当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书·中国科学技术大学校友文库·气动光学效应校正：原理、方法与应用 [Aero-Optical Effect Correction: Principles,Methods and Applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张天序，洪汉玉，张新宇 著

图书标签:

• 气动光学效应
• 光学工程
• 空气动力学
• 校正方法
• 数值模拟
• 实验研究
• 前沿技术
• 科学技术
• 中国科学技术大学
• 校友文库

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312033315

版次：1

商品编码：11412681

包装：平装

丛书名： 当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书 ，

外文名称：Aero-Optical Effect Correction: Principles,Methods and Applications

开本：16开

出版时间：201

内容简介

　　《当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书·中国科学技术大学校友文库·气动光学效应校正：原理、方法与应用》以高速飞行器导航、制导和遥感探测中面临的气动光学效应问题为应用背景，总结了张天序教授及其领导的课题组十余年来在气动光学效应校正方向的研究成果。《当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书·中国科学技术大学校友文库·气动光学效应校正：原理、方法与应用》聚焦交叉学科的核心问题，在全面介绍气动光学效应基本原理的基础上，深入分析研究了成像谱段优选、热辐射校正、单帧图像和序列图像校正恢复、相位校正恢复、模型和知识约束的智能校正恢复以及数字／光电混合校正等方面的新方法、新技术。该专著不仅具有好的理论深度，而且具有重要的应用价值。
　　《当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书·中国科学技术大学校友文库·气动光学效应校正：原理、方法与应用》适合从事光学、空气动力学、光电子学、精确制导与控制、计算机和信号信息处理等领域研究的科技人员阅读，也可作为高等院校师生的教学参考用书。

作者简介

　　张天序，1947年生，博士、教授、博士生导师。1970年本科毕业于中国科学技术大学，1981年于华中工学院获硕士学位，1989年于浙江大学获博士学位。中国宇航学会光电技术专业委员会副主任委员，《红外与激光工程》杂志副主编，法国波尔多第三大学客座教授，香港中文大学计算机系客座教授，国家重大科技专项专家，精确制导专业组专家，SPIE多谱图像处理与模式识别国际会议程序委员会主席，国防科工委第一批国防科技创新团队带头人。研究方向为图像分析与目标识别、精确制导智能化信息处理、医学图像处理、实时并行处理。已在国内外重要学术刊物发表学术论文200余篇，获部委级科技进步一等奖3项、二等奖3项、发明二等奖1项。
　　
　　洪汉玉，1964年生，博士、教授、博士生导师。湖北省有突出贡献的中青年专家，武汉工程大学科研创新团队责任教授。2004年博士毕业于华中科技大学图像识别与人工智能研究所，师从张天序教授；2005—2007年在华中科技大学作博士后；2008—2009年在澳大利亚Deakin大学作高级访问教授；2009—2010年在韩国Inha大学IT新技术研究院作研究教授。主要研究方向为气动光学校正、图像处理、目标识别。近年来在国内外权威期刊发表学术论文60余篇。
　　
　　张新宇，1965年生，博士、教授、博士生导师。1986—1992年在中国兵器工业第203研究所从事反坦克导弹制导技术研究，1995—1999年在华中理工大学物理电子学与光电子学专业攻读博士学位；2000—2003年先后在华中科技大学外存储系统国家专业实验室及荷兰Delft University of Technology作博士后；2004年至今在华中科技大学图像识别与人工智能研究所工作。研究方向为微纳光学理论和器件、光波前探测和校正以及微制作技术。

内页插图

目录

总序
序
前言
第1章 导论
1.1 问题的起源
1.2 多学科交叉的领域
1.3 历史、现状与发展趋势
参考文献

第2章 气动光学效应
2.1 气动流场的基本性质
2.2 非均匀介质中光的传输
2.3 气动热辐射效应
2.4 气动光学效应测量、控制与可视化
2.5 气动光学效应对成像探测的影响
2.6 气动光学效应校正研究方法
参考文献

第3章 成像谱段优选与热辐射校正
3.1 成像谱段优选方法
3.2 谱段优选实例与分析
3.3 热辐射的空间一时间指纹建模
3.4 热辐射校正方法
参考文献

第4章 单帧图像的数字校正恢复
4.1 改进的IBD校正算法
4.2 递归逆滤波反卷积校正算法
4.3 贝叶斯校正算法
4.4 自适应总变分最小化校正算法
4.5 双重正则化极大似然估计恢复校正算法
4.6 基于过渡区提取的图像恢复
参考文献

