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金明庚 著

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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118111699

商品編碼：15385086078

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-02-01

基本信息

書名：數字全息顯微

定價：79.00元

作者：金明庚

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2017-02-01

ISBN：9787118111699

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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金明庚*的《數字全息顯微》是一部全麵介紹數字全息顯微理論、相關技術，以及應用成果的專*。
在數字全息顯微理論中，描述瞭傳統全息和數字全息的曆史、標量衍射、傅裏葉光學原理、光學衍射的數值計算等理論。在相關技術中，介紹瞭零階像、孿生像及消除方法，相位移動等問題。在係統應用中，講述瞭顯微和低相乾成像技術應用、數字全息定量相位顯微，以及低相乾源數字全息。
另外書中還介紹瞭一些超前思想和前沿技術，比如PZT移相數字全息、非綫性光學數字全息、彩色數字全息、熒光顯微、螺鏇相襯顯微、錐光數字全息、差分相襯光學相乾層析技術等內容，並匹配瞭示例圖片，使讀者耳目一新。
相信讀者在掌握數字全息顯微技術之後，學習其他數字全息技術便可輕易上手，勢如破竹。

目錄

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章 概述 1.1 傳統(模擬)全息 1.2 數字全息 參考文獻第2章 衍射光學和博裏葉光學 2.1 傅裏葉變換和數學背景 2.1.1 一維定義 2.1.2 二維定義 2.1.3 笛卡兒幾何學 2.1.4 圓柱幾何學 2.1.5 傅裏葉變換的基本屬性 2.1.6 捲積和相關 2.1.7 一些有用的公式 2.2 標量衍射理論 2.3 2D孔徑的衍射 2.3.1 旁軸(菲涅爾)近似 2.3.2 夫琅和費衍射 2.4 角譜的傳播 2.5 透鏡的傳輸 2.5.1 透鏡實現的傅裏葉變換 2.5.2 透鏡成像 2.5.3 有限口徑的透鏡 參考文獻第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 平麵波全息 3.4 點源全息 3.4.1 放大倍率 3.4.2 準直參考光束 3.5 全息處理 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 光摺變晶體實現相位共軛 3.5.6 四波混頻 3.5.7 光譜燒孔效應 3.5.8 受激光子迴波 參考文獻第4章 數值衍射的基本方法 4.1 離散傅裏葉變換 4.1.1 編程實現傅裏葉變換 4.2 菲涅爾變換方法 4.3 惠更斯捲積方法 4.4 角譜方法 4.5 幾種方法的比較 參考文獻 第5章 數字全息的光機結構 5.1 數字全息成像的基本操作 5.2 數字Gabor全息 5.3 數字共軸全息 5.4 數字像麵全息 5.5 數字傅裏葉全息 5.6 數字菲涅耳全息參考文獻第6章 數字全息的理論研究 6.1 全息圖的數字采樣 6.2 維格納分布函數 6.2.1 WDF的基本特性 6.2.2 透鏡的傅裏葉變換 6.2.3 傅裏葉全息 6.2.4 菲涅爾全息 6.2.5 空間一帶寬積 6.3 分數階傅裏葉變換 6.4 小波 參考文獻 第7章 直流頂和孿生項的抑製 7.1 抑製直流項 7.2 移相方法 7.3 散斑法 7.4 角譜濾波 參考文獻 第8章 相移數字全息 8.1 PSDH的基本原理 8.2 減少移相的步數 8.2.1 三步移相法 8.2.2 兩步移相法 8.3 未知相位步驟的移相 8.4 相移的具體技術 8.4.1 相移方法 8.4.2 外差數字全息 8.4.3 異步數字全息 8.4.4 同步相移 8.4.5 分數泰伯效應 8.4.6 空間相移 8.5 相移數字全息(PSDH)的誤差和噪聲 參考文獻 第9章 數字全息的數值技術 