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出版者:电子工业出版社

作者:张明友

出品人:

页数:454

译者:

出版时间:2006-1

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787121022197

丛书系列:

图书标签:

• 电气
• 雷达
• 信号处理
• 电磁波
• 目标探测
• 系统设计
• 无线电
• 电子工程
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现代光学成像技术：从理论基石到前沿应用 书籍简介 《现代光学成像技术》是一部全面深入探讨当代光学成像领域基础理论、关键技术及前沿应用的专业著作。本书旨在为光学、物理学、电子工程、生物医学工程等相关专业的学生、研究人员以及工程师提供一个系统化、前瞻性的知识框架。 本书结构严谨，内容翔实，覆盖了从经典光学到尖端纳米光子学的核心概念。我们摒弃了对特定商业产品或已过时技术的冗余描述，而是专注于构建理解复杂成像系统所需的坚实理论基础，并着重剖析当前驱动技术进步的核心科学原理。 --- 第一部分：光学成像的理论基石 本部分奠定了理解所有现代光学成像系统的物理学基础。 第一章：电磁波与光的波动性 本章深入剖析电磁场理论在光传播中的应用，重点讨论麦克斯韦方程组在介质中的简化形式以及光波的矢量特性。内容涵盖光的偏振态（包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振）的数学描述，以及琼斯矩阵和穆勒矩阵在分析偏振元件时的实际应用。此外，详细阐述了光在不同折射率介质中的传播规律、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的数学模型，以及它们在近场和远场成像中的重要性。 第二章：成像系统的几何光学与像差理论 本章从经典几何光学的角度构建成像系统的宏观模型。详细解析了光线追迹法、斯奈尔定律在复杂透镜组中的应用。重点讨论了由光束口径和透镜设计不完善导致的系统性成像缺陷——几何像差。深入分析了五大主要几何像差（球差、彗差、像散、场曲和畸变）的形成机理、数学表达式（如波前像差函数）以及如何通过设计（如引入非球面镜面或复合成像镜组）来校正或最小化这些像差对成像质量的影响。 第三章：衍射极限与分辨率的本质 本章探讨了成像系统的根本限制——衍射效应。详细阐述了光阑对点扩散函数（PSF）的影响，引入了艾里斑的概念。通过傅里叶光学理论，清晰地展示了光学系统如何充当一个低通滤波器，并推导出瑞利判据和阿贝衍射极限的严格物理意义。本章特别关注了超越经典衍射极限的理论探讨，为后续超分辨成像技术奠定理论基础。 --- 第二部分：关键成像技术与信号采集 本部分聚焦于实现有效成像所需的核心技术环节，从光源到探测器。 第四章：先进光源技术 本章系统回顾了在精密成像中广泛使用的非相干和相干光源。重点分析了激光器的基本原理（受激辐射、粒子数反转、腔内模式），并深入比较了不同类型的激光器（如固态激光器、半导体激光器、飞秒激光器）在光谱特性、脉冲宽度和相干长度上的优势与局限性。