水下光学与成像9787030709578
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作者(英)约翰·沃森(John Watson)，(德)奥利弗·杰林斯基(Oliver Zielinski)编著
出版社科学出版社
ISBN9787030709578
出版时间2023-03
装帧平装
开本16开
定价248元
货号12403757
上书时间2024-12-18
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目录
第1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?天然水体的光学性质?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?
参考文献?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?
参考文献?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色彩?27?
3.3?蓝色反射和绿色透射?32?
3.4?卡普里蓝洞的原理?36?
3.5?历史上的实验室设备?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、白粉末（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射光颜色（1880）?43?
3.5.9?博厄斯吸收实验（1881）?43?
3.6?历史上的现场测量设备?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?海色比较仪?49?
3.7.1?Forel-Ule水色计（1892）?49?
3.7.2?洛伦兹矿物色标（1898）?50?
3.7.3?雷德国际色标（1898）?51?
3.8?小结?51?
3.9?记录与思考?52?
参考文献?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射测量?57?
4.2?辐射度量学的基本原理?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、噪声水平和时间响应?61?
4.5?辐射计的校正和部署?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性?64?
4.8?小结?65?
参考文献?65?
第5章?海水中的有色可溶性有机物?69?
5.1?引言?69?
5.1.1?有色可溶性有机物简介?69?
5.1.2?有色可溶性有机物的重要性?70?
5.2?有色可溶性有机物的光学特性?71?
5.2.1?吸光度?71?
5.2.2?荧光?72?
5.3?有色可溶性有机物的测量?74?
5.3.1?采样污染和仪器校准?74?
5.3.2?有色可溶性有机物分析仪器?75?
5.3.3?数据分析与处理?76?
5.4?有色可溶性有机物测量在海洋中的应用?76?
5.4.1?有色可溶性有机物在海洋中的分布?77?
5.4.2?人为产生的有色可溶性有机物?77?
5.4.3?有关有色可溶性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色可溶性有机物的控制?79?
5.4.5?有色可溶性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?
参考文献?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?水中硝酸盐和亚硝酸盐的吸光度?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?比色法?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?
参考文献?97?
第7章?海洋中的生物发光?98?
7.1?引言?98?
7.1.1?生物发光的多样性?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：辐射传输建模?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?
参考文献?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?
参考文献?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?颗粒物的光散射?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?
参考文献?181?
第10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?光学成像原理?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?色差?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?
参考文献?207?
第11章?水下成像：摄影、数字和视频技术?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?
参考文献?221?
第12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?
参考文献?247?
第13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?
参考文献?266?
第14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?窗口平移?276?
14.1.4?窗口校正技术?276?
14.1.5?图像和滤波窗口?277?
14.1.6?数据有效性?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?折射率差异的影响?286?
14.5.4?边界层剪切应力的测量?286?
14.6?致谢?286?
参考文献?286?
第15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?性能评估?296?
15.3?水下三角测量系统?297?
15.3.1?基本原理与方法?297?
15.3.2?系统性能?300?
15.4?水下调制/解调技术?302?
15.4.1?基本原理?302?
15.4.2?系统性能?304?
15.5?水下飞行时间系统?306?
15.5.1?基本原理?307?
15.5.2?系统性能?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?
参考文献?313?
第16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?海洋拉曼光谱仪的要求?319?
16.4.1?拉曼光谱仪激光光源的选择?320?
16.4.2?拉曼光谱仪光学平台的选择?321?
16.4.3?拉曼光谱仪的光学探头选择?322?
16.4.4?光学探头光缆?323?
16.4.5?拉曼光谱仪的深海应用测试?325?
16.5?拉曼光谱仪在深海的应用操作?325?
16.6?深海原位拉曼光谱的应用?327?
16.6.1?原位固体的拉曼光谱?327?
16.6.2?原位液体的拉曼光谱?328?
16.6.3?原位气体的拉曼光谱?329?
16.6.4?天然气水合物的拉曼光谱?329?
16.7?深海拉曼光谱技术的进展?330?
16.7.1?基于拉曼光谱的盐度和温度测定?330?
