目錄
前言
第一版前言
第1章 線性系統(tǒng)分析 1
1.1 幾個常用的非初等函數(shù) 1
1.1.1 矩形函數(shù) 1
1.1.2 sinc函數(shù) 1
1.1.3 三角形函數(shù) 2
1.1.4 符號函數(shù) 2
1.1.5 階躍函數(shù) 2
1.1.6 圓柱函數(shù) 2
1.2 δ函數(shù) 3
1.2.1 δ函數(shù)的定義 3
1.2.2 δ函數(shù)的性質(zhì) 4
1.2.3 梳狀函數(shù) 4
1.3 二維傅里葉變換 5
1.3.1 傅里葉級數(shù) 5
1.3.2 傅里葉變換 5
1.3.3 廣義傅里葉變換 7
1.4 卷積和相關 9
1.4.1 卷積 9
1.4.2 互相關 12
1.4.3 自相關 14
1.4.4 有限功率函數(shù)的相關 14
1.5 傅里葉變換的基本性質(zhì)和有關定理 15
1.5.1 傅里葉變換的基本性質(zhì) 15
1.5.2 傅里葉變換的基本定理 16
1.6 線性系統(tǒng)分析 18
1.6.1 線性系統(tǒng) 19
1.6.2 線性平移不變系統(tǒng) 20
1.6.3 線性平移不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 21
1.6.4 線性平移不變系統(tǒng)的本征函數(shù) 22
1.7 二維光場分析 23
1.7.1 單色光波場的復振幅表示 23
1.7.2 平面波的空間頻率 26
1.7.3 復振幅分布的空間頻譜 28
1.8 空間頻率的局域化 28
習題 31
第2章 標量衍射理論 32
2.1 歷史引言 32
2.2 從矢量理論到標量理論 34
2.3 基爾霍夫衍射理論 35
2.3.1 惠更斯-菲涅耳原理與基爾霍夫衍射公式 35
2.3.2 惠更斯-菲涅耳原理與疊加積分 37
2.3.3 相干光場在自由空間傳播的平移不變性 38
2.3.4 相干光場在自由空間傳播的脈沖響應的近似表達式 39
2.4 衍射的角譜理論 39
2.4.1 單色平面波與本征函數(shù) 39
2.4.2 角譜的傳播 40
2.4.3 孔徑對角譜的影響 41
2.5 菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射 42
2.5.1 菲涅耳衍射 42
2.5.2 泰伯效應 45
2.5.3 夫瑯禾費衍射 46
2.6 透鏡的傅里葉變換性質(zhì) 46
2.6.1 透鏡的相位變換作用 47
2.6.2 透鏡的傅里葉變換特性 48
2.6.3 透鏡的一般變換特性 51
2.7 復雜相干光學系統(tǒng)的分析 53
2.7.1 算符分析法的幾個約束條件 54
2.7.2 算符分析法 54
2.7.3 算符分析法的應用舉例 55
習題 56
第3章 光學成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 58
3.1 相干照明衍射受限系統(tǒng)的點擴散函數(shù) 58
3.1.1 透鏡的點擴散函數(shù) 58
3.1.2 衍射受限系統(tǒng)的點擴散函數(shù) 60
3.2 相干照明下衍射受限系統(tǒng)的成像規(guī)律 62
3.3 衍射受限系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù) 63
3.3.1 相干傳遞函數(shù) 63
3.3.2 相干線擴散函數(shù)和邊緣擴散函數(shù) 66
3.4 衍射受限非相干成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 69
3.4.1 非相干成像系統(tǒng)的光學傳遞函數(shù)(OTF) 69
3.4.2 OTF與CTF的關系 71
3.4.3 衍射受限的OTF 72
3.4.4 非相干線擴散函數(shù)和邊緣擴散函數(shù) 74
3.5 有像差系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 75
