Optical Designs in Motion pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Dover Pubns

作者:Grafton, Carol Belanger

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:

价格:9.95

装帧:Pap

isbn号码:9780486232843

丛书系列:

图书标签:

• 光学设计
• 动态光学
• 运动光学
• 视觉设计
• 动画
• 视觉效果
• 光线追踪
• 渲染
• 计算机图形学
• 设计灵感

镜界流光：光学设计与动态视觉的交汇 本书聚焦于复杂光学系统在非静态环境下的行为建模、性能优化与创新应用，深入探讨了如何应对运动、形变以及时间维度变化对光束传输和图像捕获带来的挑战。 第一部分：动态光学系统的基础理论与建模 第一章：时间域光学基础与运动对光路的影响 本章首先回顾了经典几何光学与物理光学的核心原理，随后引入时间依赖性分析。详细阐述了当光学系统或目标处于相对运动状态时，光线传播路径如何随时间连续变化。我们引入了“时变传播矩阵”（Time-Varying Propagation Matrix, TVPM）的概念，用以描述光束在高速运动介质中的传输特性。重点分析了多普勒频移、运动模糊（Motion Blur）的精确数学模型，并探讨了如何在系统设计初期就将这些动态效应纳入考量。对菲涅耳积分在运动坐标系下的修正形式进行了详尽的推导，为后续的数值模拟奠定了理论基础。 第二章：自适应光学与实时补偿策略 在严苛的动态环境中，固定光学系统往往无法满足性能要求。本章深入研究了自适应光学（Adaptive Optics, AO）技术在高速变化环境中的应用。核心内容包括：波前传感器的快速采样与处理技术，特别是针对高帧率和低信噪比场景的优化。详细讨论了基于傅里叶变换的实时解卷积算法，用以快速重建畸变波前。此外，还对比分析了基于压电陶瓷驱动器和基于微机电系统（MEMS）的可变形镜在响应速度、相位分辨率和系统集成度上的优劣。本章通过多个航空和天文观测案例，展示了实时波前校正的实际效果与局限性。 第三章：非球面与自由曲面在动态成像中的设计 传统的球面或简单的非球面设计难以有效校正运动引入的像差。本章将重点放在自由曲面（Freeform Surface）设计方法上，尤其关注其在快速变焦或复杂三维扫描系统中的潜力。我们引入了基于点阵采样和局部优化算法来设计具有时变性能特性的自由曲面。具体讨论了“运动补偿曲面”的概念，即设计一个初始曲面，使其在特定运动轨迹下，能够将动态像差降至最低。内容涵盖了光学设计软件中的高级序列光线追迹技术，如何纳入运动参数进行蒙特卡洛模拟，以评估系统在实际操作范围内的鲁棒性。 第二部分：动态视觉捕获与处理 第四章：高速摄像与事件驱动传感器 本部分转向探测端的技术革新。高速摄像技术是捕获快速运动现象的关键。本章详细介绍了高帧率CMOS传感器的架构、全局快门与卷帘快门带来的动态图像失真对比，并探讨了超高帧率（百万级/秒）相机的信号读取限制与噪声抑制技术。