16.7.2?提高原位拉曼光谱灵敏度的方法?330?
16.8?小结?331?
16.9?致谢?331?
参考文献?331?
第17章?应用于水下结构健康监测的光纤传感器?334?
17.1?引言?334?
17.2?结构健康监测?334?
17.3?基于结构健康监测的光纤传感器?337?
17.3.1?光纤传感器概述?337?
17.3.2?非本征法布里-珀罗干涉传感器?338?
17.3.3?本征（萨尼亚克、迈克耳孙和马赫-曾德尔）干涉传感器?339?
17.3.4?光纤布拉格光栅传感器?340?
17.3.5?基于瑞利、布里渊和拉曼散射的分布式传感器?341?
17.3.6?评述?344?
17.4?使用光纤传感器的结构监测和完整性监测的方法?345?
17.4.1?按测量长度划分光纤应变传感器?345?
17.4.2?长距离传感器和结构监测?347?
17.4.3?分布式传感器和完整性监测?349?
17.5?与水下应用有关的挑战?351?
17.5.1?总论?351?
17.5.2?用于深水应用的光纤应变传感器的发展实例?352?
17.5.3?小结?356?
17.6?未来的趋势?356?
17.7?更多资料来源和建议?357?
17.8?致谢?358?
参考文献?358?
第18章?水下激光雷达系统?363?
18.1?引言?363?
18.2?利用激光雷达探索海洋垂直结构?365?
18.3?利用激光雷达量化海洋垂直结构?366?
18.4?研究举例：采用激光雷达解析海洋生物地球化学?371?
18.5?未来的趋势?372?
18.6?小结?372?
18.7?更多资料来源和建议?373?
18.8?致谢?373?
参考文献?373?
第19章?多参数水下观测平台?376?
19.1?引言?376?
19.2?一般水下研究的基础设施?377?
19.2.1?水下研究基础设施的主要特征?377?
19.2.2?水下和岸基站的特点?378?
19.3?网络架构、控制系统和数据管理?379?
19.3.1?网络技术?380?
19.3.2?海洋节点控制系统?381?
19.3.3?数据采集与同步?382?
19.3.4?数据管理?382?
19.4?光学和图像传感器在水下基础设施中的应用?384?
19.4.1?应用于水下基础设施的图像和视觉传感器?384?
19.4.2?水下基础设施中用于测量水体光学特性的光学传感器?385?
19.4.3?系统运行的挑战?386?
19.4.4?生物污染?386?
19.5?小结?388?
参考文献?388?
第20章?利用水下高光谱图像创建海底特性的生物地球化学地图?391?
20.1?引言?391?
20.2?水下高光谱成像（UHI）技术?392?
20.2.1?UHI的优点和解决方案?392?
20.2.2?光学指纹?396?
20.3?不同水下平台上的高光谱成像仪?397?
20.3.1?部署在遥控无人潜水器上的水下高光谱成像仪?397?
20.3.2?部署在自主式水下潜水器上的水下高光谱成像仪?398?
20.4?传感器和航行要求?399?
20.4.1?水下高光谱成像的传感器要求?399?
20.4.2?影像配准和导航?400?
20.5?高光谱图像处理?402?
20.5.1?水体的光学特性?402?
20.5.2?水下高光谱图像的光学校正?403?
20.5.3?光学分类算法?407?
20.6?水下高光谱成像仪在海底生物地球化学测绘中的应用?408?
20.6.1?生物地球化学感兴趣目标（OOI）测绘?408?
20.6.2?海底基质和化学成分的测绘?409?
20.6.3?用于海洋采矿的UHI?411
20.7?致谢?411?
参考文献?412?
第21章?水下荧光测量的进展：从体积荧光到平面激光成像?417?
21.1?引言?417?
21.2?平面激光成像荧光法及其深远海应用?419?
21.3?浮游植物观测系统：大型硅藻的原位成像以及实验室版本的微型平面激光成像荧光计?421?
21.3.1?利用水下成像系统对硅藻层的现场观测?421?
21.3.2?便携式平面激光成像荧光测定系统（MIN
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