3.6 相干與非相干成像系統(tǒng)的比較 76
3.6.1 截止頻率 76
3.6.2 像強度的頻譜 76
3.6.3 兩點分辨 78
3.7 超越經(jīng)典衍射極限的分辨率問題 79
3.7.1 超分辨率存在的理論依據(jù) 79
3.7.2 常用超分辨率方法簡介 80
習題 81
第4章 部分相干理論 83
4.1 多色光場的解析信號表示 83
4.1.1 單色信號的復表示 83
4.1.2 多色信號的復表示 84
4.2 互相干函數(shù) 87
4.2.1 互相干函數(shù) 87
4.2.2 互相干函數(shù)的譜表示 90
4.3 時間相干性 91
4.3.1 時間相干性 91
4.3.2 相干時間 95
4.3.3 傅里葉變換光譜術 95
4.4 空間相干性 96
4.5 在準單色條件下的干涉 96
4.6 準單色光的傳播和衍射 97
4.6.1 互相干的傳播 97
4.6.2 薄透明物體對互強度的影響 100
4.6.3 部分相干光的衍射 100
4.7 范西泰特-策尼克定理 102
4.7.1 范西泰特-策尼克定理 102
4.7.2 相干面積 104
4.7.3 均勻圓形光源 105
4.8 部分相干光場中透鏡的傅里葉變換性質(zhì) 108
4.9 部分相干成像 110
習題 111
第5章 光學全息 113
5.1 光學全息概述 113
5.2 波前記錄與再現(xiàn) 114
5.2.1 波前記錄 114
5.2.2 波前再現(xiàn) 115
5.2.3 全息圖的基本類型 117
5.3 同軸全息圖和離軸全息圖 118
5.3.1 同軸全息圖 118
5.3.2 離軸全息圖 119
5.4 基元全息圖 120
5.5 菲涅耳全息圖 123
5.5.1 點源全息圖的記錄和再現(xiàn) 123
5.5.2 幾種特殊情況的討論 125
5.6 傅里葉變換全息圖 128
5.6.1 傅里葉變換全息圖 128
5.6.2 準傅里葉變換全息圖 131
5.6.3 無透鏡傅里葉變換全息圖 131
5.7 像全息圖 132
5.7.1 再現(xiàn)光源寬度的影響 133
5.7.2 再現(xiàn)光源光譜寬度的影響 133
5.7.3 色模糊 134
5.7.4 像全息的制作 135
5.8 彩虹全息 136
5.8.1 二步彩虹全息 137
5.8.2 一步彩虹全息 138
5.8.3 彩虹全息的色模糊 138
5.9 相位全息圖 140
5.10 模壓全息圖 142
5.10.1 白光再現(xiàn)浮雕全息圖的制作 142
5.10.2 電鑄金屬模板 142
5.10.3 模壓 142
5.11 體積全息 143
5.11.1 透射體積全息圖 143
5.11.2 反射全息圖 144
5.12 平面全息圖的衍射效率 145
5.12.1 振幅全息圖的衍射效率 145
5.12.2 相位全息圖的衍射效率 146
5.13 全息干涉計量 147
5.13.1 二次曝光法 147
5.13.2 單次曝光法 149
5.13.3 時間平均法 149
5.14 數(shù)字全息 150
5.14.1 數(shù)字全息的基本概念及其特點 150
5.14.2 數(shù)字全息的基本原理 151
5.15 全息數(shù)據(jù)存儲 153
習題 155
第6章 計算全息 158
6.1 計算全息的理論基礎 158
6.1.1 概述 158
6.1.2 抽樣定理 159
6.1.3 計算全息的抽樣與信息容量 162
6.1.4 時域信號和空域信號的調(diào)制與解調(diào) 163
6.1.5 計算全息的分類 164
6.2 計算全息的編碼方法 165
6.2.1 計算全息的編碼 165
6.2.2 迂回相位編碼方法 166
6.2.3 修正離軸參考光的編碼方法 167
6.2.4 二元脈沖密度編碼 169
6.3 計算傅里葉變換全息 170
6.3.1 抽樣 170
6.3.2 計算離散傅里葉變換 171
6.3.3 編碼 171
6.3.4 繪制全息圖 171
6.3.5 再現(xiàn) 171
6.3.6 幾點討論 172
6.4 計算像面全息 173
6.4.1 抽樣 173
6.4.2 編碼 174
