光學(xué)測(cè)量為精密測(cè)試領(lǐng)域注入了新的活力，它與現(xiàn)代電子技術(shù)相結(jié)合，具有非接觸、精度高、速度快、信息量大、效率高、智能化程度高等突出特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、交通、計(jì)量和空間科學(xué)等諸多領(lǐng)域，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大的生命力。
本書以光學(xué)測(cè)量原理、方法與技術(shù)為主線，全面介紹了光學(xué)測(cè)量涉及的基本理論、測(cè)量原理、方法以及關(guān)鍵技術(shù)等，通過各種具體光學(xué)方法的典型應(yīng)用加深讀者對(duì)光學(xué)測(cè)量的理解與掌握。本書既注重基本概念和基本原理，又將理論與應(yīng)用緊密結(jié)合，并突出近年來光學(xué)測(cè)量的最新科研成果及發(fā)展趨勢(shì)，具有較高的使用及參考價(jià)值。
本書在《光學(xué)測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用》的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來光學(xué)測(cè)量的最新發(fā)展，增加了具有量大面廣應(yīng)用場(chǎng)景的機(jī)器視覺測(cè)量、激光雷達(dá)成像測(cè)量、光學(xué)探針測(cè)量等內(nèi)容。為加強(qiáng)對(duì)本書知識(shí)的掌握，每章增加了習(xí)題與思考部分。
全書共10章，第1章從光學(xué)測(cè)量的基本概念入手，講述光學(xué)測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)、光學(xué)測(cè)量方法的分類以及測(cè)量系統(tǒng)的基本構(gòu)成； 第2~5章分別介紹光干涉測(cè)量、激光準(zhǔn)直與跟蹤測(cè)量、激光全息與散斑測(cè)量、激光衍射和莫爾條紋測(cè)量； 第6章介紹機(jī)器視覺測(cè)量； 第7章介紹激光測(cè)速與測(cè)距； 第8章介紹光纖傳感原理與技術(shù)； 第9章介紹當(dāng)前在自動(dòng)駕駛和航天遙感等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的激光雷達(dá)三維成像技術(shù)； 第10章介紹應(yīng)用于微觀表面形貌測(cè)量的光學(xué)探針測(cè)量。
本書可作為高等院校光電信息科學(xué)與工程、測(cè)量與控制、光學(xué)工程、儀器儀表、機(jī)械電子工程、自動(dòng)化等專業(yè)本科生的教學(xué)用書，也可供從事相關(guān)專業(yè)的科研技術(shù)人員學(xué)習(xí)閱讀。北京交通大學(xué)馮其波教授任本書主編，制定全書內(nèi)容主線、章節(jié)結(jié)構(gòu)；李家琨副教授為副主編，協(xié)助馮其波教授具體組織各章節(jié)編寫，并提煉應(yīng)用案例。第1~3章由馮其波教授編寫； 第4章和第5章由張斌教授編寫； 第6章由邾繼貴教授編寫； 第7章由高瞻教授編寫； 第8章由畢衛(wèi)紅教授編寫； 第9章由匡翠方教授編寫； 第10章由李家琨副教授編寫。何啟欣副教授和李寧、張海峰、張瑩、伍李鴻、胡凱鋒等研究生為本書的編寫付出了辛勤的勞動(dòng)，在此表示感謝。同時(shí)，感謝清華大學(xué)出版社的熱情幫助及辛勤的編輯出版工作。
在本書的編寫過程中參閱了許多國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)的研究成果使本書內(nèi)容更加豐富，在此向有關(guān)作者表示感謝。
限于水平，書中難免存在不足之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，以便再版時(shí)改進(jìn)。
編者2023年9月
第1章光學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)
1.1基本概念、基本方法、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1基本概念
1.1.2誤差與測(cè)量不確定度
1.1.3基本構(gòu)成
1.1.4主要應(yīng)用范圍
1.1.5基本方法
1.1.6發(fā)展趨勢(shì)
1.2光學(xué)測(cè)量中的常用光源
1.2.1光源選擇的基本要求和光源的分類
1.2.2熱光源
1.2.3氣體放電光源
1.2.4固體發(fā)光光源
1.2.5激光光源
1.3光學(xué)測(cè)量中的常用光學(xué)器件
1.3.1激光準(zhǔn)直鏡
1.3.2分光鏡
1.3.3偏振分光鏡
1.3.4波片
1.3.5角錐棱鏡
1.3.6衍射光柵
1.3.7調(diào)制器
1.3.8光隔離器
