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金明庚 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118111699

商品编码：15385086078

包装：平装-胶订

出版时间：2017-02-01

基本信息

书名：数字全息显微

定价：79.00元

作者：金明庚

出版社：国防工业出版社

出版日期：2017-02-01

ISBN：9787118111699

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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金明庚*的《数字全息显微》是一部全面介绍数字全息显微理论、相关技术，以及应用成果的专*。
在数字全息显微理论中，描述了传统全息和数字全息的历史、标量衍射、傅里叶光学原理、光学衍射的数值计算等理论。在相关技术中，介绍了零阶像、孪生像及消除方法，相位移动等问题。在系统应用中，讲述了显微和低相干成像技术应用、数字全息定量相位显微，以及低相干源数字全息。
另外书中还介绍了一些超前思想和前沿技术，比如PZT移相数字全息、非线性光学数字全息、彩色数字全息、荧光显微、螺旋相衬显微、锥光数字全息、差分相衬光学相干层析技术等内容，并匹配了示例图片，使读者耳目一新。
相信读者在掌握数字全息显微技术之后，学习其他数字全息技术便可轻易上手，势如破竹。

目录

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章 概述 1.1 传统(模拟)全息 1.2 数字全息 参考文献第2章 衍射光学和博里叶光学 2.1 傅里叶变换和数学背景 2.1.1 一维定义 2.1.2 二维定义 2.1.3 笛卡儿几何学 2.1.4 圆柱几何学 2.1.5 傅里叶变换的基本属性 2.1.6 卷积和相关 2.1.7 一些有用的公式 2.2 标量衍射理论 2.3 2D孔径的衍射 2.3.1 旁轴(菲涅尔)近似 2.3.2 夫琅和费衍射 2.4 角谱的传播 2.5 透镜的传输 2.5.1 透镜实现的傅里叶变换 2.5.2 透镜成像 2.5.3 有限口径的透镜 参考文献第3章 全息原理 3.1 概述 3.2 基本概念 3.2.1 全息公式 3.3 平面波全息 3.4 点源全息 3.4.1 放大倍率 3.4.2 准直参考光束 3.5 全息处理 3.5.1 振幅全息和相位全息 3.5.2 透射全息和反射全息 3.5.3 薄全息和厚全息 3.5.4 全息材料 3.5.5 光折变晶体实现相位共轭 3.5.6 四波混频 3.5.7 光谱烧孔效应 3.5.8 受激光子回波 参考文献第4章 数值衍射的基本方法 4.1 离散傅里叶变换 4.1.1 编程实现傅里叶变换 4.2 菲涅尔变换方法 4.3 惠更斯卷积方法 4.4 角谱方法 4.5 几种方法的比较 参考文献 第5章 数字全息的光机结构 5.1 数字全息成像的基本操作 5.2 数字Gabor全息 5.3 数字共轴全息 5.4 数字像面全息 5.5 数字傅里叶全息 5.6 数字菲涅耳全息参考文献第6章 数字全息的理论研究 6.1 全息图的数字采样 6.2 维格纳分布函数 6.2.1 WDF的基本特性 6.2.2 透镜的傅里叶变换 6.2.3 傅里叶全息 6.2.4 菲涅尔全息 6.2.5 空间一带宽积 6.3 分数阶傅里叶变换 6.4 小波 参考文献 第7章 直流顶和孪生项的抑制 7.1 抑制直流项 7.2 移相方法 7.3 散斑法 7.4 角谱滤波 参考文献 第8章 相移数字全息 8.1 PSDH的基本原理 8.2 减少移相的步数 8.2.1 三步移相法 8.2.2 两步移相法 8.3 未知相位步骤的移相 8.4 相移的具体技术 8.4.1 相移方法 8.4.2 外差数字全息 8.4.3 异步数字全息 8.4.4 同步相移 8.4.5 分数泰伯效应 8.4.6 空间相移 8.5 相移数字全息(PSDH)的误差和噪声 参考文献 第9章 数字全息的数值技术 9.1 数值聚焦 9.1.1 扩展焦点 9.2 像素分辨率控制 9.2.1 补零方法 9.2.2 两步传输方法 9.3 光学相位解包裹 9.4 倾斜平面间的衍射 9.5 像差补偿 参考文献1章 数字全身中的特殊技术 10.1 合成孔径方法 10.2 多平面相位恢复 10.2.1 非迭代方法 10.2.2 迭代方法 10.2.3 相位恢复的其他方法 10.3 动态系统 10.4 降低噪声 10.5 非线性光学 10.5.1 非线性光学材料的成像 10.5.2 非线性光学光束的数字全息 10.6 数字全息的光学参数 10.6.1 彩色数字全息 10.6.2 偏振数字全息 10.6.3 其他波长和粒子 参考文献1章 数字全息显微 11.1 