6.4.3 全息圖的繪制和再現(xiàn) 174
6.4.4 四階迂回相位編碼的一個理論解釋 175
6.5 計算全息干涉圖 175
6.5.1 二元全息函數(shù) 175
6.5.2 二元全息干涉圖的制作 176
6.5.3 載波頻率的選擇 177
6.5.4 計算舉例 177
6.6 相息圖 178
6.7 計算全息的應用 179
6.7.1 空間濾波器 179
6.7.2 干涉計量 180
6.7.3 再現(xiàn)三維像 181
6.7.4 計算全息掃描器 181
6.8 計算全息的幾種物理解釋 182
習題 183
第7章 莫爾現(xiàn)象及其應用 184
7.1 莫爾現(xiàn)象的基本規(guī)律 184
7.1.1 莫爾條紋的形成 184
7.1.2 莫爾條紋的基本性質(zhì) 186
7.2 干涉、全息與莫爾現(xiàn)象 187
7.2.1 干涉條紋的莫爾模擬 187
7.2.2 全息與莫爾 188
7.2.3 全息干涉條紋的莫爾模擬 188
7.3 莫爾計量術 188
7.3.1 長度和角度測量 188
7.3.2 同心圓莫爾及其在二維位移測量中的應用 189
7.3.3 用于應力變形測量 191
7.3.4 螺旋莫爾及其在光束準直性測量中的應用 192
7.4 莫爾輪廓術 194
7.4.1 陰影莫爾法 194
7.4.2 投影莫爾法 195
7.4.3 掃描莫爾法 196
第8章 空間濾波 197
8.1 空間濾波的基本原理 197
8.1.1 阿貝成像理論 197
8.1.2 空間濾波的傅里葉分析 198
8.2 系統(tǒng)與濾波器 204
8.2.1 空間濾波系統(tǒng) 204
8.2.2 空間濾波器 206
8.3 空間濾波應用舉例 207
8.3.1 策尼克相襯顯微鏡 207
8.3.2 補償濾波器 207
8.4 傅里葉變換透鏡 208
8.4.1 傅里葉透鏡的截止頻率、空間帶寬積和視場 209
8.4.2 傅里葉透鏡對校正像差的要求 211
8.4.3 傅里葉變換透鏡的結構 213
習題 213
第9章 波前調(diào)制 214
9.1 照相膠片 214
9.1.1 膠片處理的物理過程 214
9.1.2 H-D曲線 215
9.1.3 膠片用于非相干光學系統(tǒng)中 216
9.1.4 膠片用于相干光學系統(tǒng)中 216
9.1.5 調(diào)制傳遞函數(shù) 217
9.2 空間光調(diào)制器 219
9.2.1 概述 219
9.2.2 液晶光閥 220
9.2.3 磁光空間光調(diào)制器 223
9.2.4 可變形反射鏡空間光調(diào)制器 224
9.2.5 LCOS空間光調(diào)制器 226
9.3 衍射光學元件 227
9.3.1 微光學與二元光學 227
9.3.2 二元光學的產(chǎn)生和發(fā)展 228
9.3.3 二元光學元件的設計 230
9.3.4 二元光學元件的制作 232
習題 233
第10章 相干光學處理 235
10.1 圖像相減 235
10.1.1 空域編碼頻域解碼相減方法 235
10.1.2 正弦光柵濾波器相減方法 236
10.2 匹配濾波與圖像識別 237
10.2.1 匹配空間濾波器 237
10.2.2 用全息制作復數(shù)濾波器 239
10.2.3 圖像識別 240
10.2.4 聯(lián)合變換相關識別 241
10.3 不變的圖樣識別光學方法 243
10.3.1 梅林相關器 243
10.3.2 圓諧波相關 244
10.3.3 合成判別式函數(shù) 245
10.4 模糊圖像的復原 246
10.4.1 逆濾波器 246
10.4.2 維納濾波器 247
10.5 合成孔徑雷達 249
10.5.1 合成孔徑概念 249
10.5.2 航向信息的記錄 250
習題 254
第11章 非相干光學處理 256
11.1 相干與非相干光學處理 256
11.1.1 相干與非相干光學處理的比較 256
11.1.2 非相干光學處理系統(tǒng)的噪聲抑制 257
11.2 基于幾何光學的非相干處理系統(tǒng) 258
11.2.1 成像 258
