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页数:99

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出版时间:2010-6

价格:14.00元

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isbn号码:9787501975792

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• 实验技术
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书籍简介：现代光学成像技术与应用 第一章 绪论：光学成像的演进与基础 本章将全面回顾光学成像技术的发展历程，从早期的显微镜和望远镜，到现代高分辨率、多维度的成像系统。我们将深入探讨光与物质相互作用的基本原理，包括光的传播、衍射、干涉、散射和吸收等现象，这些都是构建任何光学成像系统的物理基础。本章还将介绍成像系统的基本构成要素，如光源、物镜、光阑、中继系统和探测器，并初步阐述傅里叶光学的基础概念，为后续章节对复杂成像系统的分析打下坚实的理论框架。重点讨论空间分辨率、对比度、信噪比等关键成像性能指标的物理意义和限制因素。 第二章 几何光学与像的形成 本章聚焦于几何光学的框架内，详细解析成像过程中的像的形成规律。我们将运用费马原理和光线追迹法，分析平面镜、球面镜和透镜组的成像特性。详细讨论单透镜和多透镜系统（如开普勒望远镜、伽利略望远镜、显微镜物镜等）的放大率、焦距和像差的计算。本章的重点在于系统地介绍和量化光学系统中的主要几何像差，包括球差、彗差、像散、场曲和畸变。通过对这些像差的深入分析，读者将理解如何通过优化透镜组合和配置来校正或减轻这些失真，从而获得更高质量的图像。 第三章 物理光学与成像的衍射极限 本章将超越几何光学，进入物理光学的范畴，探讨衍射和干涉对成像质量的决定性影响。我们将详细讲解夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射，并重点分析光学孔径（如有限的光阑）对成像过程中的“点扩散函数”（PSF）和“离散转移函数”（OTF）的塑造作用。本章将清晰阐述阿贝衍射理论，并量化光学系统的衍射极限，即在不考虑其他系统缺陷的情况下，成像分辨率的理论上限。此外，还将介绍傅里叶变换在分析成像系统中的核心作用，阐明如何通过傅里叶域的分析来理解和优化系统的空间频率响应。 第四章 显微成像技术的核心原理 本章专门深入探讨现代显微镜的核心技术与应用。首先，我们将详细解析明场、暗场、相差（Phase Contrast）和微分干涉相衬（DIC）等经典显微技术的工作原理及其对不同样品特性的敏感性。随后，重点介绍荧光显微技术，包括激发光和发射光的选择、滤光片组的配置，以及其在生物成像中的不可替代性。本章还将覆盖共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）的基本构造、实现光学切片的能力及其在三维重建中的应用。此外，还将讨论超分辨显微技术（如STED, PALM/STORM）的物理基础，及其如何突破衍射极限，实现纳米尺度的成像。 第五章 遥感与远场成像系统设计 本章将视角从微观转向宏观，聚焦于远距离观测和遥感成像系统。我们将分析大口径望远镜的设计原则，包括反射式和折射式系统的优劣势比较，以及自适应光学（AO）系统如何实时补偿大气湍流对成像质量的恶化效应。在遥感领域，本章将介绍多光谱和高光谱成像技术，阐述如何通过捕获不同波段的光谱信息来识别和分类地物目标。此外，还将探讨相控阵成像和合成孔径光学（SAO）等前沿技术在提升远距离分辨率方面的潜力。 第六章 光电探测器与图像采集 有效的图像采集依赖于高性能的光电转换器件。本章将全面介绍现代光学成像系统中使用的各类探测器，包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器的工作原理，分析其关键性能参数，如量子效率（QE）、噪声水平（暗电流、读出噪声）和动态范围。本章还将讨论红外探测器（如焦平面阵列）在热成像中的应用，并探讨像素大小、芯片尺寸与系统视场和分辨率之间的权衡关系。最后，将简要介绍模拟信号到数字信号的转换过程及其对最终图像质量的影响。 第七章 图像处理与质量增强 获取原始图像后，后续的图像处理技术对于提高图像的可用性和信息量至关重要。本章将系统介绍数字图像处理的基础算法。内容涵盖图像增强技术（如直方图均衡化、锐化滤波），噪声抑制方法（如维纳滤波、中值滤波），以及几何校正技术（如去畸变和配准）。此外，本章还将重点讨论基于傅里叶变换的图像去卷积技术，用以恢复由系统点扩散函数引起的模糊，从而提升图像的清晰度。对如何进行三维数据可视化和渲染的初步介绍也将被包含。 第八章 先进光学成像与计算成像 本章探索当前光学成像领域的前沿研究方向，特别是计算成像的范式转变。我们将详细阐述计算成像的基本思想，即通过设计特殊的系统结构或采集欠采样数据，然后利用强大的计算算法来重构出高信息量的图像。重点内容包括：计算层析成像（CT/OCT）的原理和重建算法；全息成像技术及其应用；以及基于深度学习的成像增强和超分辨率重建方法，展示人工智能如何深度融入到图像的采集和解释过程中。 第九章 光学系统集成与误差分析 本章将理论知识应用于实际系统集成。我们将讨论光学系统从设计到制造的流程，包括公差分析和装配误差对成像性能的影响。详细分析机械结构对光路稳定性的要求，以及热效应对精密光学元件定位的影响。本章还将教授如何使用光学设计软件进行初步的系统建模和优化，并通过实际案例分析，展示如何诊断和解决实际部署中遇到的光学性能下降问题。 第十章 安全、伦理与未来展望 最后，本章将探讨光学成像技术在社会中的广泛影响。内容包括激光安全标准、高分辨率成像技术在隐私保护方面的伦理考量。展望未来，本章将讨论新兴的光子学技术，如量子成像、活体无标记成像，以及如何将成像技术与其他传感模态（如声学、电磁场）融合，以期在更广阔的尺度和更复杂的环境中获取信息。