9.1 數值聚焦 9.1.1 擴展焦點 9.2 像素分辨率控製 9.2.1 補零方法 9.2.2 兩步傳輸方法 9.3 光學相位解包裹 9.4 傾斜平麵間的衍射 9.5 像差補償 參考文獻1章 數字全身中的特殊技術 10.1 閤成孔徑方法 10.2 多平麵相位恢復 10.2.1 非迭代方法 10.2.2 迭代方法 10.2.3 相位恢復的其他方法 10.3 動態係統 10.4 降低噪聲 10.5 非綫性光學 10.5.1 非綫性光學材料的成像 10.5.2 非綫性光學光束的數字全息 10.6 數字全息的光學參數 10.6.1 彩色數字全息 10.6.2 偏振數字全息 10.6.3 其他波長和粒子 參考文獻1章 數字全息顯微 11.1 光學顯微基礎 11.1.1光學結構 11.1.2 放大倍率 11.1.3 分辨率 11.1.4 物鏡 11.1.5 眼睛光學係統 11.1.6 相機 11.2 光學顯微 11.2.1 亮場顯微 11.2.2 暗場顯微 11.2.3 澤尼剋相襯顯微 11.2.4 差分乾涉對比 11.2.5 乾涉顯微 11.2.6 偏振顯微 11.2.7 熒光顯微 11.2.8 共焦激光掃描顯微 11.2.9 多光子激發和非綫性光學顯微 11.3 數字全息顯微 11.3.1 光源 11.3.2 乾涉儀 11.3.3 相機 11.3.4 計算機 11.3.5 實例 11.3.6 模擬全息顯微與數字全息顯微的比較 11.4 DHM法進行的定量相位顯微 11.5 細胞顯微和其他應用 11.6 DHM的特種技術 11.6.1 全反射數字全息顯微 11.6.2 單張全息圖中的多模式顯微技術 11.6.3 暗場DHM 11.6.4 帶有分束立方棱鏡的數字全息乾涉儀 11.6.5 無透鏡片基全息顯微 11.7 定量相位顯微的其他方法 11.7.1 傅裏葉相位顯微 11.7.2 希爾伯特H1lbert相位顯微 11.7.3 衍射相位顯微術 11.7.4 定量DIC 11.7.5 螺鏇相襯顯微 11.7.6 低相乾乾涉顯微 參考文獻2章 低相乾和斷層掃描(層析)技術 12.1 低相乾數字全息顯微技術 12.1.1 低相乾光源 12.1.2 鏇轉毛玻璃片 12.1.3 菲涅耳非相乾相關全息 12.1.4 消色差條紋係統 12.1.5 三角乾涉儀 l2.1.6 錐光全息 12.2 光學掃描全息 12.2.1 光學掃描全息的基本原理 12.2.2 OSH的成像特性 12.2.3 相關技術和應用 12.3 光學相乾層析成像 12.3.1 時域OCT 12.3.2 傅裏葉域OCT 12.3.3 多普勒OCT 12.3.4 光學相乾顯微 12.3.5 相位敏感OCT 12.3.6 微分相襯OCT 12.3.7 相位色散顯微 12.3.8 相位參考顯微 12.4 全場光學相乾層析(FFOCT) 12.4.1 FFOCT的原理 12.4.2 FFOCT的技術和應用 12.4.3 飛光數字全息 12.5 數字乾涉全息(DIH) 12.5.1 DIH的原理 12.5.2 DIH的相關技術和應用 12.6 層析 12.6.1 光學投影層析 12.6.2 光學衍射層析 12.6.3 全息光學相乾成像 12.6.4 渾濁成像參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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探索未知的微觀世界：數字光學與先進成像技術前沿 本書聚焦於當今光學成像領域最具突破性的技術進展，深入剖析瞭數字全息顯微技術（DHM）在生命科學、材料科學及無損檢測等交叉學科中的應用潛力與前沿發展。 --- 第一章：光波與信息的數字化革命 本章係統迴顧瞭傳統光學顯微鏡的局限性，並引入瞭數字光學成像作為解決復雜樣本三維結構和動態過程研究的必然趨勢。我們首先闡述瞭光波的物理特性，特彆是相位信息在生物樣本成像中的關鍵作用。傳統方法如暗場、微分乾涉相襯（DIC）等需要復雜的預處理或引入僞影。 1.1 傅裏葉光學基礎迴顧： 詳細介紹瞭夫琅禾費衍射理論、像的形成過程，以及傅裏葉變換在光學係統分析中的核心地位。這一基礎對於理解全息重建的數學模型至關重要。 1.2 數字化成像傳感器的演進： 重點探討瞭CCD和CMOS傳感器在捕獲光強度信息方麵的性能指標，如量子效率、噪聲水平和幀率。隨後，引齣瞭采集相位信息的技術瓶頸，為後續引入數字全息技術做鋪墊。 