1.4光學(xué)測(cè)量中的常用光電探測(cè)器
1.4.1常用光電探測(cè)器的分類
1.4.2光電探測(cè)器的主要特性參數(shù)
1.4.3常用光電探測(cè)器介紹
1.5光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中的噪聲和常用處理電路
1.5.1光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中的噪聲
1.5.2光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中的常用處理電路
1.6光學(xué)測(cè)量中的常用調(diào)制方法與技術(shù)
1.6.1概述
1.6.2機(jī)械調(diào)制法
1.6.3利用物理光學(xué)原理實(shí)現(xiàn)的光調(diào)制技術(shù)
習(xí)題與思考1
第2章光干涉測(cè)量
2.1光干涉基礎(chǔ)知識(shí)
2.1.1光的干涉條件
2.1.2干涉條紋的形狀
2.1.3干涉條紋的對(duì)比度
2.1.4產(chǎn)生干涉的途徑
2.2波面干涉測(cè)量
2.2.1概述
2.2.2泰曼格林干涉儀
2.2.3移相干涉儀
2.2.4共路干涉儀
2.3激光干涉儀
2.3.1邁克爾遜干涉儀
2.3.2實(shí)用激光干涉儀主要部件的作用原理
2.3.3實(shí)用激光干涉儀的實(shí)際構(gòu)成和常見光路
2.4白光干涉儀
2.5外差式激光干涉儀
2.5.1概述
2.5.2雙頻激光干涉儀
2.5.3激光測(cè)振儀
2.6激光自混合干涉測(cè)量
2.7絕對(duì)長(zhǎng)度干涉計(jì)量
2.7.1柯氏絕對(duì)光波干涉儀
2.7.2激光無導(dǎo)軌測(cè)量
2.8激光干涉測(cè)量的重大應(yīng)用舉例
2.8.1激光干涉測(cè)量引力波
2.8.2光刻機(jī)工件臺(tái)六自由度超精密測(cè)量
習(xí)題與思考2
第3章激光準(zhǔn)直與跟蹤測(cè)量
3.1概述
3.1.1激光準(zhǔn)直測(cè)量基本原理
3.1.2激光準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)的組成
3.2激光測(cè)量直線度原理
3.2.1直線度測(cè)量概述
3.2.2激光測(cè)量直線度方法
3.2.3直線度測(cè)量誤差分析
3.3激光同時(shí)測(cè)量多自由度誤差
3.3.1滾轉(zhuǎn)角測(cè)量
3.3.2四自由度誤差同時(shí)測(cè)量
3.3.3五自由度誤差同時(shí)測(cè)量
3.3.4六自由度誤差同時(shí)測(cè)量
3.3.5激光跟蹤測(cè)量
習(xí)題與思考3
第4章激光全息與散斑測(cè)量
4.1全息術(shù)及其基本原理
4.1.1全息術(shù)基本原理
4.1.2全息圖的類型
4.1.3全息設(shè)備基本構(gòu)成
4.2激光全息干涉測(cè)量
4.2.1單次曝光法
4.2.2二次曝光法
4.2.3時(shí)間平均法
4.3激光全息干涉測(cè)量的應(yīng)用
4.3.1位移和形狀檢測(cè)
4.3.2缺陷檢測(cè)
4.3.3測(cè)量光學(xué)玻璃折射率的不均勻性
4.4激光散斑干涉測(cè)量
4.4.1散斑的概念
4.4.2散斑照相測(cè)量
4.4.3散斑干涉測(cè)量
4.4.4電子散斑干涉
4.4.5時(shí)域散斑干涉
4.5散斑干涉測(cè)量的應(yīng)用舉例
習(xí)題與思考4
第5章激光衍射和莫爾條紋測(cè)量
5.1激光衍射測(cè)量基本原理
5.1.1單縫衍射測(cè)量
5.1.2圓孔衍射測(cè)量
5.2莫爾條紋測(cè)量
5.2.1莫爾條紋的形成原理
5.2.2莫爾條紋的基本性質(zhì)
5.2.3莫爾條紋測(cè)試技術(shù)
5.3衍射光柵干涉測(cè)量
5.3.1衍射光柵干涉測(cè)量原理
5.3.2衍射光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)與技術(shù)
5.4X射線衍射測(cè)量
5.4.1X射線衍射測(cè)量原理
5.4.2X射線衍射測(cè)量材料應(yīng)力
習(xí)題與思考5
第6章機(jī)器視覺測(cè)量
6.1攝像機(jī)模型
6.2圖像處理技術(shù)
6.2.1圖像濾波
6.2.2圖像增強(qiáng)
6.3結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量
6.3.1激光三角法的測(cè)量原理
6.3.2結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量系統(tǒng)
6.3.3點(diǎn)結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量原理
6.3.4線結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量原理