第5章 序列图像的数字校正恢复
5.1 两帧图像校正恢复方法（相邻帧方法）
5.2 各向异性和非线性正则化的校正算法
5.3 多帧图像恢复的极大似然估计算法
5.4 极大似然估计恢复算法的正则化问题
5.5 EM复原校正算法的并行实现
参考文献

第6章 畸变图像校正的相位恢复方法
6.1 迭代傅里叶变换法
6.2 修改的梯度法
6.3 组合算法
6.4 基于相位估计的细节保持快速校正
参考文献

第7章 模型和知识约束的智能校正恢复
7.1 噪声／目标空间一频谱特性约束的校正恢复
7.2 Hu矩约束的最大似然估计算法
7.3 多阶段多算法组合的图像校正
7.4 校正检测跟踪一体化的方法
7.5 模型指导韵抖动偏移校正
7.6 模糊图像的空变校正恢复
参考文献

第8章 数字与光电校正系统
8.1 数字校正系统
8.2 光电校正方法与系统
8.3 数字与光电混合校正
参考文献

前言/序言

复杂系统建模与仿真：面向工程应用的理论与实践 本书导读： 在当代工程科学与技术飞速发展的浪潮中，复杂系统的建模、仿真与优化已成为驱动技术创新的核心动力之一。从航空航天、智能制造到生物医学工程乃至金融风控，任何涉及多尺度、多物理场耦合、非线性动态行为的系统，都离不开精确的数学描述和高效的计算验证。本书《复杂系统建模与仿真：面向工程应用的理论与实践》正是聚焦于这一关键领域，旨在为研究人员、高级工程技术人员及研究生提供一套系统、深入且贴近实际工程需求的理论框架和实用方法论。 本书的编写遵循“理论深度与工程实用性并重”的原则，力求在扎实的数学基础之上，详细阐述当前主流的复杂系统建模范式，并结合前沿的仿真技术与优化策略，构建一个完整、自洽的技术体系。全书内容覆盖了从系统辨识、模型建立、数值求解到结果分析与系统优化的全生命周期。 第一部分：复杂系统建模的理论基石 (The Theoretical Foundation of Complex System Modeling) 本部分着重于构建理解和描述复杂系统的底层逻辑和数学工具。我们首先回顾了经典动力学系统理论，如常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）模型在工程中的应用局限性，并引出处理高维、不确定性问题的必要性。 章节 1：系统理论的现代视角与多尺度耦合 深入探讨了基于状态空间表示法的系统描述，重点分析了经典控制理论在处理大规模、高阶系统时的挑战。引入了张量分析和代数拓扑在刻画系统结构上的应用，为后续的多物理场耦合打下基础。详细阐述了如何通过多尺度方法（如均匀化法、多尺度建模方法（MMS））来处理跨越不同空间或时间尺度的物理现象，例如材料微观结构对宏观性能的影响。 章节 2：基于数据的建模范式与系统辨识 鉴于实验数据日益丰富，本书投入大量篇幅讨论如何从观测数据中提取系统内在规律。详细介绍了参数辨识、结构辨识（结构发现）和非参数建模技术。重点剖析了非线性系统辨识中的挑战，如选择性回归（Sparse Regression）、核方法（Kernel Methods）以及高维时间序列分析中的奇异谱分析（SSA）和经验模态分解（EMD）的应用，并探讨了这些方法在传感器网络状态估计中的实际案例。 章节 3：不确定性量化与随机系统建模 真实世界的复杂系统不可避免地受到噪声和参数波动的影响。本章系统介绍了不确定性量化（UQ）的框架。内容包括概率论方法（如蒙特卡洛模拟、随机微分方程-SDE）、区间分析方法以及基于信息论的建模方法。详细讲解了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）及其扩展形式（如扩展卡尔曼滤波EKF、无迹卡尔曼滤波UKF）在处理线性与非线性随机系统状态估计中的核心算法与收敛性分析。 第二部分：高效与精确的仿真方法 (Efficient and Accurate Simulation Techniques) 模型建立后，如何高效、精确地求解其动力学行为是工程应用的关键。本部分聚焦于数值方法与计算策略的优化。 章节 4：高精度时间积分与空间离散方法 系统回顾了常微分方程组的数值积分方法，包括显式、隐式和混合方法，并重点分析了代数微分方程（DAE）在描述约束系统（如机械系统、电路系统）时的求解策略，如BDF（Backward Differentiation Formula）族。在空间离散方面，详细比较了有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）的适用范围、精度损失与网格依赖性，并引入了谱方法在处理光滑问题时的优势。 章节 5：复杂系统仿真的并行化与加速策略 随着模型复杂度的增加，单核计算已无法满足实时或近实时仿真的需求。本章探讨了面向大规模计算环境的仿真加速技术。涵盖了模型级并行化（如区域分解法）、算法级并行化（如并行化积分器设计）以及硬件加速（如GPU计算基础）。重点介绍了模型降阶（Model Order Reduction, MOR）技术，包括基于快照的投影方法（如Proper Orthogonal Decomposition, POD）和无网格方法在大幅降低计算复杂度中的实效性。 章节 6：混合系统与事件驱动仿真 许多工程系统包含连续动态和离散事件（如开关、碰撞、逻辑判断）。本章专门讨论混合系统（Hybrid Systems）的建模与仿真。详细阐述了事件驱动（Event-Driven）与时间步进（Time-Stepping）的混合策略，以及如何使用状态机（State Machines）与自动机理论来严格定义系统的离散跳转逻辑，确保仿真结果的物理一致性。 第三部分：面向应用的集成与优化 (Integration and Optimization for Applications) 本部分将理论与方法论应用于实际工程问题，强调仿真结果的有效利用和闭环优化。 章节 7：仿真结果的可视化与可解释性 从工程实践出发，强调仿真结果的有效传递。讨论了高维数据可视化技术（如降维可视化、拓扑数据分析TDA的初步应用）。特别关注了模型可解释性（Explainable Simulation），即如何通过敏感性分析、不确定性传播路径追踪等手段，理解仿真结果背后的物理驱动因素，而非仅仅得到一个数值输出。 章节 8：仿真驱动的系统优化与逆问题 复杂系统优化目标通常是多目标的、受约束的。本章探讨了如何将仿真模型嵌入到优化框架中。内容包括梯度下降法在衍生复杂的系统中的应用、进化算法（如遗传算法、粒子群优化）在高维和非光滑空间中的搜索策略。同时，本书详细分析了逆向问题（Inverse Problems），即如何利用观测数据反演出系统的未知参数或驱动力，并讨论了正则化技术在稳定病态逆问题中的关键作用。 章节 9：数字孪生与实时反馈控制集成 作为复杂系统应用的终极目标之一，本书探讨了数字孪生（Digital Twin）的概念框架，并将其与仿真技术紧密结合。重点在于如何实现物理实体与虚拟模型之间的高频、低延迟数据交换与状态同步。最后，介绍了基于模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）的闭环集成方案，展示了如何利用实时仿真预测未来状态，进而生成最优控制律，实现对高度动态复杂系统的自主管理与控制。 本书特色： 本书结构严谨，不仅提供了深奥的数学推导，更结合了大量源自航空、机械、电子信息等领域的实际工程案例进行阐述。书中的每一方法论都附带了清晰的算法流程描述，并对关键算法的计算效率和稳定性进行了深入的比较分析，确保读者能够将所学知识有效地迁移到自身的工程研究和开发工作中。本书致力于成为复杂系统建模仿真领域研究者案头的权威参考书目。