光学显微基础 11.1.1光学结构 11.1.2 放大倍率 11.1.3 分辨率 11.1.4 物镜 11.1.5 眼睛光学系统 11.1.6 相机 11.2 光学显微 11.2.1 亮场显微 11.2.2 暗场显微 11.2.3 泽尼克相衬显微 11.2.4 差分干涉对比 11.2.5 干涉显微 11.2.6 偏振显微 11.2.7 荧光显微 11.2.8 共焦激光扫描显微 11.2.9 多光子激发和非线性光学显微 11.3 数字全息显微 11.3.1 光源 11.3.2 干涉仪 11.3.3 相机 11.3.4 计算机 11.3.5 实例 11.3.6 模拟全息显微与数字全息显微的比较 11.4 DHM法进行的定量相位显微 11.5 细胞显微和其他应用 11.6 DHM的特种技术 11.6.1 全反射数字全息显微 11.6.2 单张全息图中的多模式显微技术 11.6.3 暗场DHM 11.6.4 带有分束立方棱镜的数字全息干涉仪 11.6.5 无透镜片基全息显微 11.7 定量相位显微的其他方法 11.7.1 傅里叶相位显微 11.7.2 希尔伯特H1lbert相位显微 11.7.3 衍射相位显微术 11.7.4 定量DIC 11.7.5 螺旋相衬显微 11.7.6 低相干干涉显微 参考文献2章 低相干和断层扫描(层析)技术 12.1 低相干数字全息显微技术 12.1.1 低相干光源 12.1.2 旋转毛玻璃片 12.1.3 菲涅耳非相干相关全息 12.1.4 消色差条纹系统 12.1.5 三角干涉仪 l2.1.6 锥光全息 12.2 光学扫描全息 12.2.1 光学扫描全息的基本原理 12.2.2 OSH的成像特性 12.2.3 相关技术和应用 12.3 光学相干层析成像 12.3.1 时域OCT 12.3.2 傅里叶域OCT 12.3.3 多普勒OCT 12.3.4 光学相干显微 12.3.5 相位敏感OCT 12.3.6 微分相衬OCT 12.3.7 相位色散显微 12.3.8 相位参考显微 12.4 全场光学相干层析(FFOCT) 12.4.1 FFOCT的原理 12.4.2 FFOCT的技术和应用 12.4.3 飞光数字全息 12.5 数字干涉全息(DIH) 12.5.1 DIH的原理 12.5.2 DIH的相关技术和应用 12.6 层析 12.6.1 光学投影层析 12.6.2 光学衍射层析 12.6.3 全息光学相干成像 12.6.4 浑浊成像参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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探索未知的微观世界：数字光学与先进成像技术前沿 本书聚焦于当今光学成像领域最具突破性的技术进展，深入剖析了数字全息显微技术（DHM）在生命科学、材料科学及无损检测等交叉学科中的应用潜力与前沿发展。 --- 第一章：光波与信息的数字化革命 本章系统回顾了传统光学显微镜的局限性，并引入了数字光学成像作为解决复杂样本三维结构和动态过程研究的必然趋势。我们首先阐述了光波的物理特性，特别是相位信息在生物样本成像中的关键作用。传统方法如暗场、微分干涉相衬（DIC）等需要复杂的预处理或引入伪影。 1.1 傅里叶光学基础回顾： 详细介绍了夫琅禾费衍射理论、像的形成过程，以及傅里叶变换在光学系统分析中的核心地位。这一基础对于理解全息重建的数学模型至关重要。 1.2 数字化成像传感器的演进： 重点探讨了CCD和CMOS传感器在捕获光强度信息方面的性能指标，如量子效率、噪声水平和帧率。随后，引出了采集相位信息的技术瓶颈，为后续引入数字全息技术做铺垫。 1.3 从强度到全信息的获取： 强调了数字成像范式从仅仅记录光强（幅度）向同时记录光强和相位（复振幅）的转变。这一转变是实现非接触式、高灵敏度三维测量的关键。 --- 第二章：数字全息显微技术（DHM）的理论基石 本章深入剖析了数字全息显微技术的核心原理，这是实现高分辨率、高对比度三维成像的关键技术。 2.1 全息术的复兴与数字化： 回顾了加博尔（Gabor）的全息术历史，重点阐述了数字全息与计算全息的区别与联系。阐明了在微观尺度下，如何通过数字化记录物光与参考光束的干涉图案。 2.2 离轴（Off-Axis）与同轴（In-Line）全息的对比： 详细比较了两种主流的数字全息采集配置。离轴技术依赖于高空间频率的干涉条纹，便于傅里叶域分离重建，但对参考光束质量和系统稳定性要求较高；同轴技术则适用于对振幅敏感的样本，但重建时需要更复杂的数字滤波技术来抑制零阶和共轭像。 2.3 核心重建算法：菲涅耳与傅里叶重建： 菲涅耳变换重建（Near-Field）： 适用于物距较短的近场成像，直接利用菲涅耳近似进行波前传播的计算。 傅里叶变换重建（Far-Field）： 当观察距离远大于波长的平方时应用，通过对干涉图进行傅里叶变换，直接提取物体的复振幅信息。 