光電成像係統：建模、仿真、測試與評估 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

王曉蕊 著

圖書標籤:

• 光電成像
• 成像係統
• 建模仿真
• 測試評估
• 光學工程
• 圖像處理
• 係統設計
• 傳感器技術
• 精密儀器
• 光電子學

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560645711

版次：1

商品編碼：12208899

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-10-01

用紙：膠版紙

內容簡介

　　本書係統介紹瞭光電成像係統全壽命周期研製主要環節:建模、仿真、測試與評估的基礎理論和技術,涉及光電成像係統基本類型和新原理、全鏈路光電成像物理效應模型、三維光學場景高真實感仿真、全鏈路光電成像仿真及應用、係統性能評估理論與遙感圖像質量評價方法、復雜背景圖像雜波量化理論與方法、係統靜態性能指標體係及測試方法、半實物仿真測試等核心內容。
　　本書可作為光學工程、電子科學與技術、遙感科學、電子信息工程、精密儀器等相關專業高年級本科生和研究生的教材,也可作為從事光電係統工程、光電裝備、光學遙感、偵察測繪、光電信息處理、仿真試驗鑒定與評估工作的科技工作者的參考書。

前言/序言

　　近二十年來,作為信息感知科學與技術的重要分支,光電成像技術獲得快速發展,並在空間光學遙感、軍事偵察、監視預警、成像製導、交通監控、醫學影像、天文觀測、水下勘探、機器人視覺、工業診斷與檢測等軍事和民用領域獲得廣泛應用。光電成像技術促成瞭人類視覺探測領域的時、空、譜多維度的延伸和擴展,已成為光電子技術發展水平的重要標誌。��
　　光電成像係統是光、機、電、算、控、熱、力、磁等多種學科技術集成的産物。光電成像係統多學科技術協同優化設計、復雜環境中工作性能的測試與評估,始終是光電成像係統發展曆程中所要麵臨的關鍵技術問題。而要解決該關鍵技術問題,需要對全鏈路光電成像係統各組成模塊環節進行深入分析,建立多物理場耦閤作用成像信號退化理論模型,構建全鏈路多維度信息傳遞鏈路成像仿真平颱或性能模型,形成光電成像係統高置信度一體化成像仿真平颱,實現復雜環境、光電成像係統各專業模塊設計參量與係統綜閤性能指標的有機統一。��
　　依據國際光電成像係統的最新發展趨勢,以及光電成像係統全壽命周期的數字化設計革新理念,光電成像係統建模、仿真、測試與評估理論及應用正嚮著廣度和深度方嚮發展。本書是作者在整理、精選和融閤課題組近15年來承擔多項國傢自然科學基金和多項國防科研項目研究成果,以及所承擔研究生課程“光電成像係統:建模、仿真、測試與評估”教學講義的基礎上,吸收和引入國際光電成像領域前沿的建模理論、仿真方法、測試新思路、評估應用(如GPU物理效應渲染、背景雜波量化、NVThermIP性能評估模型、TOD性能評估模型、國傢圖像質量解譯尺度NIIRS、全鏈路總體優化設計理念、動態性能評估等)而寫成的。
　　本書綜閤集成瞭軍用光電成像係統全壽命周期研製的主要環節:總體論證、係統方案設計、係統研製、試驗鑒定與評估所涉及的基礎理論、關鍵技術及實例應用等內容。具體來講,針對國際主流光電成像係統裝備和新體製光電成像係統,立足於全鏈路光電成像建模、仿真和總體優化設計思想,將目標—背景—環境乾擾—輻射傳輸—成像傳感器—圖像處理—載體平颱—通信傳輸—地麵處理作為完整成像鏈路進行係統理論闡述,主要包括光電成像係統全鏈路成像質量退化機理、物理效應基本建模理論、工程經驗模型構建、全鏈路光電成像仿真方法及應用、光電圖像質量度量、靜態/動態性能指標體係及測試方法、性能評估理論等核心內容。本書相關理論與技術可服務於目標及其環境光學特性理論與實測數據的集成應用、光電成像武器裝備的模型驅動協同設計、圖像算法效能檢測、復雜環境光電成像武器裝備作戰能力考核評估等任務目標,可提升我國光電成像裝備全壽命周期研製的數字化水平。
　　全書共九章:第一章介紹瞭光電成像係統建模、仿真、測試與評估的背景需求、基本概念、圖像質量與性能影響因素、發展趨勢等;第二章介紹瞭傳統和新體製光電成像係統成像轉換機理及其組成,給齣瞭光電成像係統各模塊的基本參數;第三章闡述瞭光電成像轉換過程的多維信息鏈路物理效應建模與仿真方法及準確度驗證;第四章闡述瞭新體製光電成像係統建模理論與仿真方法;第五章主要闡述瞭全鏈路光電成像係統數字建模與仿真思路、一體化成像仿真軟件開發以及課題組所研發的全鏈路光電成像仿真軟件的應用實例;第六章係統地闡述瞭光電成像係統性能模型的發展曆程,重點講述基於周期靶標的光電成像係統性能評估模型和圖像質量解譯尺度;第七章係統地介紹瞭光電成像係統TOD性能評估方法;第八章介紹瞭光電圖像復雜背景雜波量化度量方法,以及在光電成像係統性能評估中的應用;第九章介紹瞭光電成像係統性能測試原理和測試裝置,論述瞭實驗室靜態性能測試方法與外場動態性能評估方法。
　　本書的第一、二、三、四、六、九章由王曉蕊獨立撰寫,第五章由王曉蕊、黃曦閤作撰寫,第七章由王曉蕊、劉鑫閤作撰寫，第八章由王曉蕊、楊翠、劉鑫閤作撰寫。全書由王曉蕊統閤定稿。
　　在本書撰寫過程中,得到西安電子科技大學齣版社和西安電子科技大學物理與光電工程學院教師、同學的支持及幫助,在此一並錶示感謝。另外,對於本書作者傢人的理解與支持也錶示衷心的謝意。
　　由於編著者水平有限,且書中部分內容涉及光電成像係統建模、仿真、測試與評估的新領域和新方嚮,難免有不足之處,熱誠希望讀者和同行專傢批評指正。
　　王曉蕊
　　2017年3月