6.3.5結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法
6.4雙目立體視覺測(cè)量
6.4.1數(shù)學(xué)模型
6.4.2雙目立體視覺的標(biāo)定方法
6.5基于相位的視覺測(cè)量
6.5.1相移形貌測(cè)量
6.5.2立體相位偏折測(cè)量
6.6視覺測(cè)量的應(yīng)用舉例
6.6.1基于三維視覺檢測(cè)技術(shù)的白車身三維視覺檢測(cè)系統(tǒng)
6.6.2基于機(jī)器視覺的焊縫寬度測(cè)量方法
習(xí)題與思考6
第7章激光測(cè)速與測(cè)距
7.1多普勒效應(yīng)與多普勒頻移
7.2激光多普勒測(cè)速
7.2.1激光多普勒測(cè)速的基本原理
7.2.2激光多普勒測(cè)速技術(shù)
7.2.3激光多普勒測(cè)速技術(shù)的進(jìn)展
7.3激光測(cè)距
7.3.1脈沖激光測(cè)距
7.3.2相位激光測(cè)距
7.4激光測(cè)速和測(cè)距應(yīng)用
7.4.1車載激光多普勒測(cè)速
7.4.2空間碎片的激光脈沖測(cè)距
7.4.3飛秒光梳色散干涉測(cè)距
習(xí)題與思考7
第8章光纖傳感原理與技術(shù)
8.1概述
8.1.1光纖傳感的主要類型
8.1.2光纖傳感的主要特點(diǎn)
8.2光在波導(dǎo)介質(zhì)中傳輸?shù)幕纠碚摷耙?guī)律
8.2.1光纖的基本結(jié)構(gòu)
8.2.2平板波導(dǎo)介質(zhì)中的光波模式
8.2.3光在光纖中的傳輸規(guī)律
8.2.4光纖的傳輸特性
8.3光纖傳感
8.3.1強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感
8.3.2相位調(diào)制型光纖傳感
8.3.3偏振調(diào)制型光纖傳感
8.3.4波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感
8.3.5光纖分布式傳感
習(xí)題與思考8
第9章激光雷達(dá)三維成像技術(shù)
9.1激光雷達(dá)三維成像原理
9.1.1激光雷達(dá)距離方程
9.1.2信噪比
9.1.3可探測(cè)距離
9.1.4橫向成像參數(shù)
9.2激光三維成像雷達(dá)技術(shù)
9.2.1機(jī)械掃描激光成像雷達(dá)
9.2.2面陣成像激光雷達(dá)
9.2.3固態(tài)激光成像雷達(dá)
9.2.4非機(jī)械掃描激光成像雷達(dá)
9.3激光雷達(dá)三維成像技術(shù)的新發(fā)展
9.4激光三維成像雷達(dá)的應(yīng)用
習(xí)題與思考9
第10章光學(xué)探針測(cè)量
10.1微觀表面形貌測(cè)量
10.1.1微觀表面形貌測(cè)量技術(shù)的發(fā)展
10.1.2微觀表面三維形貌測(cè)量的特點(diǎn)
10.2機(jī)械式探針測(cè)量
10.2.1機(jī)械式探針測(cè)量基本原理
10.2.2機(jī)械式探針測(cè)量系統(tǒng)
10.3光學(xué)焦點(diǎn)探測(cè)
10.3.1強(qiáng)度式探測(cè)方法
10.3.2差動(dòng)探測(cè)方法
10.3.3散光方法
10.3.4Foucault方法
10.3.5斜光束方法
10.3.6共焦方法
10.3.7光學(xué)焦點(diǎn)探針的特點(diǎn)
10.4干涉型光學(xué)探針測(cè)量
10.4.1相移干涉光學(xué)探針測(cè)量方法
10.4.2掃描差分干涉光學(xué)探針測(cè)量方法
10.5掃描隧道顯微鏡
10.5.1掃描隧道顯微鏡的基本原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
10.5.2掃描隧道顯微鏡的功能
10.5.3掃描隧道顯微鏡設(shè)計(jì)的主要考慮因素
10.5.4掃描隧道顯微鏡的新發(fā)展與應(yīng)用
10.6原子力顯微鏡
10.6.1AFM的基本硬件組成
10.6.2AFM的工作原理
10.6.3AFM的工作模式
10.6.4AFM在力學(xué)測(cè)量中的應(yīng)用
10.7掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡
10.7.1掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微技術(shù)的基本原理
10.7.2光子掃描隧道顯微鏡
10.7.3掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)
10.7.4掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
10.8掃描探針顯微鏡
10.8.1NRC的大范圍計(jì)量型AFM
10.8.2PTB研制的大范圍SPM
10.9探針式測(cè)量?jī)x器的測(cè)量分辨力和量程
習(xí)題與思考10
參考文獻(xiàn)
書單推薦
