Computational Intelligence, Control and Computer Vision in Robotics and Automation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Narosa Publishing House

作者:Subudhi, Bidyadhar (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:785.00元

装帧:

isbn号码:9788173199530

丛书系列:

图书标签:

• Robotics
• Automation
• Computational Intelligence
• Control Systems
• Computer Vision
• Artificial Intelligence
• Machine Learning
• Intelligent Systems
• Pattern Recognition
• Image Processing

《现代光学系统设计与仿真》 图书简介 本书旨在为光学工程、精密仪器制造、光电子学等领域的工程师、研究人员及高年级本科生提供一套全面、深入且实用的光学系统设计与仿真工具与方法论。在当今科技飞速发展的时代，光学系统在通信、医疗成像、遥感、先进制造以及消费电子等多个领域扮演着不可或缺的核心角色。精确的设计和可靠的性能预测是确保这些系统成功部署的关键前提。本书聚焦于如何将理论光学知识转化为可操作的工程实践，重点阐述了从系统概念化到最终性能验证的全流程管理。 第一部分：光学系统设计基础与理论回顾 本部分奠定了进行复杂系统设计所必需的理论基石。我们首先回顾了经典几何光学和物理光学的核心概念，包括光线追迹、成像原理（如矩阵光学）、像差理论（如塞德尔像差、高阶像差的修正方法）。然而，本书强调，在现代高分辨率系统中，衍射效应和波动光学特性至关重要。因此，我们投入大量篇幅讨论了傅里叶光学、角谱传播、菲涅尔衍射以及惠更斯-菲涅尔原理在实际系统中的应用。 特别地，本卷详细解析了调制传递函数（MTF）的计算与优化，这被视为评价光学系统成像质量的黄金标准。我们不仅介绍了MTF的理论推导，还深入探讨了如何根据特定应用需求（例如，高对比度或高分辨率）来设定和平衡系统的MTF指标。 第二部分：关键光学元件的设计与选择 一个复杂的光学系统是由众多基础元件构成的。本部分专注于对这些核心元件进行精细化设计与选择。 透镜元件设计： 涵盖了单片透镜、胶合透镜组的初步设计方法，包括最小化残余像差的初始配方确定。我们讨论了非球面透镜在纠正球面像差方面的巨大潜力，并介绍了优化非球面参数以匹配特定波长和物场的设计流程。 反射系统： 针对远距离成像和高能量传输应用，本书详细阐述了反射镜的设计，包括平面镜、球面镜、抛物面镜和椭球面镜的精确制造公差要求。对卡塞格林（Cassegrain）和施密特-卡塞格林（Schmidt-Cassegrain）等经典反射望远系统结构进行了深入的案例分析。 光学材料库与热力学影响： 系统的性能受材料性能的制约。本章提供了常用光学玻璃、晶体（如激光增益介质）和聚合物的详细数据库，并重点分析了温度变化对焦距、折射率和机械尺寸的影响，指导读者建立稳健的热补偿设计策略。 光阑与杂散光控制： 优秀的光学设计不仅要求成像清晰，还必须具备高对比度。我们探讨了光阑（Aperture Stop）的选择、入瞳和出瞳的确定，以及如何通过合理布局遮光罩（Baffles）和优化镜面涂层来有效抑制有害杂散光，确保系统信噪比达标。 第三部分：光学系统仿真与优化技术 在现代工程实践中，仿真软件是设计流程的核心驱动力。本部分将理论知识与实际操作紧密结合，专注于如何利用行业领先的仿真工具箱（如Zemax, CODE V等）进行高效建模和优化。 建立精确的初始模型： 详细介绍了如何将理论设计参数准确转化为软件中的系统结构，包括设置合理的系统单位、坐标系定义以及对公差敏感性分析的准备工作。 自动优化算法的应用： 深入剖析了梯度下降法、模拟退火法等优化算法在光学设计中的应用。重点在于如何设定有效的“目标函数”（Merit Function）来精确指导优化过程，避免陷入局部最优解。我们提供了针对不同系统类型（如变焦系统、显微物镜）的优化策略模板。 波像差函数与性能评估： 波动光学仿真部分详述了Zernike多项式在描述和优化像差中的应用。读者将学会如何直接通过仿真软件输出的波前误差图来诊断和修正特定区域的成像缺陷。 公差分析与制造可行性： 任何制造出来的系统都无法达到理论完美。本章是工程实施的关键。我们教授如何对系统进行蒙特卡洛（Monte Carlo）公差分析，评估制造、装配和环境误差对系统MTF和RMS波前误差的影响。同时，书中提供了不同制造工艺（如磨制、精密切削、模压）对应的典型公差范围，帮助工程师在性能与成本之间找到最佳平衡点。 第四部分：特定应用光学系统的工程实践 为了使内容更具实践性，本书选取了当前热门的三个应用领域进行深入的工程案例剖析。 高分辨率机器视觉镜头设计： 针对工业检测和机器人导航中的高分辨率要求，我们设计了一款具有大视场角（FOV）和高数值孔径（NA）的镜头。案例重点展示了如何利用自由曲面技术来同时校正边缘的场曲和色差。 激光系统中的光束整形与传输： 探讨了如何设计光学系统来精确控制激光光束的质量、尺寸和聚焦特性。内容包括使用DOE（衍射光学元件）进行光束整形，以及在不同介质中进行长距离光束传输时的热透镜效应补偿。 红外成像系统（LWIR/MWIR）： 红外波段的设计对材料选择和结构设计提出了独特的挑战（如消色差设计）。本章详细介绍了锗、硒化锌等红外光学材料的特性，以及如何设计一套满足环境温度稳定性的对焦和调焦机构。 结论与展望 本书不仅是一本理论参考书，更是一本实用的工程手册。通过对设计、仿真和公差分析的系统性讲解，读者将能够独立承担复杂光学系统的概念设计、性能预测及最终的工程落地工作，从而有效缩短研发周期，提升产品质量。未来的光学系统将更加集成化和智能化，掌握这些核心设计工具将是应对下一代光学挑战的关键能力。

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