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《水下光學(xué)與成像》對水下光學(xué)與成像的關(guān)鍵原理、技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了綜述?！端鹿鈱W(xué)與成像》分為三個(gè)部分共21章。第一部分主要介紹了水下光學(xué)和成像技術(shù)，以及海洋光學(xué)和色彩研究的發(fā)展史。第二部分綜述了水下光學(xué)在環(huán)境分析中的應(yīng)用，介紹了水下光場的概念、水體中有色可溶性有機(jī)物和其他營養(yǎng)物質(zhì)的評估方法、水下生物發(fā)光特性以及有害藻華等對水體的影響，還總結(jié)了用于研究海洋環(huán)境中懸浮沉積物、湍流和混合物的光學(xué)技術(shù)。第三部分回顧了光學(xué)成像的基本原理，介紹了幾種典型的水下成像技術(shù)，如數(shù)字全息、激光線掃描、流速測量、三維成像等，還概述了拉曼光譜、光纖傳感、水下激光雷達(dá)、水下高光譜成像、水下熒光測量技術(shù)等在海洋觀測、環(huán)境保護(hù)和資源開發(fā)等方面的應(yīng)用。

精彩書評

光學(xué)工程

目錄

目錄
第1章　水下光學(xué)簡介　1　
1.1　水體中的光　1　
1.2　海洋光學(xué)基礎(chǔ)　1　
1.3　天然水體的光學(xué)性質(zhì)　5　
1.4　水體的光學(xué)分類　7　
1.5　小結(jié)　8　
1.6　更多資料來源和建議　9　
參考文獻(xiàn)　10　
第2章　水下成像與視覺簡介　12　
2.1　引言　12　
2.2　水下成像和視覺史節(jié)選　13　
2.3　水下光學(xué)成像　15　
2.4　視距擴(kuò)展成像系統(tǒng)　17　
2.5　浮游生物成像和剖面系統(tǒng)　19　
2.6　混合系統(tǒng)　20　
2.7　小結(jié)　21　
2.8　更多資料來源和建議　22　
參考文獻(xiàn)　22　
第3章　水下光學(xué)史　26　
3.1　引言　26　
3.2　探索天然水體的神秘色彩　27　
3.3　藍(lán)色反射和綠色透射　32　
3.4　卡普里藍(lán)洞的原理　36　
3.5　歷史上的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備　39　
3.5.1　本生筒（1847）　39　
3.5.2　貝茲鏡盒（1862）　40　
3.5.3　索雷特玻璃筒（1869）　41　
3.5.4　凱瑟管（1873）　41　
3.5.5　普魯士藍(lán)、白粉末（1882）　41　
3.5.6　艾特肯管（1880）　42　
3.5.7　博厄斯水熒光測定管（1880）　42　
3.5.8　博厄斯管測定水的透射光顏色（1880）　43　
3.5.9　博厄斯吸收實(shí)驗(yàn)（1881）　43　
3.6　歷史上的現(xiàn)場測量設(shè)備　44　
3.6.1　阿拉戈棱鏡　45　
3.6.2　貝茨金屬管（1862）　45　
3.6.3　博厄斯管（1880）　46　
3.6.4　索雷特伸縮管（1869）　46　
3.6.5　艾特肯金屬管（1880）　47　
3.7　海色比較儀　49　
3.7.1　Forel-Ule水色計(jì)（1892）　49　
3.7.2　洛倫茲礦物色標(biāo)（1898）　50　
3.7.3　雷德國際色標(biāo)（1898）　51　
3.8　小結(jié)　51　
3.9　記錄與思考　52　
參考文獻(xiàn)　53　
第4章　水下光場的高光譜測量　57　
4.1　高光譜與多光譜的輻射測量　57　
4.2　輻射度量學(xué)的基本原理　58　
4.3　傳感器設(shè)計(jì)和光收集器幾何結(jié)構(gòu)　59　
4.4　光譜分辨率、噪聲水平和時(shí)間響應(yīng)　61　
4.5　輻射計(jì)的校正和部署　62　
4.6　天然水體的高光譜特征　62　
4.7　光譜轉(zhuǎn)換過程的重要性　64　
4.8　小結(jié)　65　
參考文獻(xiàn)　65　
第5章　海水中的有色可溶性有機(jī)物　69　
5.1　引言　69　
5.1.1　有色可溶性有機(jī)物簡介　69　
5.1.2　有色可溶性有機(jī)物的重要性　70　
5.2　有色可溶性有機(jī)物的光學(xué)特性　71　
5.2.1　吸光度　71　
5.2.2　熒光　72　
5.3　有色可溶性有機(jī)物的測量　74　
5.3.1　采樣污染和儀器校準(zhǔn)　74　
5.3.2　有色可溶性有機(jī)物分析儀器　75　
5.3.3　數(shù)據(jù)分析與處理　76　
5.4　有色可溶性有機(jī)物測量在海洋中的應(yīng)用　76　
5.4.1　有色可溶性有機(jī)物在海洋中的分布　77　
5.4.2　人為產(chǎn)生的有色可溶性有機(jī)物　77　
