紋影與陰影技術(shù):透明介質(zhì)中的可視化紋影與陰影技術(shù)
定 價(jià):118 元
- 作者:[美] 加里·塞特爾(G.S.Settles) 著,葉繼飛,文明,徐徐 等 譯
- 出版時(shí)間:2018/8/1
- ISBN:9787118115772
- 出 版 社:國(guó)防工業(yè)出版社
- 中圖法分類(lèi):O354
- 頁(yè)碼:338
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16開(kāi)
《紋影與陰影技術(shù):透明介質(zhì)中的可視化紋影與陰影技術(shù)》回顧了紋影與陰影技術(shù)的發(fā)展歷史,闡述了相關(guān)的基本概念,從經(jīng)典的Toepler紋影技術(shù)人手,引入典型的系統(tǒng)參數(shù)及其分析方法;介紹了,大視場(chǎng)與聚焦紋影方法,以及彩色紋影、立體紋影和紋影干涉等特種紋影技術(shù);針對(duì)陰影技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹;介紹了直接、聚焦和特殊陰影成像技術(shù);結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,介紹了紋影與陰影光學(xué)組件、系統(tǒng)構(gòu)建和成像方法等具體實(shí)驗(yàn)的實(shí)施;介紹了紋影與陰影技術(shù)在生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的具體應(yīng)用;對(duì)分光法、柵格刀口方法、圖像測(cè)速和定量陰影等定量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了介紹;總結(jié)并展望了紋影與陰影技術(shù)發(fā)展的未來(lái)、
《紋影與陰影技術(shù):透明介質(zhì)中的可視化紋影與陰影技術(shù)》可供從事流動(dòng)顯示及其相關(guān)領(lǐng)域研究的科研和教學(xué)人員參考、
此處用法語(yǔ)講得最通。microskopie(顯微術(shù))與telescopie(望遠(yuǎn)術(shù))來(lái)自于法語(yǔ)中“strioscopie”和“ombroscopie”,介于二者之間即是紋影與陰影技術(shù),英語(yǔ)單詞為“schlieren”和“shadowgraph”。這些光學(xué)方法屬于近親,產(chǎn)生和發(fā)展都很相似,而且由相同的光學(xué)結(jié)構(gòu)組成。介紹顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的書(shū)籍?dāng)?shù)以千計(jì),然而目前卻沒(méi)有一本介紹紋影和陰影成像的書(shū),這正是我寫(xiě)此書(shū)的首要理由。
與顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡不一樣的是,紋影和陰影儀器不能顯示大小與距離的相關(guān)信息。然而,它們卻能使我們看見(jiàn)很多不可見(jiàn)的,如空氣、水以及玻璃這些透明介質(zhì)中的不均勻性。平時(shí),這些透明介質(zhì)“幽靈”般地扭曲了我們的視線。
許多書(shū)都簡(jiǎn)要地介紹了這些技術(shù),但是目前最完整、最先進(jìn)的設(shè)備卻鮮為人知。因此,我或許在此應(yīng)該向JamesJeans先生解釋聲明:書(shū)里絕大部分內(nèi)容是Schardin工作的復(fù)述,同時(shí)包括該技術(shù)在當(dāng)前最新的發(fā)展情況②。
本書(shū)闡述更多的是實(shí)用的指導(dǎo)與思維方法,而不是全面徹底的理論敘述(這需要單獨(dú)一本書(shū)才能完成)。在西方國(guó)家,不像望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡,紋影和陰影系統(tǒng)需要組建,因此很難買(mǎi)到這些系統(tǒng)。盡管組裝該系統(tǒng)并不難,但因缺少實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),結(jié)果往往不理想。因此,第7章介紹了一些實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),如挑選組件、組裝以及調(diào)試。第8章介紹了怎樣組裝紋影系統(tǒng)。