11.2.2 無運動元件的卷積和相關運算 259
11.2.3 用散焦系統(tǒng)得到脈沖響應的綜合 260
11.3 基于衍射的非相干處理——非相干頻域綜合 261
11.3.1 切趾術 262
11.3.2 沃耳特(Wolter)最小強度檢出濾波器 263
11.4 白光光學信息處理技術 263
11.4.1 白光光學處理的基本原理 264
11.4.2 實時假彩色編碼 265
11.5 相位調(diào)制假彩色編碼 267
11.5.1 光柵抽樣 268
11.5.2 漂白處理 268
11.5.3 白光信息處理系統(tǒng)中的濾波解調(diào) 269
習題 270
第12章 幾個變換在光學中的應用 271
12.1 分數(shù)傅里葉變換 271
12.1.1 分數(shù)傅里葉變換的定義 271
12.1.2 分數(shù)傅里葉變換的幾個基本性質(zhì) 272
12.1.3 用透鏡系統(tǒng)實現(xiàn)分數(shù)傅里葉變換 274
12.2 幾何變換 278
12.2.1 幾何變換定義和種類 278
12.2.2 廣義幾何變換 279
12.2.3 幾何變換的光學實現(xiàn) 279
12.3 Hankel變換 280
12.3.1 Hankel變換的數(shù)學定義 280
12.3.2 極坐標下的傅里葉變換 281
12.4 Radon變換 282
12.4.1 Radon變換的定義 282
12.4.2 像的重構 282
12.5 Hough變換 283
12.5.1 Hough變換定義 283
12.5.2 Hough變換的光學實現(xiàn) 284
12.6 光學小波變換 284
12.6.1 從短時傅里葉變換到小波變換 285
12.6.2 小波變換 287
12.6.3 小波函數(shù) 289
12.6.4 光學小波變換 291
12.6.5 光學Morlet小波變換的實例 292
第13章 數(shù)字光計算 294
13.1 光學邏輯運算 294
13.2 離散模擬光學處理器 296
13.2.1 信息和系統(tǒng)的離散表示 296
13.2.2 串行矩陣-矢量乘法器 297
13.2.3 并行的非相干光矩陣-矢量乘法器 298
13.2.4 外積處理器 299
13.3 光學互連 300
13.3.1 自由空間光互連 300
13.3.2 光纖和集成光波導光互連 301
13.4 光存儲 301
13.4.1 光盤存儲器 301
13.4.2 光全息存儲 301
13.5 光計算機 302
第14章 光學三維傳感 304
14.1 主動三維傳感的基本概念 305
14.1.1 主動照明的三維傳感方法 305
14.1.2 三種基本的結構照明方式 305
14.1.3 三維傳感系統(tǒng)的基本組成 306
14.2 采用單光束的三維傳感 308
14.2.1 基本原理與計算公式 308
14.2.2 散斑對激光三角法精度的影響 310
14.2.3 測量實例(鞋楦三維面形測量) 311
14.2.4 基于激光同步掃描的三維面形測量 312
14.3 采用激光片光的三維傳感 314
14.3.1 激光片光的產(chǎn)生 314
14.3.2 測量原理 314
14.3.3 測量實例 315
14.4 相位測量剖面術 316
14.4.1 相位測量剖面術的原理 317
14.4.2 產(chǎn)生結構照明的方法 320
14.4.3 相位測量剖面術應用舉例 321
14.5 傅里葉變換剖面術 324
14.5.1 基本原理 325
14.5.2 FTP方法的測量范圍 326
14.5.3 一種改進的方法 327
14.5.4 動態(tài)過程三維面形測量 327
14.6 調(diào)制度測量輪廓術 329
14.6.1 基本原理 329
14.6.2 信息處理方法 330
14.6.3 測量實例 331
14.7 三維輪廓測量其他光學方法 332
14.7.1 采用激光掃描的三維共焦成像 332
14.7.2 飛行時間法 333
14.7.3 三維電視攝像機 334
習題 335
本章參考文獻 336
參考書目 339
部分習題參考答案 340