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第1章　二维线性系统及其傅里叶分析1

1.1 光学中的信号与系统问题1

1.2 常用函数3

1.2.1 阶跃函数3

1.2.2 矩形函数4

1.2.3 符号函数4

1.2.4 斜坡函数5

1.2.5 三角状函数5

1.2.6 sinc及sinc2函数6

1.2.7 高斯函数6

1.2.8 圆柱函数7

1.2.9 冲激函数7

1.2.10 梳状函数9

1.3 二维线性系统与线性不变系统10

1.3.1 二维线性系统10

1.3.2 二维空间平移不变系统11

1.4 卷积与相关12

1.4.1 卷积12

1.4.2 相关15

1.5 线性系统及线性不变系统的空域描述17

1.5.1 信号与系统的基本概念17

1.5.2 用冲激函数描述二维信号18

1.5.3 用冲激响应描述线性系统和线性不变系统19

1.6 线性不变系统的频域描述——本征函数及传递函数20

1.6.1 线性不变系统对复指数信号的响应特点20

1.6.2 本征函数、本征值及传递函数20

1.6.3 二维信号复指数描述及其在线性不变系统中的传输特点20

1.7 傅里叶分析基础21

1.7.1 二维傅里叶变换的定义及存在条件22

1.7.2 广义傅里叶变换22

1.8 傅里叶变换的性质24

1.8.1 线性性质24

1.8.2 对称性质24

1.8.3 二重傅里叶变换性质25

1.8.4　空间平移特性25

1.8.5　频域平移特性25

1.8.6　缩放性质25

1.8.7　空域导数性质26

1.8.8　频域导数性质26

1.8.9　卷积的傅里叶变换27

1.8.10　乘积的傅里叶变换27

1.8.11　相关的傅里叶变换28

1.8.12　帕斯瓦尔（能量）定理28

1.8.13积分性质（一维情况）29

1.9 一些常用的傅里叶变换对29

1.10 光波场的数学描述30

1.10.1　定态光场复振幅的标量描述30

1.10.2　单色球面波的复振幅31

1.10.3　平面波的复振幅33

1.10.4　二维傅里叶分析37

第2章　光的标量衍射理论40

2.1 基尔霍夫衍射理论40

2.1.1 衍射的概念40

2.1.2 惠更斯—菲涅耳原理42

2.1.3 基尔霍夫衍射公式42

2.1.4 衍射的线性性质44

2.2 衍射的角谱理论45

2.2.1 角谱的概念45

2.2.2 角谱的衍射理论46

2.2.3 角谱衍射理论与基尔霍夫衍射理论的统一49

2.2.4 孔径对角谱的影响50

2.3 菲涅耳衍射51

2.3.1 菲涅耳近似条件和菲涅耳区51

2.3.2 菲涅耳衍射公式53

2.4 菲涅耳衍射与傅里叶变换的关系55

2.4.1 一般情况55

2.4.2 会聚球面波照明的情况56

2.5 夫琅和费衍射57

2.5.1 夫琅和费衍射的近似条件和范围57

2.5.2 夫琅和费衍射公式58

2.6 夫琅和费衍射与傅里叶变换的关系58

2.6.1 夫琅和费衍射与傅里叶变换的关系58

2.6.2 单位振幅平面波垂直照明的夫琅和费衍射59

2.7 简单孔径的夫琅和费衍射60

2.7.1　矩形孔的衍射60

2.7.2　单缝的衍射62

2.7.3　双缝的衍射62

2.7.4 圆孔的衍射64

2.8 光栅的夫琅和费衍射66

2.8.1 列阵定理66

2.8.2　线光栅的衍射67

2.8.3 余弦型振幅光栅的衍射71

2.8.4　正弦型位相光栅的衍射73

2.8.5 矩形位相光栅的衍射74

第3章　光学成像系统的衍射特性及频率传递函数77

3.1 透镜的位相变换作用77

3.1.1 透镜与薄透镜的定义77

3.1.2 透镜的复振幅透过率78

3.1.3 透镜的位相调制作用78

3.1.4 透镜的厚度函数79

3.1.5 透镜的位相变换函数81

3.2 透镜的傅里叶变换性质83

3.2.1 几种特殊情况83

3.2.2 一般情况87

3.3 透镜孔径对傅里叶变换的影响90

3.3.1　物体在透镜前91

3.3.2　物体在透镜后92

3.4 透镜的脉冲响应93

3.4.1 点光源在坐标原点上94

3.4.2 点光源在偏离光轴的（ε，η）点上96

