互换性与测量技术基础

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出版者:中国标准出版社
作者:
出品人:
页数:274
译者:
出版时间:2002-12
价格:29.80元
装帧:
isbn号码:9787506630436
丛书系列:
图书标签:
  • 互换性
  • 测量技术
  • 机械工程
  • 制造工程
  • 计量学
  • 误差分析
  • 精密测量
  • 尺寸精度
  • 技术测量
  • 工业测量
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具体描述

现代光学成像与信号处理 本书特色 本书系统阐述了现代光学成像系统的基本原理、关键技术以及信号处理方法。内容涵盖了从基础的光学理论到前沿的成像技术,旨在为读者提供一个全面而深入的视角,理解如何通过精妙的光学设计和复杂的信号处理算法,实现对现实世界的高质量信息捕获与重建。本书结构清晰,理论与实践相结合,特别适合从事光学工程、精密仪器、模式识别及相关领域的研究人员、工程师和高年级本科生、研究生阅读。 第一部分:光学基础与成像系统 第一章:光的波动与几何光学基础 本章回顾了电磁波理论在光波描述中的应用,深入探讨了光的衍射、干涉和偏振现象。几何光学部分着重于分析透镜系统、反射镜系统中的像差理论,包括球差、彗差、像散和场曲。详细讨论了角谱传播(Angular Spectrum Propagation)和菲涅耳衍射积分在光场分析中的应用,为后续的成像系统设计奠定了理论基础。 第二章:成像系统的调制传递函数(MTF)与性能评估 清晰的成像质量是所有光学系统的核心要求。本章的核心是调制传递函数(MTF)的概念及其在描述系统空间频率响应中的作用。我们不仅介绍了MTF的定义和计算方法(包括点扩散函数PSF和线扩散函数LSD),还详细分析了光学传递函数(OTF)的复数特性。章节内容延伸至对系统噪声的分析,包括散粒噪声(Shot Noise)和热噪声,并提出了量化成像系统性能的客观指标,如信噪比(SNR)和有效分辨率。 第三章:数字成像传感器与采样理论 现代光学成像离不开对光的数字化。本章深入讲解了主流的数字成像传感器技术,包括CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的工作原理、量子效率(QE)特性及噪声来源。重点阐述了奈奎斯特-香农采样定理在二维图像采集中的应用,分析了欠采样和混叠现象的成因。此外,还探讨了色彩采样技术,如拜耳(Bayer)滤光阵列的结构与去马赛克(Demosaicing)算法。 第二部分:先进成像技术与三维重建 第四章:计算光学成像基础 计算光学是当前成像领域的研究热点。本章介绍如何利用数字算法来弥补或增强传统光学元件的功能。核心内容包括计算全息术(Computer-Generated Holography, CGH),通过数值方法合成全息图以实现对光场的精确控制。此外,还详细讨论了光场成像(Light Field Imaging)技术,分析了其如何捕获包含空间和方向信息的五维光场数据,以及如何利用这些数据进行后聚焦(Post-focusing)和视点合成。 第五章:衍射光学元件与超表面 本章专注于利用光的衍射特性来设计和制造微纳尺度的光学元件。详细介绍了菲涅耳波带片(Fresnel Zone Plate, FZP)的设计原理,并将其应用于聚焦和分束。核心内容聚焦于超表面(Metasurfaces),阐述了如何通过亚波长结构单元(Meta-atoms)来对入射光的振幅、相位和偏振进行任意调控,实现传统光学元件难以企及的超薄、超轻聚焦透镜或偏振器。 第六章:光学层析成像与深度感知 获取场景的深度信息是高级视觉系统的关键。本章系统介绍了结构光(Structured Light)和激光雷达(LiDAR)的工作原理。在结构光部分,重点分析了编码图案的投射、接收与解调过程,以及时间相位展开算法。对于ToF(Time-of-Flight)传感器,深入探讨了直接测量法和间接测量法中的相位解调技术,以及如何处理多路径效应导致的深度误差。 第三部分:图像重建与信号后处理 第七章:逆问题与图像恢复理论 图像退化是一个典型的逆问题,通常表现为卷积方程 $g = h f + n$ 的形式,其中 $f$ 是理想图像,$h$ 是退化核(如MTF),$n$ 是噪声。本章系统介绍了逆问题的数学框架,包括病态性分析。重点讲解了维纳滤波(Wiener Filtering),它在噪声和退化信息已知的条件下,提供了最优的最小均方误差(MMSE)恢复。此外,还介绍了基于正则化的恢复方法,如Tikhonov正则化,用以稳定解的求取。 第八章:稀疏表示与压缩感知(Compressed Sensing, CS) 本章探讨了如何突破奈奎斯特采样率限制,实现高效的数据采集。核心理论是稀疏性假设——真实世界信号在特定基底下通常是稀疏的。本章详细阐述了有限等距性质(Restricted Isometry Property, RIP),并介绍了基于L1范数最小化的交替方向乘子法(ADMM)等重建算法。本章内容直接应用于低冗余数据采集系统的设计。 第九章:深度学习在光学成像中的应用 随着深度学习的兴起,许多传统的图像恢复和识别任务被重新定义。本章分析了卷积神经网络(CNN)在图像去噪、超分辨率重建(Super-Resolution, SR)中的强大能力。重点讨论了端到端(End-to-End)的学习框架,如何直接将传感器数据映射到高质量图像,以及生成对抗网络(GAN)在合成逼真光学场景方面的应用,为未来智能光学系统的开发提供了新的思路。 结论与展望 本书全面覆盖了从物理光学到数字信号处理的链条,强调了光学硬件设计与先进算法协同工作的重要性。未来的研究方向将集中于开发具有内置计算能力的智能光学元件,以及实现对极端复杂环境下的实时、高精度三维信息获取。