评分☆☆☆☆☆

读到这本书的名字，我就立刻联想到了我们在一些高空观测和高速飞行器研制过程中遇到的光学信号失真问题。气动光学效应，听起来就充满了挑战，仿佛是在挑战物理学的边界，试图在高速气流的干扰下“重塑”清晰的视野。我特别期待书中能对这一效应的产生机理进行细致的讲解，比如，不同高度、不同速度、不同飞行姿态下，气流对光学信号的影响会呈现怎样的差异？书中是否会提供一套完整的理论模型，能够精确预测这些影响的大小和分布，从而为后续的校正技术提供理论依据？更重要的是，那些“校正”方法，它们是如何实现的？是利用先进的计算成像技术，还是通过设计特殊的光学器件？例如，是否会介绍一些先进的图像复原算法，能够从失真的图像中提取出真实的信息？或者是否会探讨新型的偏振光学、衍射光学器件，来主动抵消气动光学效应带来的负面影响？这本书听起来就像一本“光学侦探小说”，揭示着自然界中隐藏的规律，并提供解决问题的“秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常简洁大气，硬壳精装，纸质也感觉很厚实，一看就属于那种可以长期珍藏的学术专著。从标题来看，聚焦于“气动光学效应校正”，这本身就是一个非常专业且具有挑战性的领域。虽然我并非直接从事这个方向的研究，但常常会在一些相关的航空航天、光学工程的科普文章中看到气动光学效应的提及，它似乎在高速飞行器（如导弹、飞机）的导引头、光学探测系统等关键应用中扮演着至关重要的角色。想象一下，当飞行器在空气中高速穿梭时，剧烈的气流扰动所引起的光线传播畸变，这无疑会对精确瞄准和成像造成严重影响。因此，能够系统性地阐述其“原理、方法与应用”的著作，对于深化理解、解决实际工程难题，乃至推动相关领域的技术进步，其价值不言而喻。我个人非常期待书中能对这些效应的物理机制有深入的剖析，比如不同气流状态（层流、湍流）下的传播特性差异，以及它们对光波的衍射、折射、散射等影响。同时，书中提及的“校正”二字，更是激发了我强烈的好奇心，究竟有哪些创新的技术和理论被用于克服这些光学畸变，从而保证高精度的光学信息获取。