对于需要高对比度和特定波长的应用，本章也涵盖了基于非线性光学效应的频率转换技术。 第五章：光电探测与图像数字化 本章详细介绍了现代光学成像中使用的主要光电转换器件。深入解析了电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器的基本结构、工作原理（光生载流子的收集和转移机制）。探讨了影响探测器性能的关键参数，如量子效率（QE）、噪声水平（暗电流噪声、读出噪声）、动态范围以及像素尺寸对空间分辨率的影响。此外，本章也涉及了探测器响应函数与图像采集系统的数字化过程。 第六章：光学信息处理与计算成像导论 本章将理论与实践相结合，介绍如何利用光学元件直接处理信息，以及如何通过计算方法弥补硬件缺陷。内容包括傅里叶变换全息术的基本原理，基于空间光调制器（SLM）的可编程波前整形技术。在计算成像方面，本章导论性地介绍了压缩感知（Compressed Sensing）在数据采集中的应用潜力，以及如何利用迭代算法重建高度欠采样的图像数据。 --- 第三部分：前沿成像范式与应用驱动技术 本部分深入探讨了当前正在快速发展和变革传统成像模式的前沿技术领域。 第七章：光学相干断层扫描（OCT）原理 本章专注于基于低相干干涉原理的三维深度成像技术。详细阐述了时间域OCT和傅里叶域OCT（FD-OCT）的原理差异，重点分析了散斑噪声的来源及其抑制方法。本章深入探讨了倍频程OCT（SS-OCT）和偏振敏感OCT（PS-OCT）的数学模型，揭示了它们如何提供亚微米级的轴向分辨率和组织各向异性信息的测量能力。 第八章：超分辨光学显微技术 本章系统梳理了突破衍射极限的成像策略。详细介绍了几种代表性的点扩展函数（PSF）工程方法，如受激发射损耗（STED）显微镜的工作机制、光激活定域显微（PALM）和随机光学重建显微（SROM）的成像流程。本章强调了这些方法在分子尺度生物成像中实现的高空间信息密度以及对光漂白和光毒性的权衡考量。 第九章：散射介质中的成像与波前控制 本章处理在复杂、高度散射环境中（如生物组织内部或湍流大气）进行清晰成像的挑战。详细讨论了光子传输的蒙特卡洛模拟方法。核心内容集中于利用反馈机制精确控制光波前，特别是通过时间反演技术和基于传输矩阵（Transmission Matrix, TM）的波前塑造技术，实现对特定散射目标的反卷积和聚焦。 第十章：深度学习在图像恢复与分析中的集成 本章探讨了现代成像系统与人工智能的深度融合。重点分析了卷积神经网络（CNN）在三大关键任务中的应用：去噪（Denoising）、超分辨率重建（Super-Resolution）和反问题求解（Inverse Problem Solving）。本章提供构建优化网络架构的指导原则，并讨论了如何设计既能保持物理一致性，又能有效提升图像质量的混合（物理-学习）模型。 --- 总结与展望 《现代光学成像技术》旨在为读者提供一个坚实的知识平台，使其能够理解、评估并开发下一代光学成像系统。本书的视角始终立足于基础物理原理的深度挖掘，并以解决实际工程和科学难题为导向。读者在掌握这些工具后，将能更好地应对从基础科学研究到高精尖工业应用的各种复杂挑战。