本書(shū)以視覺(jué)為主題。僅在流體力學(xué)方面,書(shū)中就列舉了大量各式各樣的光學(xué)圖像,讀者可以從那些光學(xué)圖像中清晰地看到各種控制方程的非線性以及多樣化。其中一些研究者獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(例如Toepler、Mach與Salcher、Sabine、Cranz與Schardin以及Brown與Roshko)引發(fā)了整個(gè)研究領(lǐng)域的研究熱情。所以,僅僅從字面上來(lái)呈現(xiàn)一個(gè)視覺(jué)主題是荒謬的,于是我盡最大努力尋找最好的紋影與陰影圖像來(lái)輔助解釋。同事們的支持以及我個(gè)人的幸運(yùn)使我有幸獲得了許多經(jīng)典的圖片,對(duì)這些圖片的貢獻(xiàn)者深表謝意。但即使是SirKennethClark也不得不承認(rèn),有些他十分欣賞的圖片實(shí)在無(wú)從獲得。
對(duì)于這樣歷史悠久的技術(shù),人們對(duì)它仍非常陌生,這使我非常驚訝,也很希望通過(guò)這本書(shū)更正人們對(duì)其原理的誤解。人們常把熱敏成像法和一些超自然的現(xiàn)象,如把Kirlian攝影術(shù)以及關(guān)于人類(lèi)靈魂的照片混淆為紋影與陰影技術(shù)。德國(guó)公眾電視報(bào)道了幾次我的紋影技術(shù)后,許多德國(guó)人都在向我詢問(wèn)這項(xiàng)“新”技術(shù)。甚至還有人問(wèn)我“Schlieren”這個(gè)單詞對(duì)應(yīng)的英文是什么。本書(shū)將會(huì)消除這些誤解。
因此,我希望這本書(shū)既能為初學(xué)者提供紋影與陰影技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),又能為專(zhuān)家提供關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)解決方案。同時(shí)也希望能建立不同學(xué)科領(lǐng)域之間的聯(lián)系,以及綜述這項(xiàng)技術(shù)的重要新進(jìn)展。本書(shū)結(jié)尾預(yù)測(cè)了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向。在書(shū)中,我嘗試傳遞ErnstMach所提倡的“研究的魅力與詩(shī)意”。
因而,可讀性也是本書(shū)的一個(gè)重要目標(biāo)。例如,專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的縮寫(xiě)雖然能夠節(jié)省一些空間,但是書(shū)中并不采用,專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)不應(yīng)成為閱讀的阻礙。
Gary,S.Settles,生于1949年,在田納西州東部大煙山地區(qū)的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)里長(zhǎng)大。Settles對(duì)流體力學(xué)和光學(xué)很感興趣,十幾歲時(shí)便開(kāi)始動(dòng)手實(shí)踐:設(shè)計(jì)的小型亞聲速和超聲速風(fēng)洞結(jié)構(gòu)在1967年的國(guó)際科學(xué)展覽會(huì)上獲獎(jiǎng)。在美國(guó)海軍軍械實(shí)驗(yàn)室及美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心的實(shí)習(xí)經(jīng)歷增加了Settles的工程與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑT诓ㄒ艄,Settles有幸參加了波音747客機(jī)以及SST超聲速運(yùn)輸機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)研究工作。
在田納西州大學(xué),Settles獲得了美國(guó)鋁業(yè)基金會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金,1971年獲得航空航天專(zhuān)業(yè)理學(xué)學(xué)士學(xué)位。在普林斯頓大學(xué),在國(guó)家科學(xué)基金會(huì)實(shí)習(xí)津貼的支持下,Settles師從SeymourBogdonoff教授,開(kāi)展了激波/邊界層相互作用關(guān)系的相關(guān)研究,并在1976年獲得了博士學(xué)位。其后三年,Settles在普林斯頓流動(dòng)研究公司的燃燒實(shí)驗(yàn)部門(mén)作為高級(jí)研究員,牽頭研究了高效節(jié)能泵相關(guān)的國(guó)家項(xiàng)目。隨后,Settles成為了普林斯頓大學(xué)機(jī)械與航空航天工程部門(mén)的一名研究人員,并在該部門(mén)的氣體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究與管理工作。