评分☆☆☆☆☆

我一直对交叉学科的研究领域颇感兴趣，而气动光学效应恰好是将空气动力学与光学紧密结合的典范。这本书的作者团队背景，特别是“中国科学技术大学校友文库”的标签，让我对其学术严谨性和研究深度充满了信心。我平时接触的更多是基础物理和一些工程应用的皮毛，对于像气动光学效应这样细致入微的现象，其背后的物理原理需要非常深入的理解。我特别好奇书中是如何将复杂的空气动力学方程与光学传播模型相结合，以精确描述气动光学效应的。比如，是否会涉及到计算流体动力学（CFD）的模拟结果在光学传播分析中的应用，或者是否会提出一套全新的理论框架来统一描述这两者之间的关系。另外，书中提到的“校正”方法，究竟是基于主动光学技术，还是被动光学补偿，亦或是某种新型的数字图像处理算法？我非常期待书中能对这些校正方法的原理、优缺点以及适用范围进行详细的介绍，最好能辅以一些具体的案例分析，这样才能更好地理解这些理论如何在实际工程中落地生根，解决“看得清、打得准”的关键问题。

评分☆☆☆☆☆

偶然间看到这本书的介绍，我的第一反应是它解决了一个非常棘手的工程难题。在现代军事和空间探索领域，高精度光学系统的性能至关重要，而气动光学效应无疑是其中的一大障碍。我猜想，这本书的内容会从最基础的物理原理入手，解释高速运动物体周围空气流动如何产生折射率变化，进而影响光线的传播路径。这其中涉及到流体力学的知识，比如马赫数、湍流度、密度梯度等因素如何决定光学畸变的程度。然后，书中可能会深入探讨各种模型，用以预测和量化这些效应，比如基于瑞利-索末菲衍射理论，或者更复杂的菲涅尔衍射分析。最吸引我的还是“校正”部分，这通常意味着要设计出能够补偿这些畸变的系统。我很好奇，是否会介绍一些自适应光学技术，利用波前传感器和变形镜来实时修正光波前；或者是否会涉及到新型材料的应用，比如低折射率材料或者特殊的涂层来减缓或消除气动光学效应。总而言之，这本书描绘了一个从现象到原理，再到解决方案的完整链条，对于我这样对工程应用感兴趣的人来说，极具吸引力。

评分☆☆☆☆☆

“气动光学效应校正：原理、方法与应用”，这几个关键词组合在一起，就勾勒出了一幅在严苛环境下追求光学极致的画面。我一直对那些能够克服自然界障碍，实现精密控制的技术充满敬畏。这本书的书名就暗示着它将深入探讨如何在高速流动的空气中，让光线保持原本的轨迹，从而保障各种光学系统的正常运作。我个人对“原理”部分尤为好奇，它会从流体力学和波动光学这两个看似独立的学科中，找到那个巧妙的连接点吗？比如，气流的密度变化是如何在数学模型中被量化，进而转化为对光线传播的扰动？我非常想知道书中是否会引用大量的实验数据和仿真结果来支撑其理论。而“方法”部分，更是我关注的焦点，它会介绍哪些创新的校正技术？是基于相位补偿的自适应光学，还是能够通过软件算法来“修复”畸变？亦或者是一些更为前沿的手段，比如利用机器学习来预测和补偿这些效应？这本书听起来就像是为那些希望突破光学极限的工程师和科学家量身打造的指南，相信其中蕴含的智慧和实践经验，对于推动相关技术的发展具有重要意义。