3D Image Processing

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出版者:Springer
作者:Bartolozzi, C. 编
出品人:
页数:335
译者:
出版时间:2002-04-08
价格:USD 175.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783540674702
丛书系列:
图书标签:
  • 图像处理
  • 3D图像处理
  • 计算机视觉
  • 图像分析
  • 三维重建
  • 医学影像
  • 点云处理
  • 图像处理
  • 模式识别
  • 深度学习
  • 计算机图形学
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具体描述

Few fields have witnessed such impressive advances as the application of computer technology to radiology. The progress achieved has revolutionized diagnosis and greatly facilitated treatment selection and accurate planning of procedures. This book, written by leading experts from many different countries, provides a comprehensive and up-to-date overview of the role of 3D image processing. The first section covers a wide range of technical aspects in an informative way. This is followed by the main section, in which the principal clinical applications are described and discussed in depth. To complete the picture, the final section focuses on recent developments in functional imaging and computer-aided surgery. This book will prove invaluable to all who have an interest in this complex but vitally important field.

《光学与光子学前沿》 内容简介 《光学与光子学前沿》是一部深入探讨现代光学与光子学领域核心原理、最新进展以及未来发展趋势的学术专著。本书并非简单地罗列技术和理论,而是力求构建一个连贯且具有深度的知识体系,旨在为读者提供一个理解和掌握这一快速发展学科的全面视角。从基础的光波性质到先进的光子器件,再到光子学在各行各业的颠覆性应用,本书层层递进,层层深入,力求让读者在掌握理论精髓的同时,也能领略其前沿应用的魅力。 第一部分:基础光学理论的现代诠释 本书的开篇,我们将重温并以现代视角重新审视经典光学的基础概念。这并非简单的复述,而是强调这些经典原理在理解现代光子学现象中的基石作用。我们将深入探讨光的波动性,包括干涉、衍射和偏振等现象,并着重分析这些现象在现代光学测量、成像和信息处理中的应用。例如,我们将讨论惠更斯-菲涅尔原理如何引发现代全息术的诞生,以及杨氏双缝干涉实验背后的量子纠缠的早期萌芽。 光的电磁理论将得到更细致的阐述,从麦克斯韦方程组出发,我们将解析光与物质相互作用的本质,包括光的吸收、发射、散射和折射等过程。这部分内容将为理解光学材料的特性以及光与纳米结构的相互作用奠定坚实基础。我们将分析介电常数、磁导率等宏观参数如何在微观层面解释光的传播和干偏振。同时,我们将触及非线性光学的基础,介绍介质的非线性效应如何导致光的频率转换、自聚焦等奇特现象,为后续章节中光纤通信、激光技术等应用埋下伏笔。 量子光学作为连接经典光学与现代光子学的桥梁,将是本部分的重点。我们将介绍光子的概念,以及光子与经典电磁场理论的兼容性。量子光学不仅仅是描述光子的离散性,更在于揭示其独特的统计性质,例如光子计数统计(泊松分布、巴氏分布等)如何区分经典光与量子光。我们将深入探讨相干性,从经典相干性到量子相干性,以及相干态、压缩态等特殊的量子态在量子信息科学中的重要作用。量子测量原理,如海森堡不确定性原理如何限制我们同时测量光子相位和幅度的精度,以及如何利用量子增强的测量技术来突破经典极限,也将得到细致的讨论。 第二部分:先进光学元件与系统设计 在掌握了光的基本性质后,本书将转向构成现代光学系统的核心——各类先进光学元件和系统设计。我们将详细介绍各类激光器的工作原理、光谱特性和空间模式,从气体激光器、固体激光器到半导体激光器,分析它们在不同波段和功率下的优劣势,以及如何通过增益介质、谐振腔和泵浦源的设计来调控其输出。半导体激光器部分将深入探讨量子阱、量子点等微纳结构如何影响其电光转换效率和光谱特性,为光通信和数据存储提供基础。 