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坦白说，《雷达系统》这本书的结构安排非常合理，它就像是为我量身定制的一堂循序渐进的雷达知识课程。我一开始以为会看到一本包罗万象的“百科全书”，但实际上，作者将内容进行了精心的划分，从最基础的“什么是雷达”，到复杂的“雷达信号处理”，再到“雷达的应用”和“未来发展”，每一个章节都像是一个独立的模块，但又彼此关联，构成了一个完整的知识体系。我很欣赏书中对于“新手友好”的考量。在讲解每一个新的概念之前，作者都会先进行铺垫，解释相关的背景知识，然后才引出核心内容。例如，在讲解“脉冲压缩”技术时，他并没有直接跳到复杂的算法，而是先解释了为什么传统的窄脉冲雷达在探测距离和分辨率之间存在矛盾，然后才引出脉冲压缩如何能够解决这个问题。这种“问题-解决方案”的叙述模式，让我能够清晰地看到技术的演进逻辑，并且对所学知识有更深刻的理解。而且，书中还穿插了一些“案例分析”，通过对实际雷达系统的剖析，让我能够更好地将书本上的理论知识与实际应用联系起来。这种结构化的学习体验，让我觉得学习过程非常顺畅，并且能够有效地吸收和巩固所学内容。

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《雷达系统》这本书，我拿到手的时候，其实是带着一种既期待又有点忐忑的心情。期待是因为“雷达”这个词本身就带着一种神秘感和科技感，总觉得里面藏着许多不为人知的秘密，能够洞悉那些肉眼看不见的事物。忐忑则是因为我对雷达的了解仅限于电影、新闻里偶尔出现的模糊概念，总担心这本书的内容会过于艰深，自己难以消化。然而，当我翻开第一页，就被作者那种娓娓道来的叙述方式吸引了。他并没有一开始就抛出晦涩难懂的公式和理论，而是从雷达的起源讲起，用生动有趣的语言描绘了早期科学家们如何克服重重困难，一点点揭开电磁波的奥秘，并将其应用于探测的艰辛历程。这就像是在听一个引人入胜的故事，让我完全忘记了“学习”的压力，而是沉浸在知识的海洋里，感受着人类智慧的闪光。书中对于雷达发展不同阶段的描述，从最初的原理探索，到二战时期的军事应用，再到如今民用领域的广泛普及，都显得条理清晰，逻辑严谨。我尤其喜欢其中对于一些经典雷达型号的介绍，比如二战时期的“链式雷达”，它在战争中的关键作用，以及它背后所蕴含的创新思维，都让我赞叹不已。作者似乎很擅长将复杂的概念进行拆解，用类比、图示等多种方式进行解释，使得像我这样的“门外汉”也能大致理解其工作原理。读到这里，我仿佛看到自己站在一个巨大的历史画卷前，亲眼见证着一项革命性技术的诞生与成长，内心充满了敬畏和好奇。这本书不仅仅是关于技术，更是关于人类探索未知、改造世界的勇气和智慧的赞歌。

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我必须承认，《雷达系统》这本书的写作风格非常独特，它成功地在学术严谨性和可读性之间找到了一个绝佳的平衡点。我原本以为会读到一本充斥着专业术语和复杂公式的“硬汉”书籍，但事实并非如此。作者在讲解每一个技术概念时，都仿佛是一位耐心细致的老师，用通俗易懂的语言，辅以恰当的比喻和生动的图表，将抽象的原理具象化。例如，在描述雷达的“旁瓣”现象时，作者并没有直接给出复杂的数学表达式，而是将其比作是雷达在“窥探”其他方向的信号，而“主瓣”才是它真正关注的“目标”。这种形象的比喻，让我瞬间就能抓住核心概念，并且印象深刻。同时，书中穿插了一些关于雷达发展史上的趣闻轶事，例如某位科学家如何通过一次偶然的实验发现了某个雷达的关键技术，或者某项雷达技术在战争中如何发挥了出人意料的作用，这些故事的加入，不仅增添了阅读的乐趣，也让我对雷达技术有了更加立体和全面的认识。读这本书，就像是在品尝一道精心烹制的佳肴，既有扎实的“料”——严谨的技术内容，又有精美的“摆盘”——引人入胜的叙述方式，让人回味无穷。

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不得不说，《雷达系统》这本书在细节的打磨上做得相当到位，让我这个对雷达研究领域知之甚少的读者，也能感受到作者的专业性和严谨性。书中对于雷达系统各个组成部分的功能和相互作用的阐述，细致到每一个元器件的工作原理，每一个信号处理的环节。例如，在讲解天线部分时，作者并没有简单地说“天线负责发射和接收信号”，而是详细地介绍了不同类型天线的结构特点、优缺点，以及它们在不同应用场景下的选择依据。他甚至引用了一些具体的数学模型和公式来辅助说明，但又巧妙地将它们融入到文字叙述中，使得即便是不擅长数学的我，也能通过文字和图表的结合，大致理解其中的逻辑。让我印象深刻的是，书中关于“回波处理”的章节，那部分内容涉及到了大量的信号分析技术，比如多普勒效应、脉冲压缩等等。我原本以为这会是整本书中最枯燥乏味的部分，但作者用非常形象的比喻，将这些抽象的概念变得生动起来。他将回波信号比作战场上微弱的呐喊，而雷达系统则如同训练有素的士兵，需要经过层层筛选、辨别，才能从中找出真正有用的信息。这种“拟人化”的表述方式，极大地降低了理解的门槛，让我能够更加深入地体会到雷达系统在复杂环境中探测目标的不易。整本书给我的感觉，就像是在一位经验丰富的老师的指导下，一步步地解构着雷达这台精密的机器，让我不仅仅是“知其然”，更能“知其所以然”。