《光學測量原理與技術》 圖書簡介 在現代科學與工程的眾多領域中，精確的光學測量扮演著至關重要的角色。從基礎物理學的微觀粒子探測，到天文學的宏偉宇宙探索，再到工業製造的精密質量控製，以及生物醫學的無損診斷，光學測量技術無處不在，並持續推動著人類文明的進步。本書《光學測量原理與技術》旨在為讀者係統、深入地介紹光學測量的基本原理、核心技術、關鍵方法及其在實際應用中的部署與優化。本書不涉及光電成像係統的建模、仿真、測試與評估，而是聚焦於測量過程本身的光學物理基礎、信號獲取與處理、以及係統性能的量化與校準。 第一章：光的波動性與乾涉 本章將從光的本質屬性——波動性齣發，為理解所有光學測量技術奠定理論基礎。我們將詳細闡述光的電磁波模型，包括其波長、頻率、相位、偏振等基本參數，並介紹惠更斯原理，用以解釋光的傳播和衍射現象。 核心內容將聚焦於光的乾涉現象。我們將深入探討相乾性的概念，包括時間相乾性和空間相乾性，以及它們在光學測量中的重要性。經典的雙縫乾涉、多縫乾涉和薄膜乾涉等實驗將作為引入，幫助讀者理解乾涉條紋的形成機製和特點。在此基礎上，我們將介紹乾涉儀的基本結構和工作原理，例如邁剋爾遜乾涉儀、薩尼亞剋乾涉儀、馬赫-曾德爾乾涉儀等，並分析它們在測量長度、摺射率、錶麵形貌等方麵的應用。此外，本章還將討論相乾光在全息術中的作用，雖然全息術本身是成像技術，但其成像過程依賴於對乾涉波前的精確記錄和再現，因此理解乾涉原理是掌握相關技術的基礎。 第二章：光的衍射與衍射光學 衍射是光波在遇到障礙物或孔縫時發生的偏離直綫傳播的現象，它與乾涉共同構成瞭光的波動性的重要體現。本章將詳細介紹夫琅禾費衍射和菲涅爾衍射，分析不同形狀障礙物（如單縫、雙縫、圓孔、圓盤）的衍射圖樣特點，以及衍射級次和衍射角之間的關係。 本章還將深入探討衍射光學在測量中的應用。我們將介紹衍射光柵作為一種重要的光學元件，分析其結構、衍射條件（光柵方程）以及在光譜分析中的應用。夫琅禾費衍射在分析光學係統的分辨率極限方麵也扮演著重要角色，我們將討論瑞利判據，理解衍射對成像清晰度的根本製約。此外，本章還將介紹衍射光學元件（DOE）的基本設計原理，例如衍射透鏡、衍射光柵等，以及它們在改變光束傳播方嚮、實現特定光場調控方麵的潛力。 第三章：光的偏振與偏振測量 光的偏振是描述光波電場矢量振動方嚮的物理量。本章將係統介紹綫偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光等不同類型的偏振光，並闡述産生和改變偏振態的方法，包括反射、摺射、散射、雙摺射效應以及使用偏振片、波片等光學元件。 偏振測量技術在許多領域具有廣泛應用。我們將介紹斯托剋斯參數和穆勒矩陣等描述偏振態的數學工具，並詳細闡述各種偏振測量儀器的工作原理，例如橢偏儀。橢偏儀通過測量偏振光的反射或透射後偏振態的變化，可以高精度地測量材料的錶麵形貌、薄膜厚度、摺射率等光學參數。此外，本章還將討論偏振在光學傳感、液晶顯示、生物顯微成像等領域的應用，以及如何利用偏振信息來識彆和錶徵物質的 Optical anisotropy。 第四章：光的吸收、散射與熒光 除瞭波動性，光與物質的相互作用還體現在吸收、散射和熒光等現象上。本章將深入探討光的吸收過程，介紹比爾-朗伯定律，以及不同物質的光譜吸收特性。我們將討論基於吸收光譜的定量分析方法，例如比色法，以及其在化學分析、環境監測等領域的應用。 散射現象方麵，我們將介紹瑞利散射和米氏散射，分析散射光與入射光波長、粒子大小和摺射率的關係。米氏散射理論對於理解光在復雜介質（如霧、雲、懸浮顆粒）中的傳播特性至關重要。本章還將重點介紹拉曼散射，這是一種非彈性散射現象，可以提供物質的分子振動信息，是重要的化學成分和結構分析手段，廣泛應用於材料科學、化學、生物學等領域。 熒光現象是物質吸收光能後以較低能量的光輻射齣來的一種發光過程。我們將介紹熒光的産生機理、激發與發射光譜，以及熒光壽命等參數。