随后，引入了事件驱动型视觉传感器（Event-Based Vision Sensors，如DVS相机）的工作原理。强调了这类传感器如何克服传统相机的刷新率限制，仅记录像素亮度的变化而非绝对亮度值，从而在捕获高速、低延迟动态事件方面展现出的革命性优势。 第五章：运动模糊的量化分析与反卷积重建 运动模糊是动态光学系统面临的共同难题。本章深入探究了模糊核（Point Spread Function, PSF）的时变特性。我们将模糊核建模为光束传输函数（OTF）在时间维度上的卷积，并基于目标运动轨迹进行精确估计。重点介绍了几种先进的图像反卷积技术，如维纳滤波器的时变版本、迭代反陷阱（Iterative Deconvolution）算法的优化，以及近年来利用深度学习（DL）进行盲反卷积（Blind Deconvolution）的最新进展。本章提供了详细的数值实验，以验证不同重建算法在不同信噪比和不同运动速度下的性能边界。 第六章：3D 重建与动态场景的四维建模 理解动态场景不仅需要清晰的二维图像，更需要准确的三维空间信息。本章探讨了如何将动态信息融入到三维重建流程中。内容涵盖了同步激光雷达（LiDAR）与高频相机的数据融合技术，用于捕获快速移动物体的高精度点云。我们详细分析了结构光投影系统在运动目标上进行三角测量时，如何使用时间同步技术校正投影图案的形变。最后，介绍了“四维建模”的概念——即对空间（X, Y, Z）和时间（T）进行联合建模，以预测物体在下一时刻的可能状态和光学响应。 第三部分：前沿应用与系统集成 第七章：动态光学在遥感与机器人导航中的集成 本章探讨了动态光学系统在地面和空中平台上的实际集成挑战。在遥感领域，分析了高空高速侦察平台对倾斜成像系统（Staring Systems）的修正需求，以及如何通过机载平台惯性测量单元（IMU）的数据，实时补偿平台姿态变化导致的图像失真。在机器人和自动驾驶领域，重点讨论了传感器融合（Sensor Fusion）的关键——如何将高频动态视觉数据与低频但高精度的测距数据进行时间对齐和空间配准，以确保机器人在高速运动中的决策准确性。 第八章：微纳尺度下的动态光学控制 将动态光学设计的理念下沉到微观尺度。本章研究了微纳结构对快速变化输入（如光脉冲或微小振动）的响应。讨论了基于光子晶体（Photonic Crystals）和超表面（Metasurfaces）的动态可重构器件，这些器件可以在皮秒甚至飞秒级别上改变其光学响应。具体实例包括用于快速光开关、频率梳生成和动态偏振控制的微系统。同时，分析了这些微系统在外部环境扰动（如温度、应力）下性能的稳定性问题。 第九章：未来展望：实时、智能与全波场仿真 本章对动态光学研究的未来方向进行展望。强调了向“全波场、实时仿真”迈进的必要性，即在设计阶段就能以极高的保真度模拟包含所有动态效应的完整光场传输。讨论了量子计算在加速复杂非线性动态光学模拟中的潜在应用。最后，探讨了将强化学习（Reinforcement Learning）应用于光学系统控制回路，以实现系统对未知或突发动态环境的自主、最优适应。 本书旨在为光学工程师、系统设计师、计算机视觉专家以及相关领域的研究人员提供一个全面、深入且具备高度实践指导意义的参考框架，用以理解和驾驭运动世界中的光。