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《雷达系统》这本书，在内容呈现上给我带来了一种“身临其境”的体验。作者并没有仅仅停留在文字的描述，而是通过大量精心挑选的图表、示意图和数据表格，将那些抽象的雷达原理变得更加直观易懂。例如，在讲解雷达的“扫描方式”时，书中出现的各种扫描示意图，让我能够非常清晰地看到不同扫描模式下雷达波束的运动轨迹，以及它们各自的优缺点。又比如，在分析雷达回波信号时，书中展示的各种信号波形图，让我能够直观地理解信号的特征，以及如何从这些信号中提取出目标信息。我尤其喜欢书中对于“雷达图像”的展示，那些真实的海面目标、地物特征的雷达图像，让我能够直接感受到雷达技术在实际应用中的强大能力。这种“可视化”的学习方式，极大地提升了我对雷达系统的理解深度和兴趣。它让我不再觉得雷达只是一个冰冷的数学模型，而是能够看到它如何在真实的世界中发挥作用，为人类带来便利和安全。这本书仿佛是一扇窗户，让我得以窥探雷达技术广阔而迷人的世界。

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《雷达系统》这本书，带给我的不仅仅是知识的增进，更是一种思维方式的启迪。作者在讲解过程中，并没有拘泥于单一的理论框架，而是会灵活地运用多种科学原理和工程方法来阐述问题。我尤其欣赏书中对于“权衡”和“取舍”的讨论。雷达系统的设计和应用，往往是一个复杂的多目标优化过程，需要在探测距离、分辨率、探测精度、成本、功耗等多个方面做出平衡。作者在书中通过大量的实例，展示了科学家和工程师们是如何在这些相互制约的因素之间做出明智的选择，以达到最佳的系统性能。比如，在设计一款用于远距离探测的雷达时，为了获得足够的探测距离，可能需要牺牲一定的分辨率；而在追求高分辨率的应用场景下，又可能需要增加系统的复杂度和功耗。书中关于这些“两难”问题的分析，让我对工程设计中“最优解”的含义有了更深刻的理解。它让我意识到，科学技术的发展并非总是一帆风顺的线性过程，而是在不断的尝试、评估和改进中螺旋上升。这种严谨的分析和辩证的思维，让我觉得这本书不仅是一本技术读物，更是一本关于解决问题、优化决策的“智慧宝典”。

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我发现《雷达系统》这本书的语言风格相当成熟且具有辨识度，作者在行文过程中，巧妙地将专业术语的严谨性与叙述的流畅性融为一体。我从未感觉到阅读的阻碍，而是仿佛跟随作者的思绪，在雷达的知识海洋中自在遨游。书中对于雷达系统各个模块的介绍，往往是先从宏观的角度勾勒出整体框架，然后逐步深入到微观的细节。例如，在讲解“雷达信号生成”部分，作者会先介绍雷达是如何产生并发射电磁波的，然后才会详细阐述不同脉冲体制、不同调制方式的原理和特点。这种“由宏到微”的层层递进的讲解方式，让我能够始终把握住知识的脉络，而不至于在细节中迷失方向。而且，作者在阐述过程中，并没有回避那些复杂的数学推导，但总是能用清晰的逻辑和准确的表述，将它们引向易于理解的结论。我尤其欣赏书中对于“噪声”和“干扰”的讨论，作者在剖析这些不利因素的同时，也介绍了相应的抗干扰技术，这种对技术挑战和解决方案的全面呈现，让我对雷达系统的鲁棒性有了更深刻的认识。整本书读下来，我感觉自己不仅获得了知识，更是在一种高质量的学术氛围中进行了一次深刻的思维训练。

