水下光学与成像

图书标准信息

• 作者 [英]约翰·沃森 编著；刘兆军 译
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2023-04
• 版次 31
• ISBN 9787030709578
• 定价 248.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 页数 452页
• 字数 569千字

【内容简介】

本书对水下光学与成像的关键原理、技术及其应用进行了综述。全书分为三个部分共21章。第一部分主要介绍了水下光学和成像技术，以及海洋光学和色彩研究的发展史。第二部分综述了水下光学在环境分析中的应用，介绍了水下光场的概念、水体中有色可溶性有机物和其他营养物质的评估方法、水下生物发光特性以及有害藻华等对水体的影响，还总结了用于研究海洋环境中悬浮沉积物、湍流和混合物的光学技术。第三部分回顾了光学成像的基本原理，介绍了几种典型的水下成像技术，如数字全息、激光线扫描、流速测量、三维成像等，还概述了拉曼光谱、光纤传感、水下激光雷达、水下高光谱成像、水下荧光测量技术等在海洋观测、环境保护和资源开发等方面的应用。

【目录】

章 水下光学简介 1 

1.1 水体中的光 1 

1.2 海洋光学基础 1 

1.3 天然水体的光学质 5 

1.4 水体的光学分类 7 

1.5 小结 8 

1.6 更多资料来源和建议 9 

参文献 10 

第2章 水下成像与视觉简介 12 

2.1 引言 12 

2.2 水下成像和视觉史节选 13 

2.3 水下光学成像 15 

2.4 视距扩展成像系统 17 

2.5 浮游生物成像和剖面系统 19 

2.6 混合系统 20 

2.7 小结 21 

2.8 更多资料来源和建议 22 

参文献 22 

第3章 水下光学史 26 

3.1 引言 26 

3.2 探索天然水体的神秘彩 27 

3.3 蓝反和绿透 32 

3.4 卡普里蓝洞的 36 

3.5 历的实验室设备 39 

3.5.1 本生筒（1847） 39 

3.5.2 贝兹镜盒（1862） 40 

3.5.3 索雷特玻璃筒（1869） 41 

3.5.4 凯瑟管（1873） 41 

3.5.5 普鲁士蓝、末（1882） 41 

3.5.6 艾特肯管（1880） 42 

3.5.7 博厄斯水荧光测定管（1880） 42 

3.5.8 博厄斯管测定水的透光（1880） 43 

3.5.9 博厄斯吸收实验（1881） 43 

3.6 历的现场测量设备 44 

3.6.1 阿拉戈棱镜 45 

3.6.2 贝茨金属管（1862） 45 

3.6.3 博厄斯管（1880） 46 

3.6.4 索雷特伸缩管（1869） 46 

3.6.5 艾特肯金属管（1880） 47 

3.7 海比较仪 49 

3.7.1 forel-ule水计（1892） 49 

3.7.2 洛伦兹矿物标（1898） 50 

3.7.3 雷德国际标（1898） 51 

3.8 小结 51 

3.9 记录与思 52 

参文献 53 

第4章 水下光场的高光谱测量 57 

4.1 高光谱与多光谱的辐测量 57 

4.2 辐度量学的基本 58 

4.3 传感器设计和光收集器几何结构 59 

4.4 光谱分辨率、噪声水和时间响应 61 

4.5 辐计的校正和部署 62 

4.6 天然水体的高光谱特征 62 

4.7 光谱转换过程的重要 64 

4.8 小结 65 

参文献 65 

第5章 海水中的有可溶有机物 69 

5.1 引言 69 

5.1.1 有可溶有机物简介 69 

5.1.2 有可溶有机物的重要 70 

5.2 有可溶有机物的光学特 71 

5.2.1 吸光度 71 

5.2.2 荧光 72 

5.3 有可溶有机物的测量 74 

5.3.1 采样污染和仪器校准 74 

5.3.2 有可溶有机物分析仪器 75 

5.3.3 数据分析与处理 76 

5.4 有可溶有机物测量在海洋中的应用 76 

5.4.1 有可溶有机物在海洋中的分布 77 