传输矩阵方法： 探讨了更通用的传输矩阵（Transfer Matrix）方法，用于处理非理想介质或复杂光场传播问题。 2.4 相位噪声控制与定量相位成像（QPI）： 详细讨论了环境振动、温度波动和传感器噪声对相位测量的影响。介绍了减噪技术，如时间平均、空间平均，以及如何从原始全息图中准确提取出定量化的光学路径差（OPD）信息。 --- 第三章：DHM系统的硬件设计与优化 本章关注构建高性能数字全息显微系统的工程实现和关键部件的选择。 3.1 光源的选择与控制： 阐述了相干光源（如激光二极管、SLD）在DHM中的重要性。重点分析了光源的线宽（对相干长度的影响）、功率稳定性和空间模式对成像质量的制约。讨论了宽带光源在实现高对比度成像中的优势。 3.2 光学布局与系统集成： 显微物镜的匹配： 讨论了不同数值孔径（NA）物镜对系统分辨率和物场大小的影响，以及如何平衡放大倍数与信息带宽。 参考光束的整形与耦合： 探讨了如何通过扩束器、针孔滤波器和扩束透镜系统，优化参考光的均匀性和角度，以获得清晰的干涉条纹。 3.3 高速采集与实时处理平台： 介绍了高速CMOS相机的应用，以及并行计算架构（如GPU加速）在实现实时全息重建和动态跟踪中的关键作用，这是实现活细胞实时观察的基础。 --- 第四章：DHM在生命科学中的前沿应用 数字全息显微技术以其非标记、高灵敏度的特性，正在深刻改变生物医学研究的面貌。 4.1 无标记活细胞形态与动力学研究： 细胞的干涉散射： 阐述了DHM如何捕获细胞内的折射率变化，从而实现对细胞器、脂滴等亚细胞结构的无创观察。 细胞粘附与迁移分析： 通过高时间分辨率的OPD变化图，定量分析细胞与基质间的相互作用力变化，以及细胞骨架的动态重塑过程。 4.2 血液学与流变学分析： 利用DHM的相位梯度信息，可以测量红细胞的形态变化（如镰状细胞病变），以及在微流控环境下，血液样本的局部粘滞度和流速分布。 4.3 组织工程与三维培养： 讨论了DHM在监测和量化多孔支架内部细胞生长密度和空间分布方面的优势，为组织工程支架的质量控制提供了新工具。 --- 第五章：先进成像模式与未来展望 本章探讨了DHM与其他成像技术的融合，以及未来可能的发展方向。 5.1 耦合多模态成像： 与荧光显微镜的结合（Holo-Fluorescence）： 如何利用DHM提供的高精度结构信息（相位图）来校正荧光显微图像中的像差，或实现结构与分子标记的同步观察。 时间序列全息（4D成像）： 探讨了如何通过深度学习和先进的运动补偿算法，实现对快速生物过程（如细胞分裂、病毒感染）的长期、高精度四维追踪。 5.2 深度学习在全息重建中的应用： 分析了深度卷积神经网络（CNN）在加速重建、抑制噪声、甚至直接从散射光场中恢复物体重建信息（如深度去散射）方面的巨大潜力。 5.3 非线性光学与超分辨率展望： 展望了将DHM技术扩展到非线性光学领域，如二次谐波生成（SHG）或受激拉曼散射（SRS）的全息测量，以期在不牺牲相位敏感性的前提下，获得更高的分子特异性和空间分辨率。 结语： 数字全息显微技术正从实验室概念走向成熟的工具集，它代表了光学成像向全信息捕获和计算驱动成像范式转变的典范。本书旨在为光学工程师、生物物理学家和先进材料研究人员提供坚实的理论基础和前沿的应用视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和纸质手感真是绝佳，拿到手里沉甸甸的，能感受到出版方在细节上的用心。封面设计简洁大气，那种深沉的墨绿色配上烫金的字体，透露出一种古典与现代交融的韵味。我特别喜欢它内页的排版，字体选择非常舒服，字距和行距都拿捏得恰到好处，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更值得称赞的是，这本书的装订工艺非常牢固，即便是频繁翻阅，书脊也没有任何松动的迹象，这对于我这种喜欢把书摊开来细读的读者来说，简直是福音。从实体书的角度来说，它完全达到了我心中“艺术品”的标准。我常常会把一些精美的插图或设计元素当作灵感来源，这本书的视觉呈现部分，无疑是顶尖水准的。每次翻开它，都能唤起一种仪式感，仿佛不是在阅读一本普通的书籍，而是在珍藏一份厚重的文化遗产。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是，这本书的语言风格变化多端，极具实验性和可塑性。在描述宏大场景或历史背景时，作者的用词变得庄重典雅，句式也拉长，营造出史诗般的厚重感；而当场景切换到角色私密的内心独白时，语言又瞬间变得口语化、破碎化，充满了现代人的焦虑和疏离感。这种在不同语域间自由切换的能力，极大地丰富了阅读的层次感。特别是作者偶尔会穿插一些充满哲思的短句，它们像夜空中的流星，乍现即逝，却留下了深刻的思考痕迹。这种语言上的“不拘一格”，让每一次阅读都有新的发现，仿佛在拆解一个精心打磨的语言魔方，每一次组合都有其独特的韵味。