光纤光学作为现代通信和传感技术的核心,将占据重要篇幅。我们将分析光纤的模式特性、色散效应(群速度色散、模式色散)和非线性效应,以及如何通过设计光纤结构(例如,单模光纤、多模光纤、大模场光纤、空芯光纤)来优化其传输性能。光纤放大器,特别是掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理和性能参数,将是重点讲解内容,揭示其在长距离光通信中的关键作用。此外,我们将介绍光纤光栅、光纤传感器等在传感和信号处理方面的应用。 衍射光学和微纳光学元件将是本书关注的另一个前沿领域。我们将介绍衍射光学元件(DOE)的设计原理,如菲涅尔衍射片、夫琅禾费衍射片,以及它们在光束整形、全息存储和光学互连中的应用。微纳光学元件,例如表面等离激元器件、超表面(metasurface)和光子晶体,将重点讨论其利用亚波长结构实现对光场的精细调控能力。我们将解析等离激元共振如何实现光的局域化和增强,以及超表面如何通过精确设计的亚波长单元阵列实现相位、幅度、偏振等全方位的调控,从而实现超薄透镜、全息投影等革命性功能。 成像技术作为光学最经典的应用之一,将在此部分得到拓展。我们将探讨现代显微成像技术,包括共聚焦显微镜、激光扫描显微镜、荧光显微镜以及超分辨显微镜(如STED、PALM/STORM)的基本原理和技术优势。超分辨显微镜部分将重点介绍其打破衍射极限的机制,以及在生命科学、材料科学等领域带来的突破。此外,我们将介绍计算成像技术,如层析成像、全息成像和光场成像,它们如何结合先进的算法来获取传统成像方法难以捕捉的信息。 第三部分:光子学前沿应用与未来展望 在深入理解了光与光学元件的原理后,本书将目光投向光子学在各个领域的广泛而深刻的应用,并对未来发展趋势进行展望。 光通信与网络将作为最成熟的光子学应用领域进行详细阐述。我们将回顾光纤通信的发展历程,重点介绍波分复用(WDM)技术,包括粗波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM),以及其在提高通信容量中的关键作用。相干光通信技术,通过利用光的相位和幅度信息来编码数据,将是本部分的一个重要亮点,它如何大幅提升频谱效率和通信距离,将得到详细分析。软件定义光网络(SDON)和光子集成电路(PIC)将是未来光通信网络发展的重要方向,我们将探讨它们如何通过集成和智能化来实现更灵活、高效的网络管理。 光计算与量子计算将是本书对未来技术展望的重要组成部分。光计算利用光子作为信息载体,具有速度快、功耗低等优势。我们将介绍光学逻辑门、光学存储以及基于光子学的神经网络的研究进展。量子计算作为另一个颠覆性技术,虽然尚处于发展早期,但其潜力巨大。我们将介绍光量子计算的基本原理,包括量子比特的实现、量子门的构建以及量子纠错技术,并探讨其在密码学、材料设计、药物研发等领域的潜在应用。 生物医学光子学将是本书关注的另一个交叉领域。我们将详细介绍光学相干断层扫描(OCT)在眼科、皮肤科等领域的无创诊断应用。光动力疗法(PDT)作为一种利用光敏剂和特定波长光源来治疗癌症等疾病的方法,也将得到深入讲解。生物成像技术,特别是荧光成像和多光子激发成像,如何用于研究细胞、组织甚至活体生物体的生理过程,以及其在疾病诊断和药物筛选中的作用,都将得到细致的阐述。 此外,本书还将触及其他重要的光子学应用,例如: 传感与计量: 光纤传感器、激光雷达(LiDAR)、光镊等在环境监测、自动驾驶、精密测量等领域的应用。 能源与环境: 太阳能电池的效率提升、LED照明的节能优势、光催化技术在环境治理中的应用。 制造与加工: 激光加工(切割、焊接、表面处理)、3D打印中的光固化技术。 显示与照明: LED显示屏、OLED技术、激光投影技术。 最后,《光学与光子学前沿》将对未来光子学的发展进行前瞻性分析,探讨新材料(如二维材料、钙钛矿)、新结构(如纳米天线、超材料)以及新原理(如量子纠缠、拓扑光子学)可能带来的突破,并展望光子学在构建未来智能社会、解决全球性挑战方面扮演的关键角色。本书的目标是激发读者对光学与光子学领域的深入研究和探索热情,为下一代科学技术的发展贡献力量。

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用户评价

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**书评二:技术深度与工程实践的完美融合** 我必须承认,我对这本关于三维图像处理的书籍最初抱持着怀疑态度,因为市面上的很多理论书籍往往在“如何实现”这个环节戛然而止。然而,这本书完全颠覆了我的预期。它的架构设计得非常巧妙,从基础的三维数据结构表示(比如体素化和表面网格化)入手,稳步过渡到高性能计算的实现层面。最让我印象深刻的是其中关于GPU并行计算在三维重建算法中应用的章节。作者没有止步于理论公式,而是详细对比了CUDA编程模型和OpenCL在处理大规模点云数据时的性能差异,并提供了一套优化的并行化策略模板。对于从事实时渲染和虚拟现实集成的工程师来说,这些内容简直是金矿。书中对内存管理和数据流控制的讨论,体现了作者对底层硬件限制有着深刻的认识,这使得书中的算法不仅在理论上成立,在实际运行中也能达到令人满意的帧率和精度。它不仅仅是关于“如何做”,更是关于“如何高效地做”。

