Sensors, Cameras, and Systems for Scientific/Industrial Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Blouke, Morley M. (EDT)/ Williams, George M. (EDT)/ Society of Photo-Optical Instrumentation Enginee

出品人:

页数:242

译者:

出版时间:

价格:80

装帧:HRD

isbn号码:9780819431202

丛书系列:

图书标签:

• Sensors
• Cameras
• Industrial Applications
• Scientific Instruments
• Image Processing
• Machine Vision
• Data Acquisition
• Measurement Systems
• Automation
• Optical Sensors

现代光电成像与测量技术：从基础原理到前沿应用 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代光电成像与测量技术领域的核心概念、关键组件以及最新的发展趋势。我们聚焦于那些驱动科学研究、工业检测、环境监测和先进制造的关键技术，避开特定书籍中可能涉及的某一特定产品或系统集成细节，转而深入挖掘支撑这些应用的底层物理原理和工程实现。 --- 第一部分：光电传感器的基础物理与材料科学 本部分详尽阐述了光电转换过程中的基本物理学原理，并详细考察了构成现代传感器的关键材料及其特性。 1. 光与物质的相互作用 我们将从量子力学的角度出发，解析光子与半导体材料、介质材料之间的相互作用机制。重点讨论光吸收、光生载流子的产生与复合过程。深入分析光敏材料的能带结构、有效吸收系数对器件性能的影响。此外，还将探讨长波红外和太赫兹波段的特殊辐射特性及其在被动与主动探测中的应用挑战。 2. 核心传感材料的特性与优化 详细比较硅基、III-V族（如InGaAs、HgCdTe）以及新兴的二维材料（如石墨烯、钙钛矿）在光电探测中的优势与局限。讨论材料缺陷、掺杂效应如何影响量子效率（QE）、暗电流和噪声水平。内容将涵盖如何通过表面钝化技术、薄膜生长工艺控制材料的电学和光学性能，以适应特定光谱范围和工作温度的需求。 3. 噪声理论与信号完整性 对光电系统中的主要噪声源进行分类和量化分析，包括散粒噪声（Shot Noise）、热噪声（Johnson-Nyquist Noise）、1/f 噪声（闪烁噪声）以及读出电路噪声。阐述信噪比（SNR）和检测限（LOD）的计算方法，并介绍先进的降噪技术，如数字滤波、相关多重采样（Correlated Double Sampling, CDS）和冷却技术对抑制暗电流和热噪声的作用。 --- 第二部分：先进成像系统设计与光学元件 本部分聚焦于如何设计和构建高效的光学前端，以捕获并聚焦光信号，确保后续电子系统的输入质量。 4. 几何光学与衍射光学原理 系统回顾成像系统的基本构成，包括透镜组的设计原则，如消色差、场曲和畸变校正。重点讨论光线追迹软件（如Zemax/Code V背后的数学模型）如何用于优化多镜片系统的性能。同时，深入探讨衍射光学元件（DOE），如菲涅尔波带片（FZP），在紧凑型系统和特殊光束整形中的应用，并分析其局限性（如色散）。 5. 调制与光束控制技术 详细介绍用于改变光信号特性的主动光学元件。这包括电光调制器（EOM）和声光调制器（AOM）的工作原理，它们如何实现高速开关和频率偏移。在光束控制方面，探讨空间光调制器（SLM）在相位和振幅调控中的应用，及其在计算成像和自适应光学系统中的作用。 6. 光学系统误差分析与计量 阐述如何通过MTF（调制传递函数）和PSF（点扩散函数）来量化光学系统的空间分辨率和成像质量。讨论如何利用干涉测量、Shack-Hartmann波前传感器等技术对光学系统进行精确的计量和误差评估，并介绍如何通过软件算法补偿已知的系统像差。 --- 第三部分：数据获取、处理与计算成像 本部分转向光电转换后的信号处理和信息提取，涵盖了从模数转换到复杂图像重建的全过程。 7. 高速数据采集与模数转换 分析高速成像和光谱仪对数据采集链（ADC）的要求。比较不同类型的模数转换器（如SAR、流水线、Sigma-Delta）的性能指标（有效位数ENOB、采样率、功耗），并讨论如何同步多个高速传感器以实现高维数据立方体的采集。 8. 图像增强与恢复算法 深入探讨图像处理的基础算法，特别是针对低信噪比环境下的增强技术。内容包括空间域滤波（如非局部均值滤波）、频率域滤波，以及先进的迭代反卷积方法（如Lucy-Richardson算法）在消除模糊、恢复清晰度方面的应用。 9. 计算成像的新范式 计算成像（Computational Imaging）是当前领域的前沿。本章将详细介绍基于压缩传感（Compressed Sensing, CS）的成像技术，解释其如何通过稀疏表示和优化算法，在远低于奈奎斯特速率的情况下重建高质量图像。同时，讨论单像素相机（Single-Pixel Camera）的工作原理及其在多光谱成像和极端波段探测中的潜力。 10. 三维重建与深度感知技术 系统梳理非接触式三维测量技术。详细分析结构光（Structured Light）投影与三角测量法的几何关系和误差源。对比飞行时间（Time-of-Flight, ToF）传感器的工作原理，尤其关注其在解决运动模糊和背景抑制方面的优势。最后，探讨基于立体视觉的深度图生成与多视图几何校正技术。 --- 第四部分：特定应用中的系统集成与挑战 本部分将理论知识应用于具体的工业、科学场景，探讨在实际工程中必须克服的设计权衡和集成难题。 11. 极端环境下的传感器可靠性 探讨传感器和电子设备在高温、高压、强辐射或真空环境下的失效模式。重点分析热管理策略（如帕尔贴冷却、散热片设计）对维持器件长期稳定性的重要性。讨论辐射硬化技术在航空航天和高能物理应用中的必要性。 12. 光谱成像与分析 区分基于滤光片、色散元件（如棱镜、光栅）和调制技术（如FMCW）的光谱采集方法。深入解析高光谱立方体（Hypercube）数据的存储、压缩与预处理技术。讨论如何利用化学计量学和机器学习方法从复杂光谱数据中提取物质成分和浓度信息。 13. 工业在线质量控制的挑战 针对高速生产线上的实时检测需求，分析工业视觉系统在速度、精度和鲁棒性之间如何进行权衡。讨论如何利用高帧率相机、线阵扫描器和专用的机器视觉软件平台，实现对微米级缺陷的实时识别、分类和溯源。 本书旨在为工程师、研究人员和高年级学生提供一个坚实的知识基础，使他们能够理解并驾驭光电系统设计中的复杂权衡，从而推动下一代科学测量和工业自动化解决方案的创新。

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