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页数:180

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出版时间:2007-8

价格:21.00元

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isbn号码:9787030190574

丛书系列:

图书标签:

• 小波分析
• 信号处理
• 数学分析
• 数值分析
• 图像处理
• 时频分析
• 傅里叶分析
• 工程数学
• 应用数学
• 数据分析

现代光学与成像技术：从基础理论到前沿应用 图书简介 本书旨在全面、深入地阐述现代光学与成像技术的基本原理、核心方法以及在当今科学研究和工程实践中的前沿应用。全书结构严谨，内容涵盖了从经典光学的几何描述到量子光学、非线性光学等现代理论，并重点介绍了衍射成像、全息术、计算成像等关键技术的发展历程与最新进展。 第一部分：光的基础理论与传播 第一章：电磁波理论基础回顾 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在各向同性、均匀介质中的解析形式，重点讨论了平面电磁波的传播特性，包括波速、波数、波矢的概念及其在不同介质中的变化规律。随后，详细阐述了光的偏振态，从线偏振、圆偏振到椭圆偏振的数学描述，并引入琼斯矩阵和穆勒矩阵，为后续的光学元件设计和偏振测量奠定理论基础。 第二章：几何光学与波动光学过渡 本章将几何光学视为波动光学的近似，通过费马原理导出光线传播的基本定律，包括折射定律和反射定律。在此基础上，深入探讨了波动光学的基础，即光作为横波的特性。重点分析了光的叠加原理，并引入惠更斯-菲涅耳原理，解释了光波的传播和绕射现象，为衍射理论的建立做铺垫。 第三章：光在介质中的传播与调控 本章聚焦于光与物质的相互作用。详细讨论了光在吸收、散射和色散介质中的传播特性，解释了阿贝-洛伦兹关系和克拉默斯-克罗尼希关系。随后，深入研究了各向异性介质中的光传播，特别是双折射现象，并以晶体光学为基础，介绍了波片（延迟片）的工作原理及其在偏振态转换中的应用。 第二部分：衍射、干涉与成像基础 第四章：光的衍射理论 本章是本书的核心之一，系统阐述了光的衍射现象。从菲涅耳衍射（近场）到夫琅禾费衍射（远场）的数学推导，清晰地展示了光波绕过障碍物后的传播规律。重点分析了单缝、双缝、圆孔等典型孔径的夫琅禾费衍射图样，并引入了光栅理论，解释了其在光谱分析中的重要作用。 第五章：傅里叶光学基础 本章将衍射理论与傅里叶变换紧密结合。阐释了光瞳函数（Pupil Function）在傅里叶平面上的意义，并详细介绍了傅里叶透镜的作用——将物体的空间信息转换到傅里叶平面。深入探讨了空间滤波技术，包括利用傅里叶平面上的光学元件（如振幅滤波器、相位滤波器）实现对图像的锐化、模糊或特定空间频率成分的提取。 第六章：成像系统的成像质量与像差 本章关注实际成像系统的性能评价。首先，引入点扩散函数（PSF）和光学传递函数（OTF）的概念，用以量化成像系统的分辨率和对比度。随后，系统性地分析了由透镜几何结构和材料色散引起的经典像差，如球差、彗差、像散、场曲和色差，并介绍了如何通过组合透镜、非球面设计或像差校正技术来优化成像质量。 第三部分：现代光学技术与计算成像 第七章：全息术与信息存储 本章全面介绍全息成像技术。从Gabor的全息理论出发，阐述了记录全息图所需的物光和参考光干涉原理。详细分析了数字全息（DH）的记录、再现过程及其在三维形貌测量中的优势。此外，探讨了信息存储中的全息技术应用，包括体全息存储（HSD）的基本概念。 第八章：非线性光学现象 本章引入了光与物质在强光作用下的非线性相互作用。重点分析了二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）以及自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）等效应。通过这些非线性过程，解释了如何实现频率转换、超短脉冲的产生与压缩，以及在光学信息处理中的潜在应用。 第九章：计算成像与深度学习 本章聚焦于当前光学领域的热点——计算成像。详细介绍了压缩感知（CS）在稀疏信号采集中的应用，以及单像素相机的工作原理。深入探讨了基于深度学习的成像方法，包括如何利用卷积神经网络（CNN）进行盲反卷积恢复、去噪以及在复杂介质（如散射介质）中的成像重建，展示了人工智能如何赋能传统光学。 第十章：新型光学元件与应用 本章介绍近年来兴起的新型光波调控技术。重点讲解了超表面（Metasurfaces）的设计原理，即通过亚波长结构单元实现对光场振幅、相位和偏振的任意调控，并阐述了超表面在超薄透镜（Metalenses）和轨道角动量（OAM）光束产生中的应用。此外，还将简要介绍光学拓扑绝缘体及其在光子芯片中的应用前景。 结语：展望光学与成像技术的未来 本书的结语部分将对当前光学研究的瓶颈问题进行总结，并展望未来几个关键的发展方向，包括太赫兹波段的光学研究、活体生物成像的突破，以及集成光子学与量子计算的深度融合。 适用对象 本书适合于光学工程、物理学、电子工程、生物医学工程等相关专业的高年级本科生、研究生，以及从事光电技术研发、设计与应用的科研人员和工程师阅读。阅读本书需要具备扎实的微积分、线性代数和基础电磁学知识。