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《雷达系统》这本书，给我最深刻的印象是它那种“追根溯源”的精神。作者在介绍任何一项雷达技术时，都不仅仅停留在现象的描述，而是会深入挖掘其背后所依赖的物理学原理、数学模型以及相关的工程学基础。例如，在讲解雷达的“目标探测”能力时，他会回溯到电磁波的传播特性、目标散射的物理过程，以及信号如何在噪声环境中被提取出来。这种“刨根问底”式的讲解方式，让我感觉自己不仅仅是在学习雷达的“应用”，更是在理解雷达的“本质”。书中对于一些经典雷达方程的推导和解释，虽然涉及一定的数学，但作者的引导非常到位，他会先解释清楚每一个变量的物理意义，再一步步地展示推导过程，使得即便是不擅长数学的我，也能大致跟上思路，并且理解这些方程是如何反映雷达系统性能的关键因素。这种从基础原理出发，层层递进的讲解模式，让我对雷达系统的认识更加牢固，也培养了我分析和解决问题的能力。读完这本书，我感觉自己不仅仅是掌握了一些雷达的知识，更是学会了一种严谨的科学思维方式，能够用更深层次的视角去理解和分析复杂的技术系统。

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阅读《雷达系统》的过程中，我最大的感受就是这本书的“全局观”。作者似乎不仅仅满足于介绍雷达技术本身的运作，而是将其置于更广阔的科学、技术和社会背景下进行审视。他会探讨雷达技术的发展如何受到军事需求、国家政策、甚至国际形势的影响，同时也会分析雷达技术如何反过来推动了其他相关领域，例如电子工程、通信技术、甚至材料科学的发展。在书中，我读到了一些关于雷达在民航、气象、地质勘探等领域应用的案例，这些案例的呈现方式非常贴近实际生活，让我意识到雷达并非只是军事领域的“高科技玩具”，而是与我们日常生活息息相关的“得力助手”。例如，书中关于气象雷达如何帮助我们预测台风、监测降水，以及海事雷达如何保障航行安全等内容的描述，都让我深切体会到雷达技术在维护社会稳定、保障人民生命财产安全方面所发挥的重要作用。更让我惊喜的是，作者在书中还对未来雷达技术的发展趋势进行了展望，例如低探测概率雷达、有源相控阵雷达等前沿技术，并分析了它们可能带来的革新。这种既有历史深度，又有前瞻视野的叙述方式，让我对雷达系统这个领域产生了更深层次的兴趣，也让我对未来的科技发展充满了期待。

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《雷达系统》这本书，给我的感觉就像是在与一位经验丰富的“老兵”对话，他不仅拥有深厚的理论功底，更有着丰富的实践经验。书中对雷达系统实际运行中可能遇到的各种“坑”和“挑战”的描述，以及作者提供的应对策略，让我受益匪浅。例如，在讲解“杂波抑制”时，他并没有回避雷达系统中存在的各种干扰信号，而是详细地分析了这些干扰的来源，以及如何通过滤波、动目标显示（MTI）等技术来有效地抑制它们。这种“接地气”的讲解，让我对雷达系统的实际工作状态有了更加真实的认识，也让我意识到，理论知识的掌握仅仅是第一步，如何在复杂的实际环境中将其有效地应用，才是真正的考验。书中还穿插了一些关于雷达系统设计和调试中的实际案例，这些案例的分析非常透彻，让我能够学到很多在书本上很难获得的“干货”。我感觉自己不仅仅是在学习雷达的知识，更是在学习一种解决实际工程问题的思维方式和方法论。这本书为我打开了一扇通往雷达工程实践的大门。

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