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第1章 绪论 1

1.1 光学成像发展简史 1

1.1.1 古典光学成像 1

1.1.2 衍射成像 3

1.1.3 近场光学成像 4

1.2 光学成像的基本性质 5

1.3 光学成像的应用 6

1.3.1 信息技术和远距离通信中的光学成像 7

1.3.2 保健、医疗与生命科学中的光学成像 7

1.3.3 光学传感、照明和能源 8

1.3.4 工业制造中的光学成像技术 9

1.4 光学成像技术的发展 9

第2章 图像的接收、记录和显示 11

2.1 概述 11

2.2 眼睛的结构和光学成像性质 11

2.2.1 眼睛的结构 1

2.2.2 眼睛的光学性质 13

2.3 眼的视觉物性 15

2.3.1 光觉阈值和光的辨别阀值 15

2.3.2 视觉的空间特性 16

2.3.3 视觉的时间特性 17

2.3.4 视觉的对比特性 18

2.3.5 视觉的照度适应 18

2.3.6 色觉特质 19

2.4 照相乳胶 20

2.4.1 底片的感光特性 20

2.4.2 卤化银乳胶的特性 21

2.5 成像的光电探测与显示 24

2.5.1 概述 24

2.5.2 阴极射线管显示 26

2.5.3 电致发光显示 29

2.5.4 液晶显示 31

2.5.5 激光显示 32

2.5.6 投影显示 33

2.6 彩色图像的接收、显示 35

2.6.1 色度学 35

2.6.2 混色原理 35

2.6.3 色的表示方法 36

2.7 小结 39

问题 39

第3章 几何光学成像 41

3.1 概述 41

3.2 几何光学基本定律 42

3.2.1 几何光学适应范围 42

3.2.2 光线传播定律 42

3.2.3 成像的基本概念 43

3.2.4 共轴球面光学系统的成像性质 43

3.3 单折射球面的近轴区成像 44

3.4 透镜成像系统 46

3.4.1 理想光学系统的基本特征 46

3.4.2 理想光学系统的物像关系 49

3.4.3 透镜 50

3.5 球面反射镜 52

3.6 平面棱镜系统 53

3.6.1 平面折射成像 53

3.6.2 反射棱镜 54

3.6.3 折射棱镜和光楔 58

3.7 光学系统中的光束限制 60

3.7.1 概述 60

3.7.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 60

3.7.3 视场光阑、入射窗和出射窗 62

3.8 像差概述 63

3.8.1 轴上点的球差 64

3.8.2 彗差 64

3.8.3 像散和场曲 66

3.8.4 畸变 68

3.8.5 色差 69

3.9 光学仪器的基本原理 70

3.9.1 显微镜 70

3.9.2 望远镜 73

3.10小结 76

问题 76

第4章 光纤成像 79

4.1 概述 79

4.2 光纤传像束 79

4.3 变折射率光纤（棒）的成像理论 82

4.3.1 折射率分布 82

4.3.2 光纤（棒）中光线的轨迹 83

4.3.3 成像特性 85

4.4 折射率光纤（棒）的像差 87

4.5 变折射率光纤（棒）的制造 91

4.6 变折射率光纤（棒）的应用 91

4.6.1 光纤（棒）用作准直物镜 92

4.6.2 光纤棒用作成像物镜在复印机中的应用 94

4.7 小结 95

问题 96

第5章 衍射成像 97

5.1 概述 97

5.2 衍射的基本理论 97

5.2.1 惠更斯—菲涅耳原理 97

5.2.2 夫琅和菲衍射和菲涅耳衍射 99

5.3 夫琅和菲衍射 101

5.3.1 夫琅和菲单缝衍射 101

5.3.2 夫琅和菲圆孔衍射 104

5.4 夫琅和菲多缝衍射 106

5.4.1 双缝的干涉和衍射 106

5.4.2 多缝的干涉和衍射 108

5.5 平面衍射光栅 111

5.5.1 光栅简介 111

5.5.2 光栅方程 112

5.5.3 光栅的主要性能 113

5.6 菲涅耳衍射 115

5.6.1 圆孔衍射 115

5.6.2 波带片 118

5.7 波前再现成像（全息术） 121

5.7.1 概述 121

5.7.2 全息原理 123

5.7.3 物像关系 125

5.7.4 体积全息图 127

5.7.5 傅里叶变换全息图 130

5.7.6 全息术应用 133

5.7.7 光纤在全息记录系统中的应用 136

5.8 傅里叶光学 137

5.8.1 概述 137

5.8.2 薄透镜的傅里叶变换性质 138

5.8.3 光学傅里叶变换 139

5.9 二元光学 141

5.9.1 概述 141

5.9.2 二元光学的特点 142

5.9.3 二元光学器件的制作 143

5.9.4 二元光学的应用 143

5.9.5 菲涅耳透镜阵列 147

5.9.6 产生超分辨率的异型菲涅耳透镜 147

5.10 小结 148

问题 149

第6章 扫描成像 151

6.1 概述 151

6.2 扫描成像的取样 151

6.3 扫描成像的分辨率和焦深 153

6.4 扫描成像系统的取样间隔 155

6.5 扫描成像举例 158

6.6 小结 159

问题 159

第7章 遥感成像 160

7.1 概述 160

7.2 光电遥感仪 163

7.3 红外宽波段遥感的应用 165

7.3.1 红外遥感在气象方面的应用 165

7.3.2 红外遥感在环保方面的应用 166

7.3.3 遥感在农业方面的应用 167

7.3.4 红外遥感在地学方面的应用 167

7.4 高光谱遥感的分析技术 168

7.4.1 高光谱遥感的特点 169

7.4.2 高光谱遥感的主要分析技术 170

7.5 高光谱遥感在植被研究中的应用 171

7.6 小结 173

问题 173