5.4.2 人为产生的有可溶有机物 77 

5.4.3 有关有可溶有机物组成的近期新成果 78 

5.4.4 水文和生物地球化学过程对全球海洋有可溶有机物的控制 79 

5.4.5 有可溶有机物与沿海生物地球化学动力学 80 

5.5 小结 80 

5.6 更多资料来源和建议 81 

参文献 81 

第6章 海水营养物质的光学评估 88 

6.1 引言 88 

6.2 直接光学测量 89 

6.2.1 水中盐和亚盐的吸光度 89 

6.2.2 其他成分的吸光度 89 

6.2.3 水中的吸光度测量 91 

6.2.4 仪器设计的注意事项 93 

6.2.5 商业仪器 94 

6.2.6 未来的发展 94 

6.3 间接光学测量 95 

6.3.1 比法 95 

6.3.2 荧光法 96 

6.3.3 原位测量的注意事项 96 

6.4 小结 96 

参文献 97 

第7章 海洋中的生物发光 98 

7.1 引言 98 

7.1.1 生物发光的多样 99 

7.1.2 生物发光的功能作用 101 

7.1.3 海洋生物发光中的昼夜节律变化 101 

7.2 海洋中生物发光的测量 103 

7.2.1 开放和封闭系统 103 

7.2.2 成像方法 107 

7.2.3 海洋中生物发光的分布 108 

7.3 生物发光在海洋内外的传播 109 

7.3.1 案例1：辐传输建模 110 

7.3.2 案例2：经验点源建模 112 

7.3.3 生态建模 116 

7.4 小结 118 

7.5 致谢 119 

参文献 119 

第8章 有害藻华的光学评估 127 

8.1 引言 127 

8.2 用于生物光学评估的藻类特征 131 

8.3 藻华监测的尺度和分辨率 136 

8.3.1 遥感 136 

8.3.2 原位海洋传感 144 

8.4 生物光学传感器技术的新进展 147 

8.5 业务化海洋学观测 148 

参文献 151 

第9章 海洋环境中的悬浮沉积物 164 

9.1 引言 164 

9.2 海水中颗粒物的质量、密度以及沉降速度 166 

9.3 粒度分布 167 

9.4 颗粒物与湍流 170 

9.5 颗粒物的光散 173 

9.6 颗粒物对光的吸收 175 

9.7 直接传感与遥感 177 

9.8 小结 180 

9.9 更多资料来源和建议 181 

参文献 181 

0章 水下成像的几何光学方法和成像策略 185 

10.1 引言 185 

10.2 光学成像 185 

10.2.1 近轴光学 186 

10.2.2 近轴光学示意图 187 

10.2.3 物空间与像空间 187 

10.2.4 透镜 187 

10.2.5 复合透镜系统 188 

10.3 成像光学 189 

10.3.1 成像公式 189 

10.3.2 放大率 190 

10.3.3 光束 192 

10.3.4 景深 193 

10.4 像差与分辨率 199 

10.4.1 差 199 

10.4.2 球差 200 

10.4.3 畸变 200 

10.4.4 彗差 200 

10.4.5 像散 200 

10.4.6 场曲 201 

10.4.7 像差的整体影响 201 

10.4.8 调制传递函数 201 

10.5 传感器 202 

10.5.1 传感器类型和尺寸 202 

10.5.2 曝光时间 202 

10.5.3 噪声 203 

10.5.4 曝光补偿 203 

10.6 照明 203 

10.6.1 照明区域 204 

10.6.2 光源 205 

10.7 数据和通信 205 

10.7.1 容量评估 205 

10.7.2 数据存储 206 

10.7.3 遥测和能源供给 206 

10.8 小结 206 

10.9 致谢 207 

参文献 207 

1章 水下成像：摄影、数字和技术 209 

11.1 引言 209 

11.2 常规成像 211 

11.2.1 图像构成和数字摄影 211 

 11.2.2 相机硬件 213 

11.3 照明 214 