3.5 透镜的成像性质97

3.5.1 透镜的卷积成像97

3.5.2 透镜卷积成像的物理意义100

3.6 衍射受限系统的成像分析101

3.6.1 成像系统光瞳的概念101

3.6.2 成像系统的普遍模型101

3.6.3 衍射受限系统的定义101

3.6.4 衍射受限系统的脉冲响应102

3.6.5 衍射受限系统的成像性质103

3.7 衍射受限系统的相干传递函数104

3.7.1 衍射受限系统的相干传递函数104

3.7.2 相干传递函数与光瞳函数的关系105

3.7.3　举例106

3.8 有像差系统的相干传递函数108

3.8.1 广义光瞳函数109

3.8.2 有像差系统的CTF110

3.8.3 举例110

第4章　光学成像系统的光学传递函数112

4.1 非相干照明衍射受限系统的物像关系112

4.1.1 非相干照明的特点112

4.1.2 强度脉冲响应的定义112

4.1.3 非相干照明系统的物像关系113

4.2 衍射受限系统的光学传递函数113

4.2.1 光强的空间频谱及其归一化113

4.2.2 光学传递函数的定义115

4.2.3 OTF的物理意义115

4.2.4 CTF和OTF的关系116

4.2.5 衍射受限系统的OTF116

4.2.6 举例118

4.3 有像差系统的光学传递函数121

4.3.1 有像差系统的强度脉冲响应121

4.3.2 有像差系统的OTF121

4.3.3 举例122

4.4　光学传递函数在像质评价中的应用123

4.4.1　光学仪器的像质评价123

4.4.2 传统的像质评价方法124

4.4.3 OTF在像质评价中的应用124

4.4.4 OTF的测量125

第5章　部分相干光的叠加与传输127

5.1　部分相干光的概念127

5.2　多色光场的复函数表示——多频率光波的时频域叠加128

5.2.1　多色光场的单色光波组合表示128

5.2.2　多色光场实部与虚部的时域转换129

5.2.3　有限时间间隔和有限带宽多色光的表示129

5.2.4　窄带多色光的表示130

5.2.5　多色光的能量关系及功率谱密度130

5.3　部分相干光的互相关函数130

5.3.1　多色光的叠加与相干函数130

5.3.2　相干函数的谱密度表示132

5.3.3　复相干度的余弦表示及干涉场的可视度133

5.3.4　窄带光在准单色条件下的干涉134

5.4　部分相干光相干性的度量135

5.4.1　复相干度的一般测量方法135

5.4.2　时间相干性及相干时间135

5.4.3　空间相干性138

5.5　多色光光场函数及互相干函数的传输139

5.5.1　多色光场函数的传输——多色光的衍射139

5.5.2 互相干函数和互相干强度的传输141

5.5.3　准单色扩展非相干光波场的强度传输——范西泰特—策尼克定理143

第6章　光学全息照相146

6.1 全息照相的基本概念146

6.1.1 什么是全息照相146

6.1.2　全息照相的理论根据146

6.1.3　全息照相的基本叙述147

6.2 全息照相的基本分析151

6.2.1 全息照相的基本公式151

6.2.2 基元全息图的结构152

6.2.3 全息中的物像关系156

6.3 全息图再现像的像质159

6.3.1 放大率159

6.3.2　三级像差159

6.3.3 光源对再现像的影响160

6.4 全息照相的装置及技术163

6.4.1 激光源163

6.4.2　防震台165

6.4.3 光路系统166

6.4.4 常用的记录介质及其处理技术167

第7章　光显示技术170

7.1　像全息技术170

7.1.1 像全息的概念及其光路170

7.1.2 像全息的特点171

7.2 彩虹全息技术172

7.2.1 二步彩虹全息172

7.2.2　一步彩虹全息173

7.2.3 彩虹全息的像质174

7.2.4　像散彩虹全息176

7.3　模压全息技术177

7.3.1 原版全息图的记录178

7.3.2 金属压模的制造179

7.3.3 全息图的模压复制180

7.3.4 浮雕全息图和模压全息图的像质181

7.4 傅里叶变换全息技术182

7.4.1 傅里叶变换全息图的记录182