第8章 高速摄影 174

8.1 概述 174

8.2 转镜式高速相机的光学特性 175

8.2.1 光学原理 175

8.2.2 扫描速度V? 175

8.2.3 时间分辨本领 176

8.2.4 相对孔径 177

8.2.5 空间分辨率 177

8.3 转镜式高速分幅相机 178

8.3.1 工作原理 178

8.3.2 光快门的作用原理 178

8.4 高速变像管相机 179

8.5 间接成像式高速摄影 180

8.5.1 通过光强的变化记录高速过程 180

8.5.2 通过相位变化记录高速过程 182

8.5.3 通过偏振态的变化记录高速过程 184

8.5.4 通过频率（波长）的变化记录高速过程 185

8.5.5 利用受抑全反射光测量高速过程 189

8.6 小结 189

问题 190

第9章 软X射线和极紫外光显微成像 191

9.1 概述 191

9.2 软X射线和极紫外光源 193

9.2.1 同步辐射软X射线源 193

9.2.2 X射线激光 193

9.2.3 电子束靶低能X射线源 194

9.3 软X射线和极紫外光的传输 194

9.3.1 分界面上的反射、折射和掠射 194

9.3.2 掠射法 194

9.3.3 空芯波导法 196

9.3.4 波带片法 196

9.4 软X射线显微成像方法 201

9.4.1 接触式X射线显微术 201

9.4.2 投影式X射线显微术 203

9.4.3 波带片全场成像X射线显微术 203

9.4.4 扫描X射线显微术 203

9.5 软X射线图像记录技术 204

9.6 极短波的应用 204

9.6.1 极紫外与X射线光刻 204

9.6.2 极短波在生命科学中的应用 204

9.6.3 极短波在物理学中的应用 205

9.6.4 极短波全息术 206

9.7 小结 206

问题 207

第10章 计算机层析成像技术 208

10.1 概述 208

10.2 计算机层析成像的原理 208

10.2.1 概述 208

10.2.2 投影数据和拉冬变换 209

10.2.3 投影的中心频谱定理 212

10.2.4 回投影、取和及模糊图像的重现 213

10.3 医用X射线CT成像技术 214

10.4 核辐射CT成像技术 215

10.4.1 引言 215

10.4.2 正电子发射CT成像 216

10.4.3 单光子发射CT成像 219

10.5 工业CT成像技术 219

10.5.1 工业CT成像的原理 219

10.5.2 工业CT成像系统的组成 220

10.5.3 工业CT成像系统的主要性能 221

10.5.4 工业CT成像的应用 221

10.6 中子成像技术 222

10.7 光学层析成像 223

10.7.1 概述 223

10.7.2 光学CT发展现状 224

10.7.3 光学相干层析成像技术 227

10.7.4 光弥散层析成像技术 229

10.7.5 光过程层析成像 229

10.8 小结 233

问题 233

第11章 近场光学成像 234

11.1 概述 234

11.2 近场光学显微镜的基本原理 235

11.2.1 光学显微镜的分辨本领与瑞利判据 235

11.2.2 突破分辨率衍射极限的可能性 236

11.2.3 突破分辨率衍射极限的途径 238

11.2.4 全反射中的渐逝场 239

11.2.5 光栅衍射场 240

11.2.6 渐逝场的特点 243

11.2.7 近场探测的基本原理 243

11.3 近场显微镜简介 244

11.3.1 基本结构 244

11.3.2 光学探针 246

11.3.3 探针与样品距离的测控 247

11.4 近场光学显微镜的应用 250

11.4.1 超分辨成像 250

11.4.2 近场光谱成像 251

11.4.3 近场光刻／光写和近场光存储 253

11.5 小结 254

问题 254

第12章 综合孔径成像 255

12.1 前言 255

12.2 综合孔径成像的基本原理 255

12.3 干涉法孔径综合 256

12.3.1 干涉法孔径综合原理 256

12.3.2 迈克尔逊星体干涉仪 259

12.4 组合孔径法孔径综合 260

12.4.1 概述 260

12.4.2 组合望远镜 260

12.4.3 部分孔径成像 261

12.5 相干编码法孔径综合—综合孔径雷达 261

12.5.1 线性调频信号和透镜聚焦 261

12.5.2 多普勒孔径结合 264

12.6 小结 265

问题 266

第13章 编码孔成像 267

13.1 概述 267

13.2 提高信噪比的“称重法” 267

13.3 阿达玛（Hadamard）编码 269

13.4 阿达玛编码在光谱学和成像技术中的应用 270

13.4.1 阿达玛编码光谱仪 270

13.4.2 阿达玛变换成像 271

13.5 小结 272

问题 272

第14章 图像处理 273

14.1 概述 273

14.2 空间滤波 274

14.2.1 概述 274

14.2.2 光学频谱分析系统 275

14.2.3 空间频率滤波 275

14.2.4 空间振幅滤波器 276

14.3 空间相位滤波器 280

14.4 空间全息滤波器 281

14.5 自适应校正成像 282

14.5.1 概述 282

14.5.2 波前传感 283

14.5.3 波前校正器 285

14.5.4 波前控制器 285

14.5.5 自适应光学的应用 285

14.6 光学成像系统的频谱分析 289

14.6.1 概述 289

14.6.2 成像系统的一般分析 291

14.6.3 衍射受限的相干成像系统的频率响应 293

14.6.4 衍射受限的非相干成像系统的频率响应 295

14.7 小结 299

问题 300

参考文献 301