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页数:99

译者:

出版时间:2010-6

价格:14.00元

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isbn号码:9787501975792

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书籍简介：现代光学成像技术与应用 第一章 绪论：光学成像的演进与基础 本章将全面回顾光学成像技术的发展历程，从早期的显微镜和望远镜，到现代高分辨率、多维度的成像系统。我们将深入探讨光与物质相互作用的基本原理，包括光的传播、衍射、干涉、散射和吸收等现象，这些都是构建任何光学成像系统的物理基础。本章还将介绍成像系统的基本构成要素，如光源、物镜、光阑、中继系统和探测器，并初步阐述傅里叶光学的基础概念，为后续章节对复杂成像系统的分析打下坚实的理论框架。重点讨论空间分辨率、对比度、信噪比等关键成像性能指标的物理意义和限制因素。 第二章 几何光学与像的形成 本章聚焦于几何光学的框架内，详细解析成像过程中的像的形成规律。我们将运用费马原理和光线追迹法，分析平面镜、球面镜和透镜组的成像特性。详细讨论单透镜和多透镜系统（如开普勒望远镜、伽利略望远镜、显微镜物镜等）的放大率、焦距和像差的计算。本章的重点在于系统地介绍和量化光学系统中的主要几何像差，包括球差、彗差、像散、场曲和畸变。通过对这些像差的深入分析，读者将理解如何通过优化透镜组合和配置来校正或减轻这些失真，从而获得更高质量的图像。 第三章 物理光学与成像的衍射极限 本章将超越几何光学，进入物理光学的范畴，探讨衍射和干涉对成像质量的决定性影响。我们将详细讲解夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射，并重点分析光学孔径（如有限的光阑）对成像过程中的“点扩散函数”（PSF）和“离散转移函数”（OTF）的塑造作用。本章将清晰阐述阿贝衍射理论，并量化光学系统的衍射极限，即在不考虑其他系统缺陷的情况下，成像分辨率的理论上限。此外，还将介绍傅里叶变换在分析成像系统中的核心作用，阐明如何通过傅里叶域的分析来理解和优化系统的空间频率响应。 第四章 显微成像技术的核心原理 本章专门深入探讨现代显微镜的核心技术与应用。首先，我们将详细解析明场、暗场、相差（Phase Contrast）和微分干涉相衬（DIC）等经典显微技术的工作原理及其对不同样品特性的敏感性。随后，重点介绍荧光显微技术，包括激发光和发射光的选择、滤光片组的配置，以及其在生物成像中的不可替代性。本章还将覆盖共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）的基本构造、实现光学切片的能力及其在三维重建中的应用。此外，还将讨论超分辨显微技术（如STED, PALM/STORM）的物理基础，及其如何突破衍射极限，实现纳米尺度的成像。 第五章 遥感与远场成像系统设计 本章将视角从微观转向宏观，聚焦于远距离观测和遥感成像系统。我们将分析大口径望远镜的设计原则，包括反射式和折射式系统的优劣势比较，以及自适应光学（AO）系统如何实时补偿大气湍流对成像质量的恶化效应。在遥感领域，本章将介绍多光谱和高光谱成像技术，阐述如何通过捕获不同波段的光谱信息来识别和分类地物目标。此外，还将探讨相控阵成像和合成孔径光学（SAO）等前沿技术在提升远距离分辨率方面的潜力。 第六章 光电探测器与图像采集 有效的图像采集依赖于高性能的光电转换器件。本章将全面介绍现代光学成像系统中使用的各类探测器，包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器的工作原理，分析其关键性能参数，如量子效率（QE）、噪声水平（暗电流、读出噪声）和动态范围。本章还将讨论红外探测器（如焦平面阵列）在热成像中的应用，并探讨像素大小、芯片尺寸与系统视场和分辨率之间的权衡关系。最后，将简要介绍模拟信号到数字信号的转换过程及其对最终图像质量的影响。 第七章 图像处理与质量增强 获取原始图像后，后续的图像处理技术对于提高图像的可用性和信息量至关重要。本章将系统介绍数字图像处理的基础算法。内容涵盖图像增强技术（如直方图均衡化、锐化滤波），噪声抑制方法（如维纳滤波、中值滤波），以及几何校正技术（如去畸变和配准）。此外，本章还将重点讨论基于傅里叶变换的图像去卷积技术，用以恢复由系统点扩散函数引起的模糊，从而提升图像的清晰度。对如何进行三维数据可视化和渲染的初步介绍也将被包含。 第八章 先进光学成像与计算成像 本章探索当前光学成像领域的前沿研究方向，特别是计算成像的范式转变。我们将详细阐述计算成像的基本思想，即通过设计特殊的系统结构或采集欠采样数据，然后利用强大的计算算法来重构出高信息量的图像。重点内容包括：计算层析成像（CT/OCT）的原理和重建算法；全息成像技术及其应用；以及基于深度学习的成像增强和超分辨率重建方法，展示人工智能如何深度融入到图像的采集和解释过程中。 第九章 光学系统集成与误差分析 本章将理论知识应用于实际系统集成。我们将讨论光学系统从设计到制造的流程，包括公差分析和装配误差对成像性能的影响。详细分析机械结构对光路稳定性的要求，以及热效应对精密光学元件定位的影响。本章还将教授如何使用光学设计软件进行初步的系统建模和优化，并通过实际案例分析，展示如何诊断和解决实际部署中遇到的光学性能下降问题。 第十章 安全、伦理与未来展望 最后，本章将探讨光学成像技术在社会中的广泛影响。内容包括激光安全标准、高分辨率成像技术在隐私保护方面的伦理考量。展望未来，本章将讨论新兴的光子学技术，如量子成像、活体无标记成像，以及如何将成像技术与其他传感模态（如声学、电磁场）融合，以期在更广阔的尺度和更复杂的环境中获取信息。

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