1.3 從強度到全信息的獲取： 強調瞭數字成像範式從僅僅記錄光強（幅度）嚮同時記錄光強和相位（復振幅）的轉變。這一轉變是實現非接觸式、高靈敏度三維測量的關鍵。 --- 第二章：數字全息顯微技術（DHM）的理論基石 本章深入剖析瞭數字全息顯微技術的核心原理，這是實現高分辨率、高對比度三維成像的關鍵技術。 2.1 全息術的復興與數字化： 迴顧瞭加博爾（Gabor）的全息術曆史，重點闡述瞭數字全息與計算全息的區彆與聯係。闡明瞭在微觀尺度下，如何通過數字化記錄物光與參考光束的乾涉圖案。 2.2 離軸（Off-Axis）與同軸（In-Line）全息的對比： 詳細比較瞭兩種主流的數字全息采集配置。離軸技術依賴於高空間頻率的乾涉條紋，便於傅裏葉域分離重建，但對參考光束質量和係統穩定性要求較高；同軸技術則適用於對振幅敏感的樣本，但重建時需要更復雜的數字濾波技術來抑製零階和共軛像。 2.3 核心重建算法：菲涅耳與傅裏葉重建： 菲涅耳變換重建（Near-Field）： 適用於物距較短的近場成像，直接利用菲涅耳近似進行波前傳播的計算。 傅裏葉變換重建（Far-Field）： 當觀察距離遠大於波長的平方時應用，通過對乾涉圖進行傅裏葉變換，直接提取物體的復振幅信息。 傳輸矩陣方法： 探討瞭更通用的傳輸矩陣（Transfer Matrix）方法，用於處理非理想介質或復雜光場傳播問題。 2.4 相位噪聲控製與定量相位成像（QPI）： 詳細討論瞭環境振動、溫度波動和傳感器噪聲對相位測量的影響。介紹瞭減噪技術，如時間平均、空間平均，以及如何從原始全息圖中準確提取齣定量化的光學路徑差（OPD）信息。 --- 第三章：DHM係統的硬件設計與優化 本章關注構建高性能數字全息顯微係統的工程實現和關鍵部件的選擇。 3.1 光源的選擇與控製： 闡述瞭相乾光源（如激光二極管、SLD）在DHM中的重要性。重點分析瞭光源的綫寬（對相乾長度的影響）、功率穩定性和空間模式對成像質量的製約。討論瞭寬帶光源在實現高對比度成像中的優勢。 3.2 光學布局與係統集成： 顯微物鏡的匹配： 討論瞭不同數值孔徑（NA）物鏡對係統分辨率和物場大小的影響，以及如何平衡放大倍數與信息帶寬。 參考光束的整形與耦閤： 探討瞭如何通過擴束器、針孔濾波器和擴束透鏡係統，優化參考光的均勻性和角度，以獲得清晰的乾涉條紋。 3.3 高速采集與實時處理平颱： 介紹瞭高速CMOS相機的應用，以及並行計算架構（如GPU加速）在實現實時全息重建和動態跟蹤中的關鍵作用，這是實現活細胞實時觀察的基礎。 --- 第四章：DHM在生命科學中的前沿應用 數字全息顯微技術以其非標記、高靈敏度的特性，正在深刻改變生物醫學研究的麵貌。 4.1 無標記活細胞形態與動力學研究： 細胞的乾涉散射： 闡述瞭DHM如何捕獲細胞內的摺射率變化，從而實現對細胞器、脂滴等亞細胞結構的無創觀察。 細胞粘附與遷移分析： 通過高時間分辨率的OPD變化圖，定量分析細胞與基質間的相互作用力變化，以及細胞骨架的動態重塑過程。 4.2 血液學與流變學分析： 利用DHM的相位梯度信息，可以測量紅細胞的形態變化（如鐮狀細胞病變），以及在微流控環境下，血液樣本的局部粘滯度和流速分布。 4.3 組織工程與三維培養： 討論瞭DHM在監測和量化多孔支架內部細胞生長密度和空間分布方麵的優勢，為組織工程支架的質量控製提供瞭新工具。 --- 第五章：先進成像模式與未來展望 本章探討瞭DHM與其他成像技術的融閤，以及未來可能的發展方嚮。 5.1 耦閤多模態成像： 與熒光顯微鏡的結閤（Holo-Fluorescence）： 如何利用DHM提供的高精度結構信息（相位圖）來校正熒光顯微圖像中的像差，或實現結構與分子標記的同步觀察。 時間序列全息（4D成像）： 探討瞭如何通過深度學習和先進的運動補償算法，實現對快速生物過程（如細胞分裂、病毒感染）的長期、高精度四維追蹤。 5.2 深度學習在全息重建中的應用： 分析瞭深度捲積神經網絡（CNN）在加速重建、抑製噪聲、甚至直接從散射光場中恢復物體重建信息（如深度去散射）方麵的巨大潛力。 5.3 非綫性光學與超分辨率展望： 展望瞭將DHM技術擴展到非綫性光學領域，如二次諧波生成（SHG）或受激拉曼散射（SRS）的全息測量，以期在不犧牲相位敏感性的前提下，獲得更高的分子特異性和空間分辨率。 結語： 數字全息顯微技術正從實驗室概念走嚮成熟的工具集，它代錶瞭光學成像嚮全信息捕獲和計算驅動成像範式轉變的典範。本書旨在為光學工程師、生物物理學傢和先進材料研究人員提供堅實的理論基礎和前沿的應用視野。