7.4.2 傅里叶变换全息图的再现184

7.4.3 傅里叶变换全息的其他光路布置185

7.4.4　全息信息存储189

7.5 全息电影技术190

7.5.1 概述190

7.5.2 全息影片的记录和再现192

第8章　光学空间滤波195

8.1 阿贝—波特成像理论195

8.1.1 阿贝成像理论195

8.1.2 阿贝—波特实验196

8.1.3 阿贝—波特实验的傅里叶分析197

8.2 空间滤波的基本原理201

8.2.1 空间滤波的概念201

8.2.2 空间滤波的原理201

8.3 空间滤波的基本系统203

8.3.1 4f系统203

8.3.2　双透镜系统203

8.3.3　单透镜系统203

8.4 空间滤波器204

8.4.1 空间滤波器的分类204

8.4.2 空间滤波器的制作206

第9章　相干光学信息处理207

9.1 图像周期性网点的消除207

9.1.1 图像中的周期性网点207

9.1.2 图像周期性网点的消除207

9.2 图像的相加和相减208

9.2.1 利用干涉仪实现图像相加减209

9.2.2 利用光栅滤波实现图像相加减209

9.3 图像的边缘增强211

9.3.1 用复数滤波器实现图像边缘增强211

9.3.2 用复合光栅实现图像边缘增强213

9.4 图像的特征识别215

9.4.1 匹配滤波器215

9.4.2 匹配滤波器的制作216

9.4.3 图像的特征识别216

9.5 图像的消模糊217

9.5.1 用逆滤波器使图像消模糊218

9.5.2 逆滤波器的制造218

9.6 相位物体不均匀位相分布的显示219

9.6.1 暗场法219

9.6.2 相衬法220

9.6.3　傅科刀口法221

9.6.4　希尔伯特变换法223

第10章　非相干光学信息处理225

10.1 光处理与非相干光处理的比较225

10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统226

10.3 非相干空间滤波的特征识别228

10.3.1 用空间匹配滤波的图形识别229

10.3.2 对空间不变性的预处理230

10.3.3 非相干匹配滤波器的综合230

10.4 用载波编码的双极非相干光图形识别231

10.4.1 准备知识232

10.4.2 载波编码处理233

10.5 基于几何学的成像处理235

10.5.1 基本的处理系统235

10.5.2 空间扫描处理器236

10.5.3 时间扫描处理器238

10.5.4　时空处理器239

10.6 基于几何光学的投影法处理239

10.7 θ调制240

10.8　假彩色编码242

10.8.1 对比度反转二基色密度假彩色编码242

10.8.2 三基色密度假彩色编码245

10.8.3 实时假彩色编码246

10.9 彩色像消模糊249

10.9.1 宽带像的消模糊249

10.9.2 消模糊滤波器的综合250

第11章　光学干涉测量中的光信息处理253

11.1 信号测量中的调制与解调制原理253

11.2 光学测量中的光波调制255

11.2.1 物体对光波的调制255

11.2.2 光学干涉测量原理256

11.3 干涉测量中的时域附加调制和解调——相移相位测量258

11.3.1　相移相位测量的基本概念253

11.3.2　三步相移相位测量259

11.3.3　四步相移相位测量259

11.3.4　N步相移相位测量260

11.3.5　相位测量中的相位包裹和解包裹263

11.3.6　相移相位测量的实例264

11.4 干涉测量中的空域附加调制和解调——傅里叶变换相位测量265

11.4.1　傅里叶变换相位测量的原理265

11.4.2　傅里叶变换相位测量的步骤和实例266

11.5 全息干涉测量267

11.5.1　全息干涉测量的原理268

11.5.2　双曝光全息干涉测量方法270

11.5.3　单曝光实时全息干涉测量方法273

11.5.4　时间平均全息干涉测量方法276

练习题280

习题一280

习题二281

习题三282

习题四283

习题五284

习题六286

习题七286

习题八287

习题答案289