11.4 未来趋势 216 

11.4.1 计算摄影 216 

11.4.2 计算成像和计算相机 217 

11.4.3 计算图像传感器 219 

11.4.4 其他新趋势 219 

参文献 221 

2章 水下全息成像和全息相机 226 

12.1 引言 226 

12.2 全息成像的概念 227 

12.2.1 全息记录和重现 227 

12.2.2 同轴全息 228 

12.2.3 同轴全息几何光路的变化 229 

12.2.4 离轴全息 230 

12.3 电子方式的记录与再现（数字全息） 232 

12.3.1 重建数字全息图 232 

12.3.2 菲涅耳近似 233 

12.3.3 卷积（角谱）方法 234 

12.3.4 空间频率的 234 

12.3.5 数据处理 235 

12.4 水下全息成像中的像差和分辨率 236 

12.5 全息相机 237 

12.5.1 一种经典的照片记录全息相机holomar 238 

12.5.2 水下数字全息相机 240 

12.5.3 eholocam系统（aberdeen大学） 242 

12.6 未来的趋势 246 

12.7 小结 246 

12.8 更多资料来源和建议 246 

12.9 致谢 247 

参文献 247 

3章 水下激光扫描和成像系统 252 

13.1 引言 252 

13.2 激光距离选通系统 253 

13.3 激光线扫描系统 253 

13.3.1 同步扫描：单基地系统 253 

13.3.2 激光线扫描系统：理论 255 

13.3.3 激光线扫描系统：双锥形扫描镜 256 

13.3.4 激光线扫描系统：单六角形扫描镜 258 

13.4 同步扫描：时间门控成像（脉冲门控激光线扫描系统） 259 

13.5 扫描双基地成像系统和时间编码 261 

13.6 通过调幅fdma实现多基地激光线扫描成像通道 263 

13.7 三维光学扫描成像系统 264 

13.8 基于频率变换的光学扫描成像方法 265 

参文献 266 

4章 应用于海洋的激光多普勒测速和粒子图像测速技术 271 

14.1 粒子图像测速介绍 271 

14.1.1 粒子图像测速的基本概念 271 

14.1.2 粒子图像测速背景下的图像匹配 273 

14.1.3 窗移 276 

14.1.4 窗校正技术 276 

14.1.5 图像和滤波窗 277 

14.1.6 数据有效 278 

14.1.7 关于粒子图像测速中的错误源 279 

14.2 粒子跟踪测速 280 

14.2.1 粒子识别 281 

14.2.2 粒子匹配 281 

14.3 使用粒子图像测速和粒子跟踪测速进行多相测量—掩蔽技术 282 

14.4 合成纹影—密度梯度测量 283 

14.5 激光多普勒测速和相位多普勒测速 284 

14.5.1 激光多普勒测速 284 

14.5.2 相位多普勒测速 285 

14.5.3 折率差异的影响 286 

14.5.4 边界层剪切应力的测量 286 

14.6 致谢 286 

参文献 286 

5章 水下三维视觉、测距和距离选通 293 

15.1 引言 293 

15.2 水下激光三维视觉基础 294 

15.2.1 构建应用 294 

 15.2.2 海水作为噪声信道 295 

15.2.3 能评估 296 

15.3 水下三角测量系统 297 

15.3.1 基本与方法 297 

15.3.2 系统能 300 

15.4 水下调制/解调技术 302 

15.4.1 基本 302 

15.4.2 系统能 304 

15.5 水下飞行时间系统 306 

15.5.1 基本 307 

15.5.2 系统能 308 

15.6 水下距离选通 310 

15.7 小结 312 

15.8 更多资料来源和建议 313 

15.9 致谢 313 

参文献 313 

6章 拉曼光谱在水下的应用 316 

16.1 引言 316 

16.2 拉曼效应简史 317 

16.3 拉曼光谱物理学 318 

16.4&ems