評分☆☆☆☆☆

不得不提的是，這本書的語言風格變化多端，極具實驗性和可塑性。在描述宏大場景或曆史背景時，作者的用詞變得莊重典雅，句式也拉長，營造齣史詩般的厚重感；而當場景切換到角色私密的內心獨白時，語言又瞬間變得口語化、破碎化，充滿瞭現代人的焦慮和疏離感。這種在不同語域間自由切換的能力，極大地豐富瞭閱讀的層次感。特彆是作者偶爾會穿插一些充滿哲思的短句，它們像夜空中的流星，乍現即逝，卻留下瞭深刻的思考痕跡。這種語言上的“不拘一格”，讓每一次閱讀都有新的發現，仿佛在拆解一個精心打磨的語言魔方，每一次組閤都有其獨特的韻味。

評分☆☆☆☆☆

這本書在對“情感深度”的挖掘上，展現齣瞭令人驚訝的成熟度。它沒有采用那種直白或煽情的敘事方式來刻畫人物的內心世界，而是通過人物之間微妙的對話、肢體語言的細微變化，甚至是沉默中蘊含的張力，來體現人物復雜的精神睏境和情感糾葛。我印象最深的是對主角麵對“抉擇”時的內心掙紮的刻畫，那種在責任與自由之間搖擺不定的狀態，被描繪得入木三分，極其真實可信。讀到那些片段時，我甚至能感受到自己也置身於那個兩難的境地，産生瞭強烈的共情。這種不加粉飾、卻又直擊人心的描寫，體現瞭作者深厚的洞察力和人文關懷，使得整本書不僅僅停留在情節的層麵，更上升到瞭對人性本質的探討。

評分☆☆☆☆☆

從主題立意的角度來看，這本書巧妙地將宏大的時代背景與個體命運的渺小與偉大交織在一起，探討瞭一個關於“記憶與遺忘”的深刻命題。它沒有給齣簡單的答案，而是通過一係列相互衝突的事件和觀點，將這個主題的復雜性攤開在讀者麵前，引發我們對自身存在意義的深思。它迫使我重新審視那些我曾認為理所當然的事情——比如曆史的真相、個人經驗的可靠性，乃至時間流逝的單嚮性。這本書的價值在於，它不僅提供瞭一個引人入勝的故事，更提供瞭一個思考的平颱，讀完後，我感覺自己的思維模式被輕輕地推瞭一下，獲得瞭更廣闊的視角去觀察和理解這個世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和紙質手感真是絕佳，拿到手裏沉甸甸的，能感受到齣版方在細節上的用心。封麵設計簡潔大氣，那種深沉的墨綠色配上燙金的字體，透露齣一種古典與現代交融的韻味。我特彆喜歡它內頁的排版，字體選擇非常舒服，字距和行距都拿捏得恰到好處，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。更值得稱贊的是，這本書的裝訂工藝非常牢固，即便是頻繁翻閱，書脊也沒有任何鬆動的跡象，這對於我這種喜歡把書攤開來細讀的讀者來說，簡直是福音。從實體書的角度來說，它完全達到瞭我心中“藝術品”的標準。我常常會把一些精美的插圖或設計元素當作靈感來源，這本書的視覺呈現部分，無疑是頂尖水準的。每次翻開它，都能喚起一種儀式感，仿佛不是在閱讀一本普通的書籍，而是在珍藏一份厚重的文化遺産。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得堪稱一絕，作者顯然對故事的張弛有度有著深刻的理解。開篇部分並沒有急於拋齣所有的綫索，而是用一種近乎詩意的筆觸，緩慢地鋪陳齣故事的基調和主要人物的性格側麵。這種“慢熱”的開場，初讀可能需要一些耐心，但一旦進入狀態，便會發現每一個看似不經意的細節，都在為後文的爆發做著精密的鋪墊。尤其是在處理幾條復雜敘事綫索的交織時，作者展現齣瞭高超的調度能力，絕無混亂或牽強之感。高潮部分的描寫，更是將情緒推嚮瞭頂峰，那種緊張感和壓迫感撲麵而來，讓人幾乎無法放下書捲。讀完最後一頁，那種意猶未盡的迴味，正是源於這種被作者牢牢掌控、層層遞進的閱讀體驗。