5.4.3　有關(guān)有色可溶性有機(jī)物組成的*新成果　78　
5.4.4　水文和生物地球化學(xué)過程對全球海洋有色可溶性有機(jī)物的控制　79　
5.4.5　有色可溶性有機(jī)物與沿海生物地球化學(xué)動力學(xué)　80　
5.5　小結(jié)　80　
5.6　更多資料來源和建議　81　
參考文獻(xiàn)　81　
第6章　海水營養(yǎng)物質(zhì)的光學(xué)評估　88　
6.1　引言　88　
6.2　直接光學(xué)測量　89　
6.2.1　水中硝酸鹽和亞硝酸鹽的吸光度　89　
6.2.2　其他成分的吸光度　89　
6.2.3　水中的吸光度測量　91　
6.2.4　儀器設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)　93　
6.2.5　商業(yè)儀器　94　
6.2.6　未來的發(fā)展　94　
6.3　間接光學(xué)測量　95　
6.3.1　比色法　95　
6.3.2　熒光法　96　
6.3.3　原位測量的注意事項(xiàng)　96　
6.4　小結(jié)　96　
參考文獻(xiàn)　97　
第7章　海洋中的生物發(fā)光　98　
7.1　引言　98　
7.1.1　生物發(fā)光的多樣性　99　
7.1.2　生物發(fā)光的功能作用　101　
7.1.3　海洋生物發(fā)光中的晝夜節(jié)律變化　101　
7.2　海洋中生物發(fā)光的測量　103　
7.2.1　開放和封閉系統(tǒng)　103　
7.2.2　成像方法　107　
7.2.3　海洋中生物發(fā)光的分布　108　
7.3　生物發(fā)光在海洋內(nèi)外的傳播　109　
7.3.1　案例1：輻射傳輸建?！?10　
7.3.2　案例2：經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)源建?！?12　
7.3.3　生態(tài)建?！?16　
7.4　小結(jié)　118　
7.5　致謝　119　
參考文獻(xiàn)　119　
第8章　有害藻華的光學(xué)評估　127　
8.1　引言　127　
8.2　用于生物光學(xué)評估的藻類特征　131　
8.3　藻華監(jiān)測的尺度和分辨率　136　
8.3.1　遙感　136　
8.3.2　原位海洋傳感　144　
8.4　生物光學(xué)傳感器技術(shù)的新進(jìn)展　147　
8.5　業(yè)務(wù)化海洋學(xué)觀測　148　
參考文獻(xiàn)　151　
第9章　海洋環(huán)境中的懸浮沉積物　164　
9.1　引言　164　
9.2　海水中顆粒物的質(zhì)量、密度以及沉降速度　166　
9.3　粒度分布　167　
9.4　顆粒物與湍流　170　
9.5　顆粒物的光散射　173　
9.6　顆粒物對光的吸收　175　
9.7　直接傳感與遙感　177　
9.8　小結(jié)　180　
9.9　更多資料來源和建議　181　
參考文獻(xiàn)　181　
第10章　水下成像的幾何光學(xué)方法和成像策略　185　
10.1　引言　185　
10.2　光學(xué)成像原理　185　
10.2.1　近軸光學(xué)　186　
10.2.2　近軸光學(xué)示意圖　187　
10.2.3　物空間與像空間　187　
10.2.4　透鏡　187　
10.2.5　復(fù)合透鏡系統(tǒng)　188　
10.3　成像光學(xué)　189　
10.3.1　成像公式　189　
10.3.2　放大率　190　
10.3.3　光束限制　192　
10.3.4　景深　193　
10.4　像差與分辨率　199　
10.4.1　色差　199　
10.4.2　球差　200　
10.4.3　畸變　200　
10.4.4　彗差　200　
10.4.5　像散　200　
10.4.6　場曲　201　
10.4.7　像差的整體影響　201　
10.4.8　調(diào)制傳遞函數(shù)　201　
10.5　傳感器　202　
10.5.1　傳感器類型和尺寸　202　
10.5.2　曝光時(shí)間　202　
10.5.3　噪聲　203　
10.5.4　曝光補(bǔ)償　203　
10.6　照明　203　
10.6.1　照明區(qū)域限制　204　
10.6.2　光源　205　
10.7　數(shù)據(jù)和通信　205　
10.7.1　容量評估　205　
10.7.2　數(shù)據(jù)存儲　206　
10.7.3　遙測和能源供給　206　
10.8　小結(jié)　206　
10.9　致謝　207　
參考文獻(xiàn)　207　
第11章　水下成像：攝影、數(shù)字和視頻技術(shù)　209　
11.1　引言　209　
11.2　常規(guī)成像　211　
11.2.1　圖像構(gòu)成和數(shù)字?jǐn)z影　211　
　11.2.2　相機(jī)硬件　213　
11.3　照明　214　
11.4　未來趨勢　216　
11.4.1　計(jì)算攝影　216　