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当我翻开这本书时，首先感受到的是一股扑面而来的学术严谨性，它不像某些科普读物那样过于轻描淡写，而是以一种近乎苛刻的标准来要求读者。文字的表述非常精准，没有丝毫含糊不清的地方，每一个术语的使用都经过了深思熟虑，力求精确传达科学信息。书中对各种分析方法的原理阐述，比如光谱解析、色谱分离等，都进行了深入的数学和物理基础推导，这对于那些希望精益求精、探究技术极限的进阶学习者来说，简直是宝藏级别的资料。装帧和排版也体现了专业性，图表的清晰度和数据的准确性都达到了出版级别的最高标准，即便是复杂的流程图，也能一眼看懂其逻辑关系。尽管内容深度较大，但作者巧妙地运用了章节间的递进关系，使得知识体系的构建是循序渐进的，不会让人感到无所适从。它更像是一部工具书与教科书的完美融合体，随时可以查阅，深入阅读时又能获得系统的知识灌输。

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说实话，这本书给我的感觉非常“实在”，完全没有华而不实的辞藻堆砌，每一页文字都承载着干货。最让我印象深刻的是它对“非常规”实验操作的讨论。很多教材只会教你标准流程，但真正做实验时，总会遇到这样那样设备老化、试剂纯度不佳的突发状况。这本书却勇敢地触及了这些“灰色地带”，提供了许多在实际工业或科研环境中积累下来的“经验之谈”和“故障排除指南”。例如，当某个沉淀析出不理想时，它会列出五六种可能的环境因素并给出相应的调整建议。这种以解决问题为导向的写作风格，极大地拓宽了我的应变能力。它不仅仅是教授技能，更是在培养一种解决问题的科学思维模式。阅读过程中，我常常忍不住停下来，对照自己过去实验中的失败经历，恍然大悟，原来症结在于那个被我忽略的微小细节。这种即时反馈的阅读体验，是其他同类书籍难以比拟的。

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这部书真是让人眼前一亮，内容组织得极其精妙，简直就像是一位经验丰富的老教授手把手地在教导我们。从基础的仪器操作规范，到复杂反应的条件控制，每一个细节都被刻画得入木三分。特别是关于安全操作的部分，作者的用心程度可见一斑，那些在实际操作中容易被忽视的潜在风险点，都被详尽地列举出来，配上图文并茂的解释，让人在阅读时就能在脑海中构建出完整的安全预案。我尤其欣赏它对理论与实践结合的深度探讨，并非只是简单地罗列实验步骤，而是深入剖析了背后的化学原理，使得实验不再是机械的重复，而成为一种理解和验证科学规律的过程。对于初学者来说，这本书无疑是一座灯塔，它提供的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”的深刻洞察。书中的案例选择也极具代表性，覆盖了多个化学分支的核心实验技术，确保了读者能够建立起一个全面而坚实的实验技术框架。读完之后，那种对未知世界的好奇心和对精确操作的敬畏感油然而生，极大地提升了我的实验信心和规范意识。

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这本书的叙事节奏和逻辑线索设置得极具匠心，读起来有一种流畅的、引人入胜的韵律感。作者似乎深谙读者的认知曲线，知识点的铺陈既有广度又有深度，绝非简单的知识点罗列。它仿佛带着你走进了一个精心设计的实验室迷宫，每通过一个章节，你都解开了一个技术上的谜团，然后被引导向下一个更具挑战性的领域。特别是它在介绍新型仪器和技术时，采用了历史发展和未来趋势相结合的视角，让你在学习当前主流技术的同时，也能对行业的前沿方向有所预判。这种宏观视野的构建，使得这本书不仅仅局限于操作指南的范畴，更上升到了方法论的高度。我甚至觉得，这本书可以作为研究生培养过程中，关于实验思维训练的辅助教材，因为它教会的不仅仅是“如何操作”，而是“如何思考实验的整体设计和优化”。

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我必须称赞这本书在配图和图示处理上的用心良苦。对于技术类书籍而言，视觉信息的传达效率至关重要，而这本书在这方面做得堪称典范。它没有使用大量模糊不清的扫描图，而是采用了清晰、专业的示意图和流程图，很多关键步骤的分解图细致到连螺丝的旋转方向都标注得清清楚楚。这种对细节的极致追求，极大地降低了初次接触复杂装置时的心理门槛。更妙的是，图表的设计理念非常现代化，色彩搭配合理，信息密度高而不杂乱。阅读时，你几乎不需要频繁地在文字和图示之间来回切换，因为图表本身就已经承载了大部分的直观信息。这本书成功地将抽象的实验概念“可视化”，让那些原本需要反复摸索才能理解的复杂流程，变得一目了然。可以说，这本书是为那些注重视觉学习和追求高效信息获取的现代学习者量身打造的精品。

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