本書以光學(xué)測量中光的特性為主線,以光學(xué)測量方法與技術(shù)為中心,全面介紹了光學(xué)測量涉及的基本理論、測量原理與方法、技術(shù)特點(diǎn)與典型應(yīng)用等。全書共10章,第1章介紹光學(xué)測量的基本知識,第2~5章分別介紹光干涉測量、激光準(zhǔn)直與跟蹤測量、激光全息與散斑測量、激光衍射和莫爾條紋測量; 第6章介紹機(jī)器視覺測量; 第7章介紹激光測速與測距; 第8章介紹光纖傳感原理與技術(shù); 第9章介紹激光雷達(dá)三維成像技術(shù); 第10章介紹光學(xué)探針測量。
本書可作為高等院校光電信息科學(xué)與工程、光學(xué)工程、儀器儀表、機(jī)械電子工程、自動化等專業(yè)本科生教學(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。
本書特色：
1.知識系統(tǒng)，內(nèi)容完整 本書以光學(xué)測量原理、方法與技術(shù)為主線，全面介紹光學(xué)測量所涉及的基本理論、測量原理、測量方法、關(guān)鍵技術(shù)與典型應(yīng)用。
2.內(nèi)容豐富，緊貼前沿 本書內(nèi)容既包括光干涉測量、激光準(zhǔn)直與跟蹤測量、激光全息測量等重要的傳統(tǒng)光學(xué)測量，又新增了近年興起的機(jī)器視覺測量、激光雷達(dá)成像測量、光學(xué)探針測量和光纖傳感技術(shù)等內(nèi)容。
3.注重理論，兼顧實(shí)踐 本書既注重基本概念和基本原理，又注重理論與應(yīng)用緊密結(jié)合，通過各種光學(xué)方法的典型應(yīng)用激發(fā)讀者興趣，便于讀者加深對知識的理解與掌握。
4.體系完備，適用面廣 本書知識體系完備，涉及領(lǐng)域廣泛，可作為高等院校光電信息科學(xué)與工程、測控技術(shù)與儀器、機(jī)械電子工程、自動化等專業(yè)本科生的教學(xué)用書，也可供工業(yè)、國防、醫(yī)學(xué)、交通、計量和空間科學(xué)等領(lǐng)域的科研技術(shù)人員參考閱讀。
教學(xué)資源：
1.微課視頻
2.教學(xué)課件
3.教學(xué)大綱
說明：微課視頻在本書文中掃碼即可觀看，其他文件可到清華大學(xué)出版社網(wǎng)站本書頁面（或人工智能科學(xué)與技術(shù)微信公眾號）獲取下載。
光學(xué)測量為精密測試領(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)、國防、醫(yī)學(xué)、交通、計量和空間科學(xué)等諸多領(lǐng)域，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢和強(qiáng)大的生命力。
本書以光學(xué)測量原理、方法與技術(shù)為主線，全面介紹了光學(xué)測量涉及的基本理論、測量原理、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)用加深讀者對光學(xué)測量的理解與掌握。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)測量的最新科研成果及發(fā)展趨勢，具有較高的使用及參考價值。
本書在《光學(xué)測量技術(shù)與應(yīng)用》的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來光學(xué)測量的最新發(fā)展，增加了具有量大面廣應(yīng)用場景的機(jī)器視覺測量、激光雷達(dá)成像測量、光學(xué)探針測量等內(nèi)容。為加強(qiáng)對本書知識的掌握，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)測量的基本概念入手，講述光學(xué)測量的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、光學(xué)測量方法的分類以及測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成； 第2~5章分別介紹光干涉測量、激光準(zhǔn)直與跟蹤測量、激光全息與散斑測量、激光衍射和莫爾條紋測量； 第6章介紹機(jī)器視覺測量； 第7章介紹激光測速與測距； 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量的光學(xué)探針測量。
本書可作為高等院校光電信息科學(xué)與工程、測量與控制、光學(xué)工程、儀器儀表、機(jī)械電子工程、自動化等專業(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，在此表示感謝。同時，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，敬請廣大讀者批評指正，以便再版時改進(jìn)。
編者2023年9月
第1章光學(xué)測量的基礎(chǔ)知識
1.1基本概念、基本方法、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢
1.1.1基本概念
1.1.2誤差與測量不確定度
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
1.2光學(xué)測量中的常用光源
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)測量中的常用光電探測器
1.4.1常用光電探測器的分類
1.4.2光電探測器的主要特性參數(shù)
1.4.3常用光電探測器介紹
1.5光學(xué)測量系統(tǒng)中的噪聲和常用處理電路
1.5.1光學(xué)測量系統(tǒng)中的噪聲
