涉水光学是探索光学在涉水领域中应用的科学。本书首先介绍光与水的物质相互作用及跨介质传播；其次，介绍几何光学及成像定律；再次，从光学成像的历史背景出发，详细阐述涉水光学数据获取，涉水光学信息的传输与处理；最后，介绍涉水光学的典型应用场景——水下安防。
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目录
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序
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 水的特性 1
1.2.1 水的特性研究简史 1
1.2.2 水分子的结构 3
1.2.3 水的物理化学特性 4
1.2.4 海水的盐度 8
1.3 光学的研究历史 11
1.3.1 古希腊 11
1.3.2 古罗马 12
1.3.3 墨子 13
1.3.4 几何光学的兴起 13
1.3.5 “微粒说”与“波动说”的对立 14
1.3.6 现代光学 19
1.4 海水的颜色 21
1.5 单介质涉水环境中光的衰减 24
1.5.1 水体的光学特性 24
1.5.2 水体对光的吸收作用 27
1.5.3 水体对光的散射作用 37
1.5.4 水体对光的折射作用 47
1.6 跨介质涉水环境中光的反射与折射 48
1.6.1 水面的光谱反射特性 48
1.6.2 冰雪的光谱反射特性 49
1.6.3 水面的光学特性 49
1.7 光对水的非线性作用 51
1.8 水色、海色和透明度 52
1.8.1 水色 52
1.8.2 海色 52
1.8.3 透明度 53
参考文献 54
第2章 几何光学及成像定律 58
2.1 几何光学的基本概念和基本定律 58
2.1.1 几何光学的基本概念 58
2.1.2 几何光学的基本定律 59
2.2 理想光学系统 60
2.2.1 理想光学系统的概念 60
2.2.2 理想光学系统的物空间和像空间 61
2.2.3 透镜 61
2.2.4 成像特点 63
2.3 光学系统的像差 64
2.3.1 球差 64
2.3.2 彗差 65
2.3.3 像散 66
2.3.4 场曲 67
2.3.5 色差 67
2.3.6 畸变 68
2.3.7 张氏标定法 69
2.3.8 调制传递函数 72
2.4 光能 72
2.4.1 发光强度 72
2.4.2 光通量 73
2.4.3 光照度 75
2.4.4 发光强度、光通量、照度与亮度的关系 76
2.5 颜色 76
2.5.1 颜色的特征及分类 76
2.5.2 颜色辨认 77
2.6 照相系统 77
2.6.1 照相系统的光学系统 78
2.6.2 照相系统的传感器 86
2.6.3 照相系统的图像处理 89
参考文献 90
第3章 涉水光学数据获取 92
3.1 光学传感技术 92
3.1.1 光学遥感技术 92
3.1.2 光学原位传感技术 105
3.2 光谱测量技术 109
3.2.1 激光诱导击穿光谱技术 109
3.2.2 激光拉曼光谱技术 111
3.3 光学成像技术 112
3.3.1 距离选通激光成像技术 113
3.3.2 偏振成像技术 115
3.3.3 激光载波调制成像技术 122
3.3.4 单像素成像技术 124
3.3.5 压缩感知成像技术 131
3.3.6 光谱成像技术 134
3.3.7 全息成像技术 136
参考文献 140
第4章 涉水光学信息传输与处理 146
4.1 水下无线光通信技术 146
4.1.1 水下信息发射及探测技术 149
4.1.2 水下信道建模技术 151
4.1.3 水下信息调制及解调技术 153
4.2 涉水图像处理与分析 155
4.2.1 单介质涉水图像处理 157
4.2.2 跨介质涉水图像处理 167
4.2.3 涉水图像解析 175
4.2.4 涉水环境认知计算 180
4.2.5 涉水智能体自主决策 183
参考文献 185
第5章 水下安防应用 191
5.1 涉水光学成像 192
5.1.1 光学成像简史 192
5.1.2 涉水光学成像的挑战 194
5.1.3 涉水光学成像方法 195
5.1.4 水下成像复原解析 222
5.1.5 地外海洋探索 226
5.2 涉水环境及资源监测 229
5.2.1 海底观测网 229
5.2.2 海洋牧场监测 232
5.2.3 海洋油气勘探 234
5.2.4 涉水管道监测 237
5.2.5 海洋光伏 239
5.2.6 生物发光 240
5.3 涉水探测与通信 244
5.3.1 水下激光雷达 244
5.3.2 水下光学隐蔽 247
5.3.3 水下目标激光探测 249
5.3.4 水下光电对抗 250
5.3.5 激光对潜通信 252
5.3.6 水下光学导引 254
5.3.7 涉水安全救援 256
5.4 涉水激光工业 257
5.4.1 水下激光焊接 257
5.4.2 水下激光熔覆 259
5.4.3 涉水激光切割与打孔 260
参考文献 261
第6章 总结与展望 266
参考文献 267
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