Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Murphy, Douglas B.

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:2001-10

价格:1783.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471253914

丛书系列:

图书标签:

显微镜学
电子成像
光学显微镜
生物成像
材料科学
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具体描述

Over the last decade, advances in science and technology have profoundly changed the face of light microscopy. Research scientists need to learn new skills in order to use a modern research microscope–skills such as how to align microscope optics and perform image processing. Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging explores the basics of microscope design and use. The comprehensive material discusses the optical principles involved in diffraction and image formation in the light microscope, the basic modes of light microscopy, the components of modern electronic imaging systems, and the image processing operations necessary to acquire and prepare an image. Written in a practical, accessible style, Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging reviews such topics as: Illuminators, filters, and isolation of specific wavelengths Phase contrast and differential interference contrast Properties of polarized light and polarization microscopy Fluorescence and confocal laser scanning microscopy Digital CCD microscopy and image processing Each chapter includes practical demonstrations and exercises along with a discussion of the relevant material. In addition, a thorough glossary assists with complex terminology and an appendix contains lists of materials, procedures for specimen preparation, and answers to questions. An essential resource for both, experienced and novice microscopists.

光学与电子成像技术基础 ——从基础原理到前沿应用本书旨在全面深入地探讨现代光学成像领域的核心概念、基础理论与前沿技术，特别是那些在不涉及《Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging》所涵盖的特定内容之外，但同样构成光学与电子成像技术基石的各个方面。本书的结构设计旨在为读者提供一个坚实且全面的理论框架，并辅以必要的工程实践知识，从而理解和掌握如何设计、优化和应用复杂的成像系统。本书的深度和广度横跨了从经典物理光学到现代数字信号处理的多个学科交叉领域，重点关注成像系统的性能极限、噪声分析以及新一代传感器的开发与应用。 --- 第一部分：基础光学与成像理论的再审视本部分将从更基础的、脱离特定显微镜配置的角度，系统地梳理支撑所有光学成像系统的基本物理原理。第1章：波的性质与成像基础本章首先回顾电磁波理论，重点阐述光的波动性在成像过程中的体现。我们将深入探讨光在不同介质中的传播特性，包括折射、反射和衍射的基础定律。光的传播与干涉：详细分析单色光和复色光场的干涉现象，引入惠更斯-菲涅尔原理及其在近场和远场传播中的应用。