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用户评价

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从一个注重细节的读者的角度来看,这本书的参考文献和术语索引部分做得堪称典范。很多技术书籍在这方面做得比较敷衍,但这本书对待学术规范的态度非常严谨。参考文献列表不仅列出了主要的理论来源,还包含了近年来该领域内一些突破性的研究论文,这为我后续的深入研究指明了方向。更棒的是,书后附带的专业术语索引几乎涵盖了全书出现的所有专业名词,并且提供了清晰的页码定位,这在快速查阅和回顾特定概念时效率极高。我经常在写报告或做项目时,需要迅速回忆某个概念的精确定义,这本书的索引系统简直是我的救星。它体现了编者对读者体验的极致尊重,知道一个技术工作者在查阅资料时最需要的是什么。这种对细节的执着,是衡量一本优秀技术读物的重要标准,而这本书在这方面无疑是超水准的。

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这本书的装帧设计非常有现代感,封面采用了冷色调的配色,配上简洁明了的字体,给人一种严谨而专业的初步印象。我特别喜欢它在内容编排上的用心,每一章的开头都有一个引人入胜的小引言,似乎在向读者描绘一个即将展开的知识世界。书中大量的图表和示意图制作得非常精良,线条清晰,标注详尽,这对于理解那些抽象的理论概念提供了极大的帮助。例如,在讲解某一复杂系统的工作原理时,配上的流程图简直是教科书级别的清晰度,让我这个初学者也能迅速抓住核心逻辑。而且,它的排版非常考究,字间距和行距恰到好处,即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。作者似乎深谙理工科教材的精髓——既要内容扎实,又不能让读者望而却步。这种平衡感,在当今很多技术书籍中是很难得的。读起来感觉自己不是在啃一本硬邦邦的专业书,而是在和一位经验丰富的导师进行一对一的深度交流,他总是知道在哪里停下来,为你点亮一盏清晰的指路明灯。

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这本书带给我的整体感受是那种“厚重而又轻盈”的矛盾统一体。说它厚重,是因为其内容广度与深度都令人叹服,似乎涵盖了该领域从基础公理到前沿应用的所有关键脉络;但说它轻盈,是因为阅读过程中几乎没有产生任何认知上的滞涩感或挫败感。作者在处理那些跨学科交叉的部分时,展现了惊人的驾驭能力,总能用最恰当的比喻将不同学科的概念巧妙地缝合起来。例如,在解释某一测量系统的动态响应时,它自然而然地引入了控制论的视角,使得原本孤立的知识点立刻连接成一个有机的整体,让人感觉知识的边界被极大地拓宽了。这本书不仅仅是一本教科书,更像是一份精心策划的知识地图,它清晰地标示出各个知识点之间的相互关系和层级结构,让我得以从宏观的视角把握住整个学科的架构。读完之后,我感到自己不仅收获了技能,更重要的是获得了对该领域一种全新的、系统的认知框架。

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我是一个对书籍的实用性要求极高的读者,这本书的每一页似乎都在努力证明它不是一本“花架子”。它的章节结构设计非常巧妙,每当章节末尾出现“自测与思考”环节时,我都会停下来,尝试自己解答。这些问题设计得非常有深度,它们往往不是简单地重复书本上的知识点,而是要求读者进行综合运用和批判性思考,这极大地锻炼了我的分析能力。更令人赞赏的是,它对不同难度知识点的区分做得非常到位,对于那些需要深入研究的关键技术点,作者会特别标注出“进阶专题”,并给出详细的数学推导过程,满足了不同层次读者的需求。我发现,即便是那些我之前认为自己已经掌握的领域,通过这本书的重新梳理,我也发现了自己认知中的盲点和不足。这本书的价值不仅在于传授知识,更在于教会读者如何“像专家一样思考和学习”。它更像是一份成体系的思维工具箱,而不是简单的知识点罗列。

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这本书的文字风格极其流畅且富有逻辑性,读起来有一种被引导着不断深入探索的愉悦感。它没有那种陈旧的、充满了晦涩术语的学院派腔调,而是用一种非常贴近工程实践的语言来阐述理论基础。我印象最深的是,作者在引入新概念时,总是先从一个具体的、现实世界中的应用场景切入,这种“问题驱动”的学习方式极大地激发了我的学习兴趣。举个例子,在介绍某一核心算法时,作者并没有直接抛出复杂的数学公式,而是先描绘了为什么需要这个算法,它解决了过去哪些难题,这种铺垫让后面对公式的理解变得水到渠成。此外,书中的案例分析部分做得非常扎实,每一个案例都似乎经过了反复打磨,既有理论的高度,又不失操作的细节。看完一个案例,我立刻就能感觉到自己知识体系中那些零散的碎片被系统地整合到了一起,产生了一种豁然开朗的顿悟感。这本书真正做到了将深奥的知识“翻译”成易于理解和掌握的语言。

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