熒光測量技術在生物標記、醫學診斷、環境監測、材料鑒定等方麵具有不可替代的作用，例如利用熒光探針進行細胞成像和分子檢測。 第五章：幾何光學基礎與成像 盡管本章關注的是幾何光學，它為理解更復雜的光學係統提供瞭基礎，我們將避免深入到成像係統的具體建模與仿真。本章將聚焦於光的直綫傳播、反射和摺射定律，以及它們在透鏡、反射鏡等光學元件中的應用。我們將介紹焦距、物距、像距等基本概念，並通過高斯成像公式和馬剋斯韋爾光綫方程，定性地描述光綫如何通過光學元件傳播。 本章將討論成像的基本要素，例如成像的形成，但將不涉及成像係統的詳細設計、參數優化或性能評估。我們將簡要介紹理想成像的條件，並為理解後麵章節中更復雜的非理想光學現象（如像差）奠定基礎。我們將側重於理解透鏡和反射鏡如何改變光綫的傳播方嚮，以及它們在簡單的光學儀器（如放大鏡、顯微鏡的基本光學原理，但不深入其成像質量的評價）中的作用。 第六章：光學乾涉與衍射在精密測量中的應用 本章將進一步深化對乾涉和衍射在精密測量中應用的探討。我們將介紹更復雜的乾涉測量技術，例如等傾乾涉、等差乾涉，以及它們在測量平麵度、錶麵粗糙度等方麵的應用。激光器作為一種高度相乾的光源，在乾涉測量中發揮著關鍵作用，我們將簡要介紹激光器産生相乾光的基本原理，並分析激光乾涉在精密位移測量、角度測量中的優勢。 衍射的應用將體現在衍射測量方麵。我們將討論衍射在測量小尺寸物體、光柵常數等方麵的原理。例如，利用激光照射小孔或狹縫産生的衍射圖樣來測量其尺寸。本章還將涉及光柵方程在測量波長、光柵參數等方麵的應用。此外，本章將介紹光學乾涉和衍射在光學測量領域中解決“測量什麼”的問題，而不是“如何建模、仿真、測試和評估一個成像係統”。 第七章：光學傳感技術 本章將把前麵章節介紹的光學原理轉化為實際的傳感應用。我們將介紹基於不同光學效應的光學傳感器，例如： 光電導傳感器： 利用半導體材料對光的響應特性進行測量，如光敏電阻、光電二極管等，用於測量光強、檢測信號。 光縴傳感器： 將光學信號通過光縴傳輸，並利用光縴對外界環境參數（如溫度、壓力、應變、化學物質）的敏感性進行測量。我們將介紹基於光強度、光相位、偏振、光譜等原理的光縴傳感技術。 錶麵等離子體共振（SPR）傳感器： 利用金屬錶麵等離子體的共振特性對錶麵摺射率的變化敏感，廣泛應用於生物分子檢測、化學傳感等領域。 其他光學傳感器： 包括基於LED、激光二極管、CCD/CMOS等器件的傳感器，它們利用光的發射、接收和特定光學效應來實現傳感功能。 本章重點在於傳感器的工作原理、測量參數、靈敏度和選擇性，以及它們在不同應用場景下的集成與部署，而非成像係統的性能。 第八章：光學測量係統的標定與校準 任何測量係統都離不開準確的標定與校準，以確保測量結果的可靠性與準確性。本章將重點介紹光學測量係統標定的基本原則和方法。我們將討論如何選擇閤適的標準件（如已知尺寸的量塊、已知摺射率的介質、已知光譜的光源等）進行校準。 標定過程通常涉及建立測量值與真實值之間的數學模型，並確定模型的參數。我們將介紹一些常用的標定技術，例如綫性迴歸、多項式擬閤等。對於具有復雜非綫性特性的測量係統，我們將介紹更高級的標定方法。此外，本章還將討論校準的周期性、校準不確定度的評估，以及如何通過校準來溯源至國傢計量基準。本章強調的是測量儀器本身的“度量”能力的建立，而不是“成像”能力的評估。 第九章：光學測量在材料科學與工程中的應用 本章將展示光學測量技術在材料科學與工程領域的實際應用案例。我們將探討如何利用光學測量技術來錶徵材料的宏觀與微觀特性。 錶麵形貌測量： 介紹白光乾涉、激光掃描、原子力顯微鏡（AFM）等技術在測量材料錶麵粗糙度、形貌和缺陷方麵的應用。 光學顯微技術（非成像係統評價）： 介紹光學顯微鏡（如明場、暗場、相差、微分乾涉）的基本原理，用於觀察材料的微觀結構，但不會深入到其成像係統的MTF、畸變等參數的評估。 光譜分析在材料成分與結構鑒定中的應用： 介紹基於吸收、反射、透射、拉曼散射、熒光光譜的技術，用於確定材料的化學成分、晶體結構、分子取嚮等。 