1983年,Settles被聘為賓州州立大學(xué)機(jī)械工程系副教授,并成立了賓州州立大學(xué)氣體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。1989年,Settles榮升為正教授。賓州州立大學(xué)氣體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室在高速粘性與非粘性交互以及光學(xué)流場(chǎng)診斷方面做出了突出貢獻(xiàn)。Settles和他的學(xué)生在該領(lǐng)域所取得的成果獲得了賓州州立大學(xué)工程學(xué)會(huì)1986年的杰出研究獎(jiǎng)以及1992年的首席研究員獎(jiǎng)勵(lì)。
Settles所研究的具有強(qiáng)烈視覺(jué)及藝術(shù)特性的光學(xué)流動(dòng)顯示已經(jīng)在電影、電視紀(jì)錄片、博物館展覽、書(shū)籍、百科全書(shū)和雜志上得以廣泛使用,例如,獲獎(jiǎng)電影《尋找解決方案》、哥倫比亞廣播公司科學(xué)系列片《宇宙》、美國(guó)全國(guó)廣播公司的《今日秀》、美國(guó)有限公司新聞網(wǎng)的《科學(xué)新聞》、德國(guó)公共電視臺(tái)的系列片《科學(xué)意象》、學(xué)習(xí)頻道系列片《人體探索》以及3-D科幻電影《隱藏的維度》。Settles多次被邀請(qǐng)到美國(guó)、歐洲、俄羅斯、中國(guó)以及日本講座。
從1992年開(kāi)始,賓州州立大學(xué)氣體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室將研究重點(diǎn)從氣體動(dòng)力學(xué)、噴嘴和流動(dòng)可視化領(lǐng)域轉(zhuǎn)向了包括表面工程、材料加工、流變學(xué)和航空安全等“非傳統(tǒng)”問(wèn)題,并取得一些發(fā)明成果,如世界上的室內(nèi)光學(xué)流動(dòng)顯示系統(tǒng)、新的基于人體熱羽流的航空安檢門(mén)。
在賓州州立大學(xué),Settles教授培養(yǎng)了14位博士及多名碩士。目前,Settles講授學(xué)時(shí)為兩學(xué)期的可壓縮流動(dòng)課程。工作之余,Settles喜歡油畫(huà)與古典音樂(lè),以此來(lái)舒緩壓力。
1657年,Settle/Suttle家族從約克郡(英國(guó)英格蘭原郡名)移民到維吉尼亞州。
第1章 歷史背景
1.1 17世紀(jì)
1.2 18世紀(jì)
1.3 19世紀(jì)
1.4 20世紀(jì)
第2章 基本概念
2.1 非均勻介質(zhì)中光的傳播
2.2 紋影的定義
2.3 紋影與陰影方法的區(qū)別
2.4 直接陰影法
2.5 經(jīng)典透鏡型紋影系統(tǒng)
2.5.1 點(diǎn)光源
2.5.2 擴(kuò)展光源
2.6 紋影圖像
第3章 Toepler紋影技術(shù)
3.1 透鏡型與反射型紋影系統(tǒng)
3.1.1 透鏡系統(tǒng)
3.1.2 反射型系統(tǒng)
3.2 靈敏度
3.2.1 定義與幾何原理
3.2.2 靈敏度舉例
3.2.3 靈敏度的極限
3.2.4 后處理提升靈敏度
3.3 測(cè)量范圍
3.3.1 測(cè)量范圍的定義
3.3.2 測(cè)量范圍的調(diào)節(jié)
3.4 靈敏度和范圍的估算
3.5 分辨能力
3.6 衍射效應(yīng)
3.6.1 測(cè)試區(qū)不透明邊緣產(chǎn)生的衍射暈
3.6.2 刀口邊緣的衍射
3.7 放大倍率與景深
3.7.1 成像放大倍率與聚焦透鏡
3.7.2 景深
第4章 大視場(chǎng)與聚焦紋影方法
4.1 大型單/雙反射鏡系統(tǒng)
4.1.1 大型紋影鏡的可用性
4.1.2 大型反射鏡系統(tǒng)實(shí)例
4.1.3 賓州州立大學(xué)的Im重合紋影系統(tǒng)
4.2 大尺寸光源傳統(tǒng)紋影系統(tǒng)
4.3 透鏡與柵格技術(shù)
4.3.1 簡(jiǎn)單背景畸變
4.3.2 背景柵格畸變
4.3.3 大型彩色柵格背景
4.3.4 現(xiàn)代聚焦與大視場(chǎng)紋影系統(tǒng)
4.3.5 賓州州立大學(xué)的全尺寸紋影系統(tǒng)
4.4 大視場(chǎng)掃描紋影系統(tǒng)
4.4.1 針對(duì)移動(dòng)對(duì)象的掃描紋影系統(tǒng)
4.4.2 基于掃描光源與刀口的紋影技術(shù)
4.5 莫爾條紋干涉法
4.6 全息層析紋影
……
第5章 特種紋影技術(shù)
第6章 陰影技術(shù)
第7章 實(shí)際問(wèn)題
第8章 構(gòu)建簡(jiǎn)單的紋影和陰影系統(tǒng)
第9章 應(yīng)用
第10章 定量評(píng)價(jià)
第11章 總結(jié)與展望
附錄
彩色圖例