Input/Output and Imaging Technologies II pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Liu, Yung-Sheng/ Huang, Thomas S.

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:80

裝幀:HRD

isbn號碼:9780819437198

叢書系列:

圖書標籤:

• Input/Output
• Imaging Technologies
• Digital Imaging
• Computer Vision
• Image Processing
• Data Acquisition
• Human-Computer Interaction
• Sensors
• Displays
• Pattern Recognition

現代傳感、信號處理與高級成像係統：原理與應用 本書聚焦於當代信息采集與處理領域的核心技術，深入探討瞭從物理世界到數字世界的轉化過程中的關鍵科學與工程挑戰。內容涵蓋瞭先進傳感器的設計與工作原理、復雜信號的有效提取與解析方法，以及由此支撐的高性能成像與可視化技術。 本書結構清晰，內容體係嚴謹，旨在為電子工程、物理學、計算機科學以及相關應用學科（如醫學影像、遙感、工業無損檢測）的研究人員、工程師和高年級學生提供一份全麵而深入的參考資料。我們著重於介紹那些驅動現代高精度測量和智能決策係統的基礎理論和前沿實踐。 --- 第一部分：基礎傳感理論與器件物理 本部分奠定瞭理解高級數據采集係統的物理基礎。我們超越瞭傳統的傳感器分類，著重於信息捕獲的效率、精度與環境適應性。 第1章：信息捕獲的物理極限與噪聲理論 本章首先探討瞭任何測量係統所固有的物理限製，包括量子噪聲、熱噪聲以及散粒噪聲。詳細分析瞭信噪比（SNR）在不同物理過程（如光電轉換、電磁感應）中的具體錶現形式。引入瞭信息論在傳感器設計中的應用，如香農-奈奎斯特采樣定理在連續物理量離散化過程中的實際約束。討論瞭如何通過優化傳感器結構（如減小器件尺寸、提高量子效率）來逼近理論極限。 第2章：先進材料與微納機電係統（MEMS）傳感器 深入研究瞭當前驅動高密度集成與小型化傳感器的關鍵材料科學。重點剖析瞭壓阻效應、壓電效應、隧道效應在新型傳感器中的應用。針對MEMS技術，詳細闡述瞭微加工技術（如深反應離子刻蝕、光刻）如何實現高精度的慣性傳感器（加速度計、陀螺儀）和微鏡陣列。討論瞭柔性電子學對可穿戴和生物植入式傳感器設計的影響及其帶來的工藝挑戰。 第3章：光譜與輻射測量基礎 本章關注於如何捕獲不同波段的電磁輻射信息。涵蓋瞭從紫外到遠紅外波段的輻射傳輸理論、黑體輻射定律的應用。詳細分析瞭光電導探測器、雪崩光電二極管（APD）和CCD/CMOS圖像傳感器的內部結構、響應特性及非綫性誤差來源。對於中紅外和遠紅外探測，討論瞭製冷技術對係統性能的決定性作用，並介紹瞭熱釋電成像技術的工作原理。 --- 第二部分：復雜信號采集、處理與壓縮 本部分著重於如何從原始、高維度的物理數據中有效地提取、增強和壓縮有用信息。 第4章：高精度數據轉換與量化技術 數據采集鏈的瓶頸往往在於模數轉換（ADC）。本章細緻研究瞭高速、高分辨率ADC架構（如流水綫、Sigma-Delta、閃存型）的設計權衡。深入分析瞭量化誤差、積分非綫性（INL）和微分非綫性（DNL）的來源與校準方法。此外，探討瞭欠采樣技術在射頻前端信號處理中的應用，及其對混疊噪聲的抑製策略。 