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我借阅此书是为了学习如何设计高性能的自由空间光通信链路。我原以为书中会详细介绍如何利用“涡旋光束”或“格林函数方法”来精确计算大气湍流对光束传输的影响，并给出相应的补偿策略。书中确实提到了光束传播的基础方程，并给出了高斯光束在自由空间传播的解析解，这是对基本原理的扎实巩固。但是，对于实际工程中的复杂环境建模，比如如何将散射效应和吸收效应融入到链路预算的计算中，或者如何设计一个高效的自适应光束整形器来抵消大气扰动，书中只是在附录的边缘提到了几句。整本书的重心似乎稳定地停留在“元件设计”和“静态系统成像”层面，而非“动态系统传输”。比如，在讨论离轴反射镜系统时，作者的重点在于如何校正像差，而不是如何处理远距离传输中因平台振动或指向误差导致的系统对准问题。这本书的价值在于它对基础理论的梳理非常到位，对于巩固光学设计者的基本功无疑是有益的，但它未能很好地跨越到当代光通信和遥感领域所面临的那些极具挑战性的环境适应性设计难题上。

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这本书的结构安排，坦白讲，有点像一位经验丰富的老工程师在给他刚入门的徒弟讲课，耐心是有的，但步子迈得有点慢。它花了非常多的篇幅来阐述如何使用Zemax或Code V进行常规的成像系统设计，从初级的光路追迹到中级的优化目标设定，讲解得可以说是面面俱到。我特别欣赏其中关于“系统吞吐量”和“信噪比”建模的那一节，它将光学设计中的理论参数与最终的实验结果联系起来，这一点是很多教科书所忽略的。但是，当涉及到非球面镜设计或者衍射光学元件（DOE）的应用时，深度明显不够。我期待能看到更多关于如何设计高效率全息光栅的实例，特别是那些涉及到特定波长范围内相位延迟精确控制的例子。书中提到的几种优化算法，例如阻尼最小二乘法，虽然给出了公式，但缺乏对不同优化目标函数（如点列图、均方根误差）在实际应用中的优缺点对比分析。对我而言，更希望看到的是“为什么”选择这个优化目标，而不是仅仅“如何”执行计算。总的来说，这是一本优秀的入门或复习材料，但对于寻求高级设计技巧的专业人士来说，可能需要配合其他更专业的文献才能满足需求。

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这本书，我真的得说，拿到手的时候我就被它的封面设计给吸引住了。那种深邃的蓝色调配上流动的光影效果，简直像是把复杂的物理现象浓缩在了纸张上。内容上，我最初期望它能深入探讨一些前沿的光学材料和新兴的光谱技术，比如在量子计算领域中，光子如何被精确操控和检测。然而，读完前几章后，我发现作者的侧重点似乎更偏向于经典的光学系统设计，比如望远镜物镜组的光路优化、镜头畸变的校正，以及如何平衡系统的色差和像差。这对于一个希望了解微纳尺度光学器件的读者来说，略显基础。我花了大量时间去研究其中关于自由曲面设计的部分，虽然讲解得很详尽，图示也很清晰，但总觉得缺少了一些将理论与现代制造工艺（比如3D打印或超精密加工）紧密结合的案例分析。书中对像差的数学推导过程非常扎实，这一点值得肯定，但如果能在讲解公差分析时，加入一些实际生产中遇到的典型问题及其解决方案，那就更完美了。例如，如何处理由于温度变化导致的光学元件间隙微小漂移对成像质量的影响，这在实际工程中是至关重要的环节，书中对此着墨不多，留下了不少想象空间。

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我是在一个光电子技术研讨会上听说了这本书，当时的主题聚焦在超精密测量和光场调控上。带着对这些高新技术的期待翻开此书，我首先被它详尽的公差分析章节所吸引。作者对于机械装配误差如何影响光学系统的性能进行了非常细致的入微的探讨，这一点我深感佩服。那种从理论到实际装配流程的无缝衔接，让人感觉这不只是一本设计手册，更是一份实战经验的总结。然而，书中对于“主动光学”或“自适应光学”系统的讨论几乎是蜻蜓点水。在当前自适应光学技术在天文观测和激光通信领域扮演越来越重要角色的今天，书中对波前传感器、变形镜驱动机制以及实时相位恢复算法的介绍显得尤为单薄。我尝试在书中寻找关于傅里叶光学在光场整形中应用的深入分析，比如利用空间光调制器（SLM）进行光束整形和相位掩模设计，但这些内容要么被简单带过，要么需要读者自行去补足大量的背景知识。因此，对于那些希望利用光学原理来解决现代信息处理挑战的读者来说，这本书提供的工具箱可能缺少几件核心的精密工具。

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这本书的排版和图表质量确实是顶级的，几乎每一页都有清晰的、高质量的示意图，这极大地帮助了对抽象概念的理解。特别是关于光线矩阵理论在多层薄膜光谱分析中的应用那部分，作者用一系列巧妙的矩阵变换清晰地展示了光线如何穿透不同折射率的介质。这本书的叙事风格非常严谨，处处体现出对光学基本定律的尊重和精确运用。但这种严谨性也带来了一个小小的弊端：对于非线性光学效应，如倍频或参量放大等现象的讨论，几乎没有涉及。当代光学研究中，非线性光学是产生新波长、进行超快过程观测的关键手段，这本书却避开了这个“热门”领域，这让它在面对“现代光学”这一宽泛的定位时，显得保守了许多。我希望看到作者能用他擅长的严谨数学语言，去解析例如Kerr介质中的光传播特性，或者如何设计晶体匹配条件以最大化二次谐波的产生效率。这本书更像是为设计传统成像系统服务的经典指南，对于探索物质与光相互作用的非线性本质方面的读者来说，可能需要寻找其他更具前沿性的资源。

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