光學無損檢測： 介紹如何利用光學方法檢測材料內部的缺陷、裂紋、應力等，例如光彈性應力分析、超聲成像中的光學輔助技術等。 材料的光學常數測量： 介紹如何測量材料的摺射率、消光係數、反射率、透射率等，以及這些參數對材料性能的影響。 本章側重於“測齣什麼”以及“測量的意義”，而不是“如何對成像係統進行優化和評估”。 第十章：光學測量在生物醫學領域的應用 生物醫學領域是光學測量技術應用的另一個重要前沿。本章將介紹光學測量在生命科學研究與醫學診斷中的廣泛應用。 生物分子檢測與定量分析： 介紹基於熒光、吸收、拉曼散射等技術，用於檢測和定量分析生物分子（如蛋白質、核酸、糖類）的濃度和分布。 細胞與組織成像（測量層麵）： 介紹光學顯微技術在觀察細胞形態、結構、動態過程方麵的作用，以及流式細胞術等技術在細胞參數測量上的應用。本章將側重於“測量得到的信息”，而非成像係統的成像質量。 生物醫學傳感： 介紹基於光縴、SPR等技術開發的生物傳感器，用於血糖、pH、離子濃度、病原體等生物標誌物的檢測。 無損診斷與成像（測量原理）： 簡要介紹光學相乾層析成像（OCT）等技術，它基於乾涉原理，用於獲得組織內部的橫截麵圖像，但本章的重點在於其“測量深度”和“分辨率”的原理，而不是對OCT成像係統的仿真和評價。 光學治療中的測量： 簡要提及光學治療（如光動力療法）中，對光劑量、組織光學參數的測量如何指導治療。 本章將聚焦於光學測量如何在生物醫學領域提供“信息”和“數據”，從而促進研究和診斷。 結論 《光學測量原理與技術》一書，通過對光的波動性、衍射、偏振、吸收、散射以及其與物質相互作用等基本原理的深入剖析，係統介紹瞭各類光學測量技術的核心內容。本書強調的是如何利用這些光學原理來精確地“測量”物理量、錶徵物質特性、進行定量分析，並在材料科學、生物醫學等領域實現廣泛的應用。全書力求從基礎原理齣發，循序漸進地引導讀者掌握各種光學測量方法的精髓，理解其在實際問題解決中的價值。本書的重點在於“測量”本身的光學基礎、方法與應用，不涉及對光電成像係統進行具體的建模、仿真、測試和評估。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度著實令人驚嘆，它幾乎覆蓋瞭光電成像係統從設計到驗證的整個生命周期。作者在“測試與評估”部分的講解尤其突齣，這一點在我看來是很多同類書籍所欠缺的。書中詳細介紹瞭各種測試方法，包括客觀評價指標和主觀評價方法，並對每種方法的優缺點進行瞭深入分析。我特彆關注瞭書中關於MTF（調製傳遞函數）測試和點擴散函數（PSF）分析的部分，這些是衡量成像係統性能的關鍵指標，作者不僅給齣瞭理論推導，還提供瞭實際操作的步驟和注意事項。書中還涉及瞭大量的實際案例，通過這些案例，我能夠直觀地理解如何應用這些測試和評估方法來診斷係統問題，優化成像效果，並最終確保産品質量。它提供的不僅僅是知識，更是一種解決實際問題的思維方式和方法論。對於任何需要在光電成像領域進行産品開發或性能評估的工程師來說，這本書都是一本不可或缺的參考書。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期從事光學儀器研發的工程師，我一直在尋找一本能夠係統梳理光電成像係統理論知識，並結閤實際應用的專業書籍，這本書無疑滿足瞭我的需求。它在“建模”部分對各種光學元件和成像係統的數學模型進行瞭詳盡的介紹，並深入探討瞭不同模型之間的適用性和局限性。我尤其欣賞書中關於相機模型、鏡頭模型以及目標模型等內容的論述，這些是構建完整成像係統模型的基礎。作者通過大量的圖錶和公式，清晰地闡述瞭如何建立準確的模型，並利用這些模型來預測成像效果。同時，書中關於模型驗證和誤差分析的部分也做得非常齣色，這對於確保模型的可靠性至關重要。讀完這本書，我感覺自己對光電成像係統的整體架構和各個組成部分有瞭更深刻的認識，也掌握瞭更多進行係統設計和優化的方法。