11.4.2　計(jì)算成像和計(jì)算相機(jī)　217　
11.4.3　計(jì)算圖像傳感器　219　
11.4.4　其他新趨勢　219　
參考文獻(xiàn)　221　
第12章　水下全息成像和全息相機(jī)　226　
12.1　引言　226　
12.2　全息成像的概念　227　
12.2.1　全息記錄和重現(xiàn)　227　
12.2.2　同軸全息　228　
12.2.3　同軸全息幾何光路的變化　229　
12.2.4　離軸全息　230　
12.3　電子方式的記錄與再現(xiàn)（數(shù)字全息）　232　
12.3.1　重建數(shù)字全息圖　232　
12.3.2　菲涅耳近似　233　
12.3.3　卷積（角譜）方法　234　
12.3.4　空間頻率的限制　234　
12.3.5　數(shù)據(jù)處理　235　
12.4　水下全息成像中的像差和分辨率　236　
12.5　全息相機(jī)　237　
12.5.1　一種經(jīng)典的照片記錄全息相機(jī)HoloMar　238　
12.5.2　水下數(shù)字全息相機(jī)　240　
12.5.3　eHoloCam系統(tǒng)（Aberdeen大學(xué)）　242　
12.6　未來的趨勢　246　
12.7　小結(jié)　246　
12.8　更多資料來源和建議　246　
12.9　致謝　247　
參考文獻(xiàn)　247　
第13章　水下激光掃描和成像系統(tǒng)　252　
13.1　引言　252　
13.2　激光距離選通系統(tǒng)　253　
13.3　激光線掃描系統(tǒng)　253　
13.3.1　同步掃描：單基地系統(tǒng)　253　
13.3.2　激光線掃描系統(tǒng)：理論　255　
13.3.3　激光線掃描系統(tǒng)：雙錐形掃描鏡　256　
13.3.4　激光線掃描系統(tǒng)：單六角形掃描鏡　258　
13.4　同步掃描：時(shí)間門控成像（脈沖門控激光線掃描系統(tǒng)）　259　
13.5　掃描雙基地成像系統(tǒng)和時(shí)間編碼　261　
13.6　通過調(diào)幅FDMA實(shí)現(xiàn)多基地激光線掃描成像通道　263　
13.7　三維光學(xué)掃描成像系統(tǒng)　264　
13.8　基于頻率變換的光學(xué)掃描成像方法　265　
參考文獻(xiàn)　266　
第14章　應(yīng)用于海洋的激光多普勒測速和粒子圖像測速技術(shù)　271　
14.1　粒子圖像測速介紹　271　
14.1.1　粒子圖像測速的基本概念　271　
14.1.2　粒子圖像測速背景下的圖像匹配　273　
14.1.3　窗口平移　276　
14.1.4　窗口校正技術(shù)　276　
14.1.5　圖像和濾波窗口　277　
14.1.6　數(shù)據(jù)有效性　278　
14.1.7　關(guān)于粒子圖像測速中的錯誤源　279　
14.2　粒子跟蹤測速　280　
14.2.1　粒子識別　281　
14.2.2　粒子匹配　281　
14.3　使用粒子圖像測速和粒子跟蹤測速進(jìn)行多相測量—掩蔽技術(shù)　282　
14.4　合成紋影—密度梯度測量　283　
14.5　激光多普勒測速和相位多普勒測速　284　
14.5.1　激光多普勒測速　284　
14.5.2　相位多普勒測速　285　
14.5.3　折射率差異的影響　286　
14.5.4　邊界層剪切應(yīng)力的測

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精彩書摘

第1章水下光學(xué)簡介
　　光與水及其組成成分的相互作用與海洋環(huán)境中的若干物理、生物和化學(xué)過程有著重要的聯(lián)系。本章介紹的水下光學(xué)是自然科學(xué)和工程科學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域，主要關(guān)注海洋表面下光的利用。本章將向讀者介紹基本輻射量、光學(xué)特性和分類，并為本書提供所需的海洋光學(xué)術(shù)語框架。
　　1.1水體中的光
　　太陽輻射是地球產(chǎn)生生命的前提。它為陸地和海洋提供能量，促使全球大氣和洋流循環(huán)，促進(jìn)光合作用，影響許多生物體的健康和行為。因此，自然水體及其成分也受到光照程度的強(qiáng)烈影響。對光相互作用的整體理解是理解和預(yù)測水生生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境過程的關(guān)鍵要素（Dickey et al.，2011）。此外，與聲一樣，光也是探測水介質(zhì)的主要方法之一（Sanford et al.，2011）。利用光與水成分的相互作用，通過光學(xué)傳感器，可以評估光學(xué)特性的空間、時(shí)間以及光譜變換特性（Daly et al.，2004；Zielinski et al.，2009）。