衍射理论的普适性：阐述夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射，建立光瞳函数（Aperture Function）与衍射图案之间的数学联系。这是理解成像系统空间频率响应的基石。几何光学与像差的初探：虽然侧重波动光学，但本章会简要概述几何光学对系统初级设计的重要性，并引入一阶像差（如球差、彗差）的概念，作为后续章节中优化设计的起点。第2章：成像系统的数学模型与传递函数本部分是理解任何成像系统性能的关键，它将焦点从物理光场转移到系统的数学表示上。傅里叶光学：系统地引入傅里叶变换在光学中的核心地位。阐述空间频率域（Fourier Domain）与空间域（Spatial Domain）的转换关系。光学系统的线性与时不变性（LTI）：论证为什么光学系统可以被视为LTI系统，从而可以使用卷积积分描述物体与像之间的关系。点扩散函数（PSF）与线扩散函数（LSF）：详细定义PSF，并将其作为表征系统对点光源响应的“指纹”。讨论如何从实验或理论上测量和计算PSF。调制传递函数（MTF）：深入讲解MTF作为衡量系统空间频率响应的定量指标。分析MTF如何受衍射极限、物镜数值孔径（NA）以及系统内其他光学元件（如中继透镜）的影响。 --- 第二部分：成像系统的噪声、分辨率与量化本部分着眼于实际成像过程中不可避免的性能限制因素，并探讨如何通过数字处理来克服这些限制。第3章：成像中的噪声源与分析本章将详细分类和量化成像系统中的主要噪声来源，这是评估系统性能的决定性因素之一。内在噪声：深入分析散粒噪声（Shot Noise，源于光子计数的不确定性）和暗电流噪声（Detector Dark Current）。对热噪声和读取噪声进行详细建模。噪声等效参数：定义信噪比（SNR）在不同成像条件下的计算方法。引入噪声等效光子（NEP）和检测器量子效率（DQE）的概念，并推导DQE与系统整体信噪比的关系。随机过程在噪声分析中的应用：使用统计学工具（如功率谱密度 PSD）来描述和过滤随机噪声。第4章：数字成像与信号采样本章侧重于将连续的物理光信号转化为可分析的数字数据流的过程。奈奎斯特-香农采样定理的复习与应用：解释该定理在确定最佳采样率和防止混叠（Aliasing）中的关键作用。像素化效应：讨论像素尺寸、阵列布局（如拜耳滤镜结构）对系统MTF的二次影响。模数转换（ADC）：分析量化误差（Quantization Error）及其对图像动态范围的影响，讨论位深（Bit Depth）的选择标准。第5章：图像复原与超分辨率技术（非特定显微方法）本章聚焦于如何利用计算方法，从受损或低分辨率的图像中提取更多信息。去卷积方法：详细介绍维纳滤波（Wiener Filtering）和迭代盲去卷积算法（Blind Deconvolution）。重点在于如何在噪声和PSF不完全已知的情况下，优化图像复原的质量。超分辨率概述：探讨超越衍射极限成像的通用计算方法。这包括但不限于基于运动补偿的图像重建技术（如多帧融合），以及通过传感器技术实现的信息增强。 --- 第三部分：先进光电传感器与系统集成本部分将深入探讨现代成像设备的核心硬件——光电传感器的工作原理，以及如何将这些传感器与更复杂的照明和数据采集系统集成。第6章：半导体光电探测器原理本章是理解电子成像硬件的关键。光电效应与载流子生成：从能带理论出发，解释光子如何激发半导体材料产生电子-空穴对。电荷耦合器件（CCD）的工作机制：详细描述电荷的收集、转移和输出过程，分析其固有缺陷（如拖尾效应、溢出）。互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器：对比CCD和CMOS架构，重点分析现代CMOS传感器如何通过片上集成电路实现高速读取、低功耗和全局快门（Global Shutter）技术的实现。背照式（BSI）与堆栈式（Stacked）技术：介绍如何通过结构优化来提高传感器的有效光捕获能力和DQE。第7章：照明技术与光场调控成像质量不仅取决于接收器，更取决于输入的光照条件。相干性与非相干性照明：分析不同照明光源（如LED、激光、氙灯）的特性及其对成像对比度和散斑的影响。傅里叶光学在照明设计中的应用：如何利用空间光调制器（SLM）或DMD（数字微镜器件）来精确控制入射光场的波前和强度分布，用于高级照明方案。偏振态的控制与分析：阐述偏振光学元件（如偏振片、波片）在减少杂散光、增强特定结构对比度中的作用。第8章：系统集成、数据流与高性能计算本章着眼于将光学元件、传感器和计算机系统高效地结合起来形成一个可操作的成像平台。数据采集（DAQ）系统：讨论高速接口（如Camera Link HS, USB 3.0/4.0, CoaXPress）的选择标准，以及高速数据缓冲策略。实时处理流水线：介绍如何设计硬件加速的图像处理流程，包括使用FPGA或GPU进行并行化处理，以满足高帧率成像的需求。系统标定与几何校正：讨论如何通过多平面标定和非线性畸变模型的建立，来校正由透镜和传感器非理想性引入的几何误差，确保测量的精确性。 --- 总结与展望本书的最终目标是培养读者将光学理论、传感器物理和数字信号处理融会贯通的能力。通过对上述各个模块的深入学习，读者将能够独立评估现有成像系统的局限性，并设计出针对特定科学或工程挑战的新型高性能电子成像方案。未来的章节将对特定应用领域（如医学诊断成像、遥感、工业检测）中的系统设计趋势进行概览，强调对光电转换链整体优化的持续追求。