液晶基多模控光成像探测

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作者：张新宇,佟庆,雷宇,信钊炜

出版社：华中科技大学出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 航空、航天

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ISBN：9787568037778
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：365
出版时间：2021-09-01
条形码：9787568037778 ; 978-7-5680-3777-8

本书特色

本书总结了作者及其研究团队过去10余年，针对可见光和红外谱域的微纳控光成像探测，开展新的成像方法、微纳结构设计、液晶微光学光电结构工艺制作等方面的部分研究工作。针对提高复杂背景环境与目标的成像探测、识别和可视化能力，通过将电控液晶微纳光学结构与光敏阵列耦合，构造芯片级控光的智能化焦平面光电成像器件和小型化多模控光成像探测架构，主要涉及液晶基多模控光焦平面光电成像方法和关键技术方面的内容。通过与光敏阵列耦合的液晶微纳控光结构，测调成像压缩光场参量，包括：波前、波矢、偏振和能流，实现快速控光干预成像光场能流压缩形态构建与阵列化光电转换的成像探测效能增强与扩展。在解决关键问题诸如：光波参量和模态测调与成像探测效能间的递推性制约属性，液晶基多模控光参数体系构建，图案化电极激励、调变阵列化微纳空间电场的光波参量和模态协同，构建小型化液晶焦平面光电成像探测架构等基础上，达到下述目标：（一）获得液晶基多模控光焦平面光电成像方法和关键技术；（二）建立基于光波参量芯片级测调的焦平面光电成像器件与微纳控光结构的设计、工艺和参数体系；（三）为多模控光先进成像探测技术应用提供方法和技术支撑。

内容简介

本书共十二章：章综述了焦平面成像探测技术的发展现状和趋势；第二章讨论了电控液晶微光学结构包括微透镜阵列的基本特征；第三章分析了液晶基波前成像探测的基本属性；第四章研究了基于波前成像的景深扩展基本问题；第五章主要开展了基于波前成像的物空间深度测量方法研究；第六章论述了液晶基光场成像探测的基本属性与特征；第七章主要进行了基于电调光场成像的运动参数测量方面的关键问题；第八章主要针对液晶基光场与平面一体化成像问题开展基础性研究；第九章主要涉及红外光场成像用石墨烯基电控液晶微透镜阵列的基本特性；第十章讨论了液晶基偏振成像探测的基本属性与特征；第十一章论述了基于扭曲向列相液晶的偏振光场成像属性基本问题；第十二章主要开展了石墨烯基电控液晶微透镜与偏振光场成像方面的基础方法研究。