評分☆☆☆☆☆

這是一本非常有啓發性的讀物，它將光電成像係統這一看似枯燥的技術領域，通過生動形象的語言和豐富的實例，展現齣瞭其獨特的魅力。作者在“仿真”部分的敘述方式非常吸引人，他沒有采用過於抽象的數學推導，而是通過一步步的引導，讓我理解瞭如何利用計算機仿真來預測和優化成像係統的性能。書中涉及的各種仿真軟件，如MATLAB/Simulink、Zemax等，都有詳細的使用教程和技巧分享，這對於我這樣剛開始接觸仿真領域的研究生來說，簡直是雪中送炭。我印象最深刻的是書中關於雜散光、衍射效應等復雜成像現象的仿真分析，通過這些仿真，我能夠更深入地理解這些物理現象對成像質量的影響，並學會如何通過參數調整來規避這些不利因素。這本書讓我認識到，仿真不僅僅是模擬，更是一種強大的設計工具和分析手段。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是我近期讀過的最令人印象深刻的科技著作之一！它不僅僅是一本關於光電成像係統的理論堆砌，更像是一本實踐指南，為那些希望深入瞭解並掌握這一復雜領域的研究者和工程師提供瞭寶貴的知識和方法。從最基礎的光學原理，到復雜的傳感器技術，再到最終的圖像處理算法，作者都做瞭極為細緻和深入的闡述。尤其讓我贊賞的是，書中對於“建模”部分的講解，它並沒有停留在概念層麵，而是提供瞭多種實用的建模方法和工具，並且結閤瞭大量的仿真實例，讓我能夠清晰地看到理論是如何轉化為實際應用的。書中對各種仿真軟件的使用技巧和注意事項也進行瞭詳細介紹，這對於初學者來說簡直是福音，能夠有效避免走彎路。我尤其喜歡其中關於噪聲模型和失真建模的部分，這對於理解實際成像過程中可能齣現的各種問題至關重要。總而言之，這本書為我提供瞭一個係統而全麵的框架，讓我能夠更自信地麵對光電成像係統的設計和優化挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書在“測試與評估”這個環節的深入程度，是我在同類書籍中前所未見的。它不僅僅停留在理論知識的層麵，更重要的是提供瞭大量的實際操作指導和案例分析。我特彆對書中關於成像係統性能的量化評估部分印象深刻，比如對於信噪比（SNR）、動態範圍、空間分辨率等關鍵指標的測試方法和數據處理流程，都有非常詳細的介紹。作者還探討瞭不同測試環境下可能遇到的問題以及相應的解決方法，這對於在實際工作中進行準確的係統評估非常有幫助。書中還涉及瞭一些先進的測試技術，如主動式測試、全息測試等，這些內容讓我大開眼界，也為我提供瞭進一步研究和探索的方嚮。這本書為我提供瞭一個非常全麵的評估框架，讓我能夠更係統、更科學地對光電成像係統進行性能評價。