第5章：自適應濾波與參數估計 針對隨機環境下的信號提取問題，本章介紹瞭先進的數字濾波技術。重點闡述瞭卡爾曼濾波（Kalman Filtering）及其擴展形式（EKF, UKF）在綫性、非綫性和狀態估計中的應用，特彆是在傳感器融閤場景下的魯棒性。同時，詳細討論瞭最小二乘法、最大似然估計在從噪聲數據中辨識係統參數（如頻率、衰減係數）時的效率與收斂性分析。 第6章：高效信號錶示與壓縮編碼 在處理海量傳感器數據時，數據壓縮是至關重要的環節。本章區彆於傳統的圖像壓縮（將在下一部分涉及），專注於信號域的壓縮。詳細介紹瞭小波變換（Wavelet Transform）在時頻局部化分析中的優勢，以及稀疏采樣理論（Compressed Sensing, CS）如何利用信號的內在稀疏性，在遠低於奈奎斯特率的情況下精確重建信號。討論瞭字典學習在自適應信號錶示中的最新進展。 --- 第三部分：高級成像係統與重建算法 本部分將前兩部分的技術成果應用於構建高性能的成像與可視化係統，重點關注瞭非傳統成像模式和計算成像。 第7章：計算光學成像原理 本章將光學成像視為一個逆問題。從點擴散函數（PSF）和光學傳遞函數（OTF）的角度分析瞭成像係統的物理限製。重點介紹瞭相差重建技術，包括德拜成像（Debye Imaging）和基於相位恢復的計算成像方法。深入探討瞭光場（Light Field）成像的原理，如何同時捕獲空間和角度信息，並實現瞭對焦平麵任意選擇的能力。 第8章：醫學與工業無損檢測成像 本章關注那些需要穿透介質進行信息獲取的成像技術。詳細介紹瞭X射綫斷層掃描（CT）的重建算法，如濾波反投影（FBP）和迭代重建方法（如SIRT、OS-EM）。對於超聲成像，分析瞭相控陣列的設計、波束形成技術（Beamforming）和閤成孔徑成像（SAFT）如何提高分辨率和信噪比。在工業應用中，探討瞭渦流、聲發射等電磁與聲學方法的信號解讀機製。 第9章：三維重建與深度映射 現代機器人視覺和增強現實嚴重依賴精確的三維信息。本章係統梳理瞭從二維圖像序列中恢復三維場景的方法。詳細分析瞭結構光、飛行時間（ToF）傳感器的工作機製及其誤差模型。重點研究瞭基於立體視覺的視差計算算法，包括塊匹配、全局優化方法（如Graph Cut）的效率對比。引入瞭概率模型，如SLAM（同步定位與地圖構建）框架，用於動態環境下的自主導航與場景建模。 --- 第四部分：係統集成與性能驗證 最後一部分討論瞭如何將理論與硬件轉化為一個可靠、可驗證的工程係統。 第10章：係統級誤差分析與校準 本章強調瞭係統層麵的相互作用對最終結果的影響。分析瞭傳感器-信號鏈-處理器間的誤差傳遞機製。詳細介紹瞭多傳感器係統的聯閤校準方法，包括內參標定（Intrinsic Calibration，如相機內參）和外參標定（Extrinsic Calibration，如坐標係變換）。討論瞭時間同步對動態係統測量的關鍵影響，以及如何利用高精度時鍾源進行係統級時間戳對齊。 第11章：高級圖像與數據可視化 有效的數據必須能被人類或後續的自動化係統高效理解。本章探討瞭超越傳統RGB顯示的先進可視化技術。內容包括多光譜和高光譜數據的降維可視化（如主成分分析、最小噪聲擴散圖），以及三維數據（如點雲、體渲染）的高效渲染管綫。特彆關注瞭在人機交互（HCI）中，如何利用三維空間音頻或觸覺反饋來增強對無形數據的感知。 本書的綜閤性旨在彌閤基礎物理、信號處理算法與尖端應用係統之間的鴻溝，為讀者提供一個堅實的知識框架，以應對未來信息采集領域不斷升級的技術挑戰。

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