第1章绪论(1)
1.1焦平面成像探测(1)
1.2控制成像探测的光波参量(8)
第2章电控液晶微透镜阵列(12)
2.1引言(12)
2.2液晶的基本物性(12)
2.2.1液晶类型(12)
2.2.2序参数(14)
2.2.3介电各向异性(14)
2.2.4液晶双折射(15)
2.2.5黏滞系数(16)
2.2.6弹性连续体理论(16)
2.2.7边界效应(18)
2.3功能化液晶的指向矢计算(19)
2.3.1迭代方程组数值化(24)
2.3.2边界条件(24)
2.3.3程序流程图(25)
2.3.4仿真架构(26)
2.4电控液晶微光学结构(44)
2.5电控液晶透镜与微透镜(50)
2.5.1研究进展情况(50)
2.5.2典型属性与特征(58)
2.6小结(62)
第3章液晶基波前成像探测(64)
3.1引言(64)
3.2局域子波前测量与目标波前还原(64)
3.2.1SH波前测量法(65)
3.2.2液晶基波前成像测量法(66)
3.3用于波前测量的面阵电控液晶微透镜(67)
3.4谱图像的分解与融合(70)
3.5液晶基波前成像(82)
3.6小结(84)
第4章基于波前成像的景深扩展(85)
4.1引言(85)
4.2波前成像中的图像模糊问题(85)
4.3液晶基波前成像景深特征(88)
4.4基于电控液晶微透镜扩展波前成像景深(92)
4.5小结(112)
第5章基于波前成像的物空间深度测量(113)
5.1引言(113)
5.2波前成像物空间深度不敏感性(113)
5.3基于液晶基波前成像的物空间深度测量(118)
5.3.1液晶基波前光学成像探测系统测量物空间深度(118)
5.3.2基于Sobel梯度算子评估图像清晰度(120)
5.4物空间深度标定与评估(121)
5.4.1物空间深度标定(121)
5.4.2物空间深度测量评估(132)
5.5小结(133)
第6章液晶基光场成像探测(134)
6.1引言(134)
6.2常规三维成像(134)
6.3光场成像(136)
6.4用于光场成像的电控液晶微透镜阵列(143)
6.4.1单元液晶微透镜(146)
6.4.2加载不同信号均方根电压的液晶微透镜(148)
6.4.3液晶厚度不同的微透镜(149)
6.4.4关键性工艺步骤(151)
6.5液晶基电控景深光场成像(153)
6.5.1电控光场成像建模(154)
6.5.2图像的光场表征(156)
6.5.3电控光场成像的光学结构配置(159)
6.5.4电控光场成像景深特征(164)
6.6液晶基光场相机(166)
6.7光场图像的加工处理与渲染(170)
6.8小结(174)
第7章基于电控光场成像的运动参数测量(175)
7.1引言(175)
7.2电控光场成像的三维投影模型(175)
7.3虚物点深度估算与深度分辨率(181)
7.4液晶基光场相机的标定特征(183)
7.5运动参数测量与评估(187)
7.5.1运动参数计算(187)
7.5.2运动参数的实验测量(190)
7.6小结(191)
第8章液晶基光场与平面一体化成像(192)
8.1引言(192)
8.2双模一体化成像系统设计(192)
8.3双模一体化相机(196)
8.4高分辨率三维图像重建(201)
8.4.1六种度量值计算方法(202)
8.4.2清晰度评价函数(204)
8.5液晶基光场相机原型(206)
8.5.1近景成像用液晶基光场相机(206)
8.5.2远景成像用液晶基光场相机(208)
8.6毫秒/亚毫秒数量级的图像渲染耗时(214)
8.7物空间的液晶基可寻址加电层析成像(215)
8.8小结(219)
第9章红外光场成像的石墨烯基电控液晶微透镜阵列(220)
9.1引言(220)
9.2石墨烯电极的转移制备(220)
9.2.1机械剥离法(221)
9.2.2外延生长法(221)
9.2.3化学气相沉积法(221)
9.2.4氧化还原法(222)
9.3基于石墨烯电极的红外液晶微透镜阵列(224)
9.4液晶的单晶石墨烯诱导定向(229)
9.4.1单晶石墨烯诱导的液晶初始定向特征(229)
9.4.2单晶石墨烯的液晶定向特征(235)
9.4.3单晶石墨烯基电控液晶微透镜阵列(239)
9.5小结(252)
第10章液晶基偏振成像探测(253)
10.1引言(253)
10.2偏振成像基本特征(253)
10.2.1光学旋转器(255)
10.2.2相位延迟器(255)
10.3偏振光场成像(259)
10.4偏振光场成像用电控液晶微透镜阵列(270)
10.4.1基片与电极(271)
10.4.2石墨烯转移(271)
10.4.3涂布光刻胶与曝光(271)
10.4.4蚀刻(271)
10.4.5液晶器件化(271)
10.4.6测试与评估(272)
10.5层叠耦合正交偏振液晶微透镜(273)
10.6偏振与偏振不敏感光场成像(284)
10.7小结(288)
第11章基于扭曲向列相液晶的偏振光场成像(289)
11.1引言(289)
11.2扭曲向列相电控液晶微透镜(290)
11.2.1扭曲向列相液晶微透镜的典型控光过程(290)
11.2.2扭曲向列相液晶微透镜的典型工作模式(291)
11.3偏振差分去雾成像(294)
11.4偏振光场与平面成像一体化去雾(297)
11.5小结(308)
第12章石墨烯基电控液晶微透镜与偏振光场成像(309)
12.1引言(309)
12.2单晶石墨烯制备与表征(310)
12.2.1单晶Cu(111)晶膜制备(312)
12.2.2单晶石墨烯制备(313)
12.2.3单晶石墨烯表征(313)
12.3液晶石墨烯定向(315)
12.4石墨烯基电控液晶微透镜阵列(318)
12.5偏振光场成像景深特征(322)
12.6红外液晶微透镜(330)
12.7小结(339)
参考文献(340)

