于初学者来说，也能逐步掌握如何构建一个实用的质量监控体系，而不是仅仅停留在理论的空中楼阁。

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这本书的语言风格是那种非常克制、严谨但又不失温度的学术探讨。作者在阐述复杂的分析化学原理时，会不时穿插一些历史背景或者早期科学家的探索历程，这使得原本可能显得冰冷的技术介绍增添了一份人文色彩。阅读过程中，我感觉自己像是在听一位经验丰富、耐心细致的导师在进行一对一的辅导。例如，在讲解标准曲线的绘制和误差分析时，作者没有采用那种生硬的公式灌输，而是通过对“随机误差”和“系统误差”在实际操作中可能引发的不同后果的细致剖析，让读者深刻理解为什么要严格控制每一个实验变量。这种将科学精神与实践智慧相结合的叙述方式，极大地提升了阅读的愉悦感和知识的留存率，让人在不知不觉中就被带入了专业研究者的思维模式之中。

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对我而言，一本好的工具书，其价值往往体现在它能否提供一个可靠的“操作手册”。这本书在这一点上做得非常出色，它将大量的标准操作规程（SOP）模块化、图谱化。我最欣赏它对各种常见仪器校准和维护的详细指导，这部分内容往往是很多书籍中被一带而过却又至关重要的环节。书中专门辟出了一整章来讨论实验数据的可靠性验证和结果的报告规范，这对于撰写规范的实验报告或者进行资质认证准备工作的我来说，具有极高的实用价值。它不仅告诉我“怎么做实验”，更重要的是指导我“如何证明我的实验是正确的”。这种对规范性和可追溯性的强调，体现了作者对质量保证体系的深刻理解，让这本书从一本单纯的知识手册，升华为一份严谨的质量控制参考典籍。

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