1.5.2光學(xué)測量系統(tǒng)中的常用處理電路
1.6光學(xué)測量中的常用調(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章光干涉測量
2.1光干涉基礎(chǔ)知識
2.1.1光的干涉條件
2.1.2干涉條紋的形狀
2.1.3干涉條紋的對比度
2.1.4產(chǎn)生干涉的途徑
2.2波面干涉測量
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激光測振儀
2.6激光自混合干涉測量
2.7絕對長度干涉計量
2.7.1柯氏絕對光波干涉儀
2.7.2激光無導(dǎo)軌測量
2.8激光干涉測量的重大應(yīng)用舉例
2.8.1激光干涉測量引力波
2.8.2光刻機(jī)工件臺六自由度超精密測量
習(xí)題與思考2
第3章激光準(zhǔn)直與跟蹤測量
3.1概述
3.1.1激光準(zhǔn)直測量基本原理
3.1.2激光準(zhǔn)直測量系統(tǒng)的組成
3.2激光測量直線度原理
3.2.1直線度測量概述
3.2.2激光測量直線度方法
3.2.3直線度測量誤差分析
3.3激光同時測量多自由度誤差
3.3.1滾轉(zhuǎn)角測量
3.3.2四自由度誤差同時測量
3.3.3五自由度誤差同時測量
3.3.4六自由度誤差同時測量
3.3.5激光跟蹤測量
習(xí)題與思考3
第4章激光全息與散斑測量
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激光全息干涉測量
4.2.1單次曝光法
4.2.2二次曝光法
4.2.3時間平均法
4.3激光全息干涉測量的應(yīng)用
4.3.1位移和形狀檢測
4.3.2缺陷檢測
4.3.3測量光學(xué)玻璃折射率的不均勻性
4.4激光散斑干涉測量
4.4.1散斑的概念
4.4.2散斑照相測量
4.4.3散斑干涉測量
4.4.4電子散斑干涉
4.4.5時域散斑干涉
4.5散斑干涉測量的應(yīng)用舉例
習(xí)題與思考4
第5章激光衍射和莫爾條紋測量
5.1激光衍射測量基本原理
5.1.1單縫衍射測量
5.1.2圓孔衍射測量
5.2莫爾條紋測量
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莫爾條紋測試技術(shù)
5.3衍射光柵干涉測量
5.3.1衍射光柵干涉測量原理
5.3.2衍射光柵干涉測量系統(tǒng)與技術(shù)
5.4X射線衍射測量
5.4.1X射線衍射測量原理
5.4.2X射線衍射測量材料應(yīng)力
習(xí)題與思考5
第6章機(jī)器視覺測量
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)光視覺測量
6.3.1激光三角法的測量原理
6.3.2結(jié)構(gòu)光視覺測量系統(tǒng)
6.3.3點(diǎn)結(jié)構(gòu)光視覺測量原理
6.3.4線結(jié)構(gòu)光視覺測量原理
6.3.5結(jié)構(gòu)光視覺測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法
6.4雙目立體視覺測量
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基于相位的視覺測量
6.5.1相移形貌測量
6.5.2立體相位偏折測量
6.6視覺測量的應(yīng)用舉例
6.6.1基于三維視覺檢測技術(shù)的白車身三維視覺檢測系統(tǒng)
6.6.2基于機(jī)器視覺的焊縫寬度測量方法
習(xí)題與思考6
第7章激光測速與測距
7.1多普勒效應(yīng)與多普勒頻移
7.2激光多普勒測速
7.2.1激光多普勒測速的基本原理
7.2.2激光多普勒測速技術(shù)
7.2.3激光多普勒測速技術(shù)的進(jìn)展
7.3激光測距
7.3.1脈沖激光測距
7.3.2相位激光測距
7.4激光測速和測距應(yīng)用
7.4.1車載激光多普勒測速
7.4.2空間碎片的激光脈沖測距
7.4.3飛秒光梳色散干涉測距
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)探針測量
10.1微觀表面形貌測量
10.1.1微觀表面形貌測量技術(shù)的發(fā)展
10.1.2微觀表面三維形貌測量的特點(diǎn)
10.2機(jī)械式探針測量
10.2.1機(jī)械式探針測量基本原理
10.2.2機(jī)械式探針測量系統(tǒng)
10.3光學(xué)焦點(diǎn)探測
10.3.1強(qiáng)度式探測方法
10.3.2差動探測方法
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)探針測量
10.4.1相移干涉光學(xué)探針測量方法
10.4.2掃描差分干涉光學(xué)探針測量方法
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)測量中的應(yīng)用
10.7掃描近場光學(xué)顯微鏡
10.7.1掃描近場光學(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掃描近場光學(xué)顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)
10.7.4掃描近場光學(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的大范圍計量型AFM
10.8.2PTB研制的大范圍SPM
10.9探針式測量儀器的測量分辨力和量程
習(xí)題與思考10
參考文獻(xiàn)
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