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这本书给我最大的冲击来自于它所揭示的“万物皆可分解”的哲学观感。它不仅仅是关于数学工具的书籍，更像是一本关于如何看待世界复杂性的教材。作者通过小波理论，展示了如何在不同的尺度上观察同一现象——小到瞬间的噪声脉冲，大到长期的趋势波动，小波都能提供一个合适的“镜头”去聚焦。这种多尺度分析的思维，让我反思了自己在处理其他领域问题时，是否总是用单一的“分辨率”去衡量一切。书中的例子涵盖了从地震波分析到金融时间序列预测，其普适性令人惊叹。读完后，我感觉自己不仅仅是学会了一套分析技术，更是获得了一种更加灵活、更加包容的分析视角，看待任何复杂系统时，都会不自觉地去寻找那个隐藏在表象之下的、特定尺度的基本“波”。这是一次思想上的升华。

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坦白讲，我是在一个相对紧迫的项目需求下开始研读这本《小波分析》的。我需要快速掌握一种在非平稳信号分析中更有效的工具。这本书的结构安排非常高效，它没有过多纠缠于历史渊源的冗长描述，而是直奔主题，聚焦于离散小波变换（DWT）及其在工程中的应用。从Haar小波到Daubechies小波族的特性对比，讲解得井井有条，逻辑链条非常顺畅。尤其是在讲解多层分解和重构过程时，作者采用了矩阵运算和滤波器组的视角进行切换，这让我能从不同的数学框架下去理解同一个过程，极大地加深了我的理解深度。对于我这种带着明确应用目标去阅读的读者来说，这本书的实用性和针对性简直无可挑剔，它为我解决了燃眉之急，并为后续的深入研究铺平了道路。

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这本《小波分析》真是让我大开眼界，简直是数学世界的奇幻漂流！我原本对信号处理和数据分析领域只有模糊的认识，觉得那些公式和图表都是高深莫测的。但这本书的叙述方式，就像一位经验丰富的向导，耐心地带领我穿梭在时域和频域的迷宫之中。特别是关于如何将复杂的信号“分解”成不同尺度、不同位置的“小波”片段时，那种直观的感受非常震撼。作者没有一上来就抛出艰深的数学定义，而是用生动的比喻和清晰的图示，将傅里叶分析的局限性铺陈开来，然后自然而然地引出了小波的优势。我特别喜欢它对“多分辨率分析”的讲解，那种层层深入、逐步揭示细节的逻辑非常吸引人。读完第一部分，我感觉自己仿佛获得了新的“透视眼”，能够以前所未有的清晰度去看待那些看似杂乱无章的数据流。这本书的价值不仅在于传授知识，更在于它重塑了你理解和分析问题的方式，让人对数字世界的内在结构产生了敬畏之心。

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这本书的排版和图表的质量，绝对配得上它所涵盖的深度内容。很多关于母小波、伸缩和平移操作的图示，色彩分明，结构清晰，几乎不需要额外的文字解释，读者就能立刻抓住核心概念。我尤其赞赏作者在引入一些复杂的数学定理时，总会附带一个“直观理解”的小节。这种做法极大地降低了初学者的畏难情绪。比如，当我第一次看到那些希尔伯特空间和完备正交基的描述时，头脑一片混沌，但紧接着的图例和类比，立马点亮了我的思路，让我明白了这些概念在信号分解中的物理意义。可以说，这本书在“可读性”和“专业性”之间找到了一个非常精妙的平衡点。它不像一些经典教材那样高冷，而是带着一种鼓励读者去探索的友好姿态，这一点对于自学者来说简直是福音。

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拿到这本书的时候，我其实有点担心它的学术性会不会太强，毕竟“小波分析”这个名字听起来就带着一股子硬核科研范儿。但令人惊喜的是，作者在确保数学严谨性的同时，非常注重其实际应用层面的阐述。我最感兴趣的是它在图像压缩和去噪方面的实例。那些原本在我看来只能依靠昂贵软件才能完成的任务，通过书中的理论推导和简单的算法描述，竟然变得可以被理解和模拟。比如，关于阈值处理和稀疏表示的部分，讲解得极为透彻，让我明白了为什么小波变换能比传统的离散余弦变换（DCT）在保持图像重要信息的同时，能更有效地去除噪声。这种将抽象数学工具与具体工程问题紧密结合的写作手法，极大地激发了我学习的兴趣。这本书不仅仅是教科书，更像是一本高级工程师的工具箱指南，充满了实战智慧。

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