全新正版水下光学与成像9787030709578科学出版社

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?

.?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?蓝色反和绿色透?32?

3.4?卡普里蓝洞的原理?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色（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测量?57?

4.2?辐度量学的基本原理?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?

参考文献?65?

第5章?海的有可溶有机物?69?

5.1?引言?69?

5.1.1?有色可溶有机物简介?69?

5.1.2?有色可溶有机物的重要?70?

5.2?有色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?有色可溶有机物的测量?74?

5.3.1?采样污染和仪器校准?74?

5.3.2?有色可溶有机物分析仪器?75?

5.3.3?数据分析与处理?76?

5.4?有色可溶有机物测量在海洋中的应用?76?

5.4.1?有色可溶有机物在海洋中的分布?77?

5.4.2?人为产生的有色可溶有机物?77?

5.4.3?有关有色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色可溶有机物的控制?79?

5.4.5?有色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?成分的吸光度?89?

6..?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?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..?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?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?

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?光学成像原理?185?

10.2.1?近轴光学?186?

10.2.2?近轴光学示意图?187?

10..?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?

1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?新趋势?219?

参考文献?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..?同轴全息几何光路的变化?229?

12.2.4?离轴全息?0?

1.?方式的记录与再现（数字全息）?2?

1..1?重建数字全息图?2?

1..2?菲涅耳近似??

1..?卷积（角谱）方法?4?

1..4?空间频率的?4?

1..5?数据处理?5?

12.4?水下全息成像中的像差和分辨率??

12.5?全息相机??

12.5.1?一种经典的照片记录全息相机HoloMar??

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?

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?

参考文献?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?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?

参考文献?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..?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?

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?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?3?

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?

7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?

8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?

9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的物地球化学地图?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?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?

2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（MINI-PLIF）

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。《水下光学与成像》分为三个部分共21章。部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、体有可溶有机物和营养物质的评估方法、水下生物发光特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。