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节选

总序航天航空技术的发展，是民族智慧、经济实力、综合国力的重要体现，不仅提高了我国的国际威望，而且提升了全国人民的民族自豪感和自信心，更极大地促进了我国国民经济的发展。近些年来，随着我国的“风云”“北斗”“神舟”“嫦娥”等高分辨率对地观测重大航天工程不断取得突破，各种用途的无人飞行器和成像载荷也风起云涌，标志着我国在航天航空等领域取得了长足的进步，已经从“跟跑”到“并跑”，甚至在某些领域开始了“领跑”。成像探测和图像信息处理作为当今人工智能的热点研究和发展领域之一，吸引着众多研究者投身其中。而在航天航空应用领域中，对自动处理需求更强的紧迫性，使得其发展甚至早于其他应用领域。用于航天航空的精确导航制导包括精确探测、精确控制和配套的地面支持系统。图像信息处理技术的融入，使导航制导如虎添翼。1978年，华中工学院(现华中科技大学)朱九思院长根据国家重大需求和新学科发展前沿趋势，以极具战略前瞻的眼光，在国内率先建立了图像识别与人工智能研究所。在随后的40年里，众多科研工作者在航天航空各总体单位的重大需求牵引下，聚焦成像精确探测和地面支持系统新技术,持续开展了相关应用基础研究工作，取得了丰硕成果。这些成果已广泛应用于各类重大、重点装备中，极大地推动了我国在该领域的技术进步。在这些科研工作中，众多优秀人才也得以成长，已成为相关领域的栋梁。本丛书涉及以航天航空导航制导为背景的图像信息处理，包括算法、实时处理、任务规划和新型成像传感器设计等内容。这些具体的研究领域，在航天航空导航制导等方面都面临着重大的理论问题和工程技术问题，本丛书的作者们通过承担多项实际研究工作和多年的潜心研究，在理论和实践上都取得了很大的进展。本丛书作者将自己的研究成果相继结集出版，展示自己的学术/技术风采，为本技术领域的发展留下一些痕迹，以作为相关领域科研人员、研究生和管理人员的参考书，进一步推动航天航空和图像信息处理领域的融合发展，用实现“航天航空梦”助力“中国梦”，为国家作出更大的贡献。张天序 2018年3月28日序言针对进一步提高复杂背景环境中的弱小目标、隐身目标、非合作目标及高机动性目标的成像探测、识别和可视化能力，本书开展可见光和红外多维多模成像探测与液晶基微纳控光结构的建模、仿真、设计、工艺、测试与评估研究，为构建具有智能化控光效能的光电成像芯片与成像微系统建立理论和方法基础。通过耦合电控液晶基微纳光学结构与光敏阵列，在测量和调控成像压缩光场的光学参量（涉及波前、波矢、偏振、能流）和光电成像参量（涉及点扩散函数、成像孔径与视场、复眼/光场态、成像面与景深）基础上，实现快速控光下的成像光场构建、探测能力增强与扩展。在解决诸如光波参量和模态测调与成像探测效能间的递推性制约属性，液晶基多模控光参数体系构建，图案电极激励、调变阵列化微纳空间电场的光波参量和模态协同等关键问题，以及构建小型化液晶焦平面光电成像探测架构等的基础上，达到下述目标：① 获得液晶基多模控光焦平面光电成像方法和关键技术；② 建立基于光波参量芯片级测调的焦平面光电成像器件与微纳控光结构的设计、工艺和参数体系；③ 为多模控光先进成像探测技术应用提供方法和技术支撑。本书共12章：第1章综述焦平面成像探测技术的发展现状和趋势；第2章讨论电控液晶基微光学结构，包括微透镜阵列的基本特性；第3章分析液晶基波前成像探测的基本属性；第4章讨论基于波前成像的景深扩展的基本问题；第5章主要讨论基于波前成像的物空间深度测量方法；第6章论述液晶基光场成像探测的基本属性与特征；第7章主要讨论基于电控光场成像的运动参数测量方面的关键问题；第8章主要针对液晶基光场与平面一体化成像问题开展基础性研究；第9章主要讨论红外光场成像的石墨烯基电控液晶微透镜阵列的基本特性；第10章讨论液晶基偏振成像探测的基本属性与特征；第11章论述基于扭曲向列相液晶的偏振光场成像的基本属性；第12章主要讨论石墨烯基电控液晶微透镜与偏振光场成像方面的基础方法。本书涉及的研究工作是在一项国家自然科学基金重点项目（编号：61432007）、一项国家自然科学基金面上项目（编号：61176052）、一项湖北省技术创新专项（重大项目）(编号：2016AAA010）、多项预研基金和航天基金项目等的资助和支持下完成的，在此一并表示衷心感谢。奉献该书于读者的目的是推动我国先进成像探测技术及其应用的深入发展，满足从事相关学科研究和教学的专业技术人员、教师和研究生的需要，并可供相关领域的管理人员参考。全书研究脉络、内容与章节安排由张新宇策划，第1章和第2章由张新宇撰写，第3章至第5章由佟庆撰写，第6章至第9章由雷宇撰写，第10章至第12章由信钊炜撰写，全书由张新宇统稿。在此感谢在研究工作开展和本书文稿准备过程中诸多同事和研究生的贡献，包括对有关问题的讨论、仿真与实验的计划制订及实施等。参与的同事有王海卫、罗俊和凌福日。参与实验工作的规划与开展，重要数据获取，软件编写，文档报告等材料整理、补充、编辑和打印等的研究生有荣幸、梅再红、郭攀、刘剑锋、瞿勇、魏明月、李斌、王猛、陈鑫、宫金辉、刘畅、邵奇、何闻达、史珈硕和陈名策等。感谢相关审稿专家对书稿修改所提出的宝贵、中肯的意见和建议。限于作者的认知水平，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请读者不吝赐教。著者 2019年11月26日

作者简介

张新宇（博士/教授/博导），1986年毕业于“长春光学精密机械学院”红外技术专业（工学学士）。同年分配至“中国兵器工业第203研究所”从事制导技术研究。1992年考入“华中理工大学”凝聚态物理专业攻读硕士学位，1995年毕业（理学硕士）。同年9月考入“华中理工大学”物理电子学与光电子学专业攻读博士学位，1999年毕业（工学博士）。 2000-2002年在“华中科技大学”外存储系统国家专业实验室作**站博后，2002-2003年在荷兰“Delft University of Technology”作第二站博后。2004年进入“华中科技大学”工作，已指导毕业博硕士研究生近四十人。目前正负责多项预研课题研究，在研科研经费数百万元。

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