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**书评三:批判性思维的培养与跨学科视野的拓展** 这本书最宝贵的地方,不在于它罗列了多少种算法,而在于它引导读者进行一种深入的、批判性的思考。作者在讨论传统迭代算法(如ICP配准的局限性)时,总会巧妙地引出下一代方法(如基于深度特征的非线性配准),并对两者在鲁棒性、计算成本和收敛速度上进行了一场精彩的“辩论”。这种结构迫使读者不能满足于调用现成的库函数,而是要追问其背后的假设和适用边界。此外,书中对图像采集系统(如激光扫描仪和结构光)的噪声特性如何反作用于后处理算法的章节,极大地拓宽了我的视野。我过去总认为处理是独立的环节,但这本书让我认识到,图像处理的优劣往往在数据采集的源头就已注定。对于希望成为系统架构师或高级研究员的人来说,培养这种贯穿始终的系统思维至关重要。

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**书评四:对复杂几何体操作的清晰化处理** 作为一名专注于计算机图形学和几何建模的从业者,我对三维数据处理中的拓扑问题和几何保真度历来非常关注。这本书在处理非流形表面、自相交网格以及如何进行有效的网格简化和细分时,展现了惊人的清晰度。作者在阐述诸如Delaunay三角剖分在三维空间中的扩展应用时,使用了非常精妙的二维类比来帮助读者建立直观理解,随后再严谨地推导出高维的数学框架。我尤其欣赏其中关于“孔洞填充”和“奇异点处理”的章节,这些往往是教科书中最容易被一带而过但实际工程中最令人头疼的部分。书中对保持几何特征在不同尺度变换中不变性的讨论,结合了微分几何的概念,使得复杂的算法描述变得易于消化和吸收。这本书成功地将抽象的数学概念转化为可操作的几何操作指令,极大地提升了我处理复杂CAD模型修复工作的效率。

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**书评一:对深度学习在医学图像分析领域应用的独到见解** 这本书绝对是为那些渴望在医学影像处理的尖端领域深入探索的专业人士量身定制的。它没有过多纠缠于基础的几何变换或滤波器的原理,而是毫不犹豫地一头扎进了深度学习模型在三维医学数据解析中的应用。我尤其欣赏作者对卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)在分割、配准和分类任务上如何被巧妙地构建和训练的详尽阐述。书中对特定数据集,比如MRI和CT扫描,处理时遇到的过拟合问题以及如何通过迁移学习和数据增强来有效缓解,提供了非常实战的案例和代码片段,这对我正在进行的一个肿瘤边界自动识别项目至关重要。不同于市面上很多泛泛而谈的书籍,此书深入到了如何设计定制化的损失函数以适应生物学上的特定约束,这显示了作者深厚的临床理解力。阅读过程中,我感觉自己不是在读一本教科书,而是在听一位经验丰富的研究员分享他的“秘籍”,如何让那些原本混沌的三维点云数据变得可以理解和量化。如果你希望了解如何在日益复杂的生物医学数据洪流中,用最前沿的AI工具构建出具有临床价值的智能系统,这本书提供了坚实的路线图。

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**书评五:对时间序列三维数据的独到见解与未来展望** 这本书的视角非常新颖,它并没有将三维图像视为静态的快照,而是将其置于一个动态变化的时空框架内进行审视。关于时间序列三维数据(例如动态CT或运动捕获数据)的处理方法是本书的一大亮点。作者深入探讨了如何利用时空一致性约束来优化连续帧之间的处理结果,避免了传统逐帧处理带来的“闪烁”或“不连续”问题。书中引入的基于流场估计的三维变形模型,以及如何用它来跟踪和量化生物组织在压力下的微小位移,展示了极高的前瞻性。这种将三维空间信息与时间维度信息耦合处理的范式,是目前行业内一个非常热门但资料稀缺的研究方向。读完后,我对如何构建一个能够捕捉和预测复杂动态系统演变的仿真框架有了全新的思路,这本书无疑为我指明了未来几年研究的重点和方向。

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