评分☆☆☆☆☆

从主题立意的角度来看，这本书巧妙地将宏大的时代背景与个体命运的渺小与伟大交织在一起，探讨了一个关于“记忆与遗忘”的深刻命题。它没有给出简单的答案，而是通过一系列相互冲突的事件和观点，将这个主题的复杂性摊开在读者面前，引发我们对自身存在意义的深思。它迫使我重新审视那些我曾认为理所当然的事情——比如历史的真相、个人经验的可靠性，乃至时间流逝的单向性。这本书的价值在于，它不仅提供了一个引人入胜的故事，更提供了一个思考的平台，读完后，我感觉自己的思维模式被轻轻地推了一下，获得了更广阔的视角去观察和理解这个世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏把握得堪称一绝，作者显然对故事的张弛有度有着深刻的理解。开篇部分并没有急于抛出所有的线索，而是用一种近乎诗意的笔触，缓慢地铺陈出故事的基调和主要人物的性格侧面。这种“慢热”的开场，初读可能需要一些耐心，但一旦进入状态，便会发现每一个看似不经意的细节，都在为后文的爆发做着精密的铺垫。尤其是在处理几条复杂叙事线索的交织时，作者展现出了高超的调度能力，绝无混乱或牵强之感。高潮部分的描写，更是将情绪推向了顶峰，那种紧张感和压迫感扑面而来，让人几乎无法放下书卷。读完最后一页，那种意犹未尽的回味，正是源于这种被作者牢牢掌控、层层递进的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书在对“情感深度”的挖掘上，展现出了令人惊讶的成熟度。它没有采用那种直白或煽情的叙事方式来刻画人物的内心世界，而是通过人物之间微妙的对话、肢体语言的细微变化，甚至是沉默中蕴含的张力，来体现人物复杂的精神困境和情感纠葛。我印象最深的是对主角面对“抉择”时的内心挣扎的刻画，那种在责任与自由之间摇摆不定的状态，被描绘得入木三分，极其真实可信。读到那些片段时，我甚至能感受到自己也置身于那个两难的境地，产生了强烈的共情。这种不加粉饰、却又直击人心的描写，体现了作者深厚的洞察力和人文关怀，使得整本书不仅仅停留在情节的层面，更上升到了对人性本质的探讨。