第1章 历史背景 1
1.1 17世纪 1
1.2 18世纪 4
1.3 19世纪 6
1.4 20世纪 16
第2章 基本概念 25
2.1 非均匀介质中光的传播 25
2.2 纹影的定义 27
2.3 纹影与阴影方法的区别 28
2.4 直接阴影法 29
2.5 经典透镜型纹影系统 31
2.5.1 点光源 31
2.5.2 扩展光源 33
2.6 纹影图像 35
第3章 Toepler纹影技术 37
3.1 透镜型与反射型纹影系统 37
3.1.1 透镜系统 38
3.1.2 反射型系统 39
3.2 灵敏度 45
3.2.1 定义与几何原理 45
3.2.2 灵敏度举例 48
3.2.3 灵敏度的极限 51
3.2.4 后处理提升灵敏度 53
3.3 测量范围 56
3.3.1 测量范围的定义 56
3.3.2 测量范围的调节 57
3.4 灵敏度和范围的估算 58
3.5 分辨能力 60
3.6 衍射效应 61
3.6.1 测试区不透明边缘产生的衍射晕 61
3.6.2 刀口边缘的衍射 63
3.7 放大倍率与景深 67
3.7.1 成像放大倍率与聚焦透镜 67
3.7.2 景深 68
第4章 大视场与聚焦纹影方法 70
4.1 大型单/双反射镜系统 70
4.1.1 大型纹影镜的可用性 70
4.1.2 大型反射镜系统实例 71
4.1.3 宾州州立大学的1m重合纹影系统 72
4.2 大尺寸光源传统纹影系统 73
4.3 透镜与栅格技术 76
4.3.1 简单背景畸变 76
4.3.2 背景栅格畸变 77
4.3.3 大型彩色栅格背景 79
4.3.4 现代聚焦与大视场纹影系统 80
4.3.5 宾州州立大学的全尺寸纹影系统 88
4.4 大视场扫描纹影系统 94
4.4.1 针对移动对象的扫描纹影系统 94
4.4.2 基于扫描光源与刀口的纹影技术 96
4.5 莫尔条纹干涉法 98
4.6 全息层析纹影 99
第5章 特种纹影技术 100
5.1 专用纹影刀口 100
5.1.1 梯度滤光片 100
5.1.2 指数刀口与光源滤光片 103
5.1.3 光源和刀口处的匹配空间滤光片 104
5.1.4 相位对比 107
5.1.5 光致变色与光折变刀口 109
5.2 彩色纹影方法 110
5.2.1 引入色彩的原因 110
5.2.2 单色纹影到彩色纹影的转换 110
5.2.3 分类彩色纹影技术 111
5.2.4 最新进展 115
5.3 立体纹影 116
5.4 纹影干涉 118
5.4.1 Wollaston棱镜剪切干涉仪 119
5.4.2 基于衍射的纹影干涉仪 121
5.5 计算机仿真纹影 122
5.6 各种专业技术 123
5.6.1 谐振折射率与声音可视化 123
5.6.2 变形纹影系统 124
5.6.3 纹影数据示踪 124
5.6.4 双视纹影 125
5.6.5 浸泡方法 126
5.6.6 红外纹影 126
第6章 阴影技术 128
6.1 背景 128
6.1.1 发展历史 128
6.1.2 阴影技术的作用 129
6.1.3 优势与局限 129
6.2 直接阴影成像 132
6.2.1 发散光的直接阴影法 132
6.2.2 在平行光中的直接阴影成像 136
6.3 聚焦阴影技术 139
6.3.1 操作原理 139
6.3.2 历史背景与术语 139
6.3.3 优势与局限 140
6.3.4 放大倍率、光照度与虚拟阴影效果 141
6.3.5 弹道射程中的聚焦阴影技术 141
6.4 特殊阴影成像技术 142
6.4.1 大型阴影成像 142
6.4.2 微观、立体与全息阴影图像 143
6.4.3 计算机阴影成像 144
6.4.4 锥形阴影成像 145
第7章 实际问题 147
7.1 光学组件 147
7.1.1 光源 147
7.1.2 反射镜 152
7.1.3 纹影刀口和光源滤光片 152
7.1.4 聚光透镜和光源狭缝 154
7.1.5 所需的光学质量 156
7.2 设备制造、校准和操作 157
7.2.1 使用光线跟踪代码进行纹影系统设计 157
7.2.2 制作装置 158
7.2.3 搭建、校准、调整 159
7.2.4 振动和机械稳定性 162
7.2.5 杂散光、自发光和二次成像 163
7.2.6 周围气流的干扰 164
7.3 纹影图像与阴影图像的捕捉 165
7.3.1 摄影与录影 165
7.3.2 录像 168
7.3.3 高速摄影 169
7.3.4 前照明 172
7.4 商业和便携式纹影仪 174
7.4.1 苏联仪器 174
7.4.2 西方设备 177
7.4.3 便携式纹影仪 177
第8章 构建简单的纹影和阴影系统 179
8.1 纹影系统设计 179
8.2 成本决定 180
8.3 安装位置选择 182
8.4 光路调节 183
8.5 问题排除 183
8.6 纹影图像或阴影记录 185
8.7 结论 186
第9章 应用 187
9.1 固体中现象 187
9.1.1 玻璃技术 187
9.1.2 聚合物薄膜特性 189
9.1.3 断裂力学和终端弹道学 189
9.1.4 表面镜面反射 191
9.2 液体中的现象 191
9.2.1 液体对流传热 191
9.2.2 液体表面波 193
9.2.3 液雾化和喷雾剂 194
9.2.4 超声速 194
9.2.5 水洞试验和终端弹道 195
9.3 气体中的现象 196
9.3.1 农业气流 196
9.3.2 航空光学 197
9.3.3 建筑声学 197
9.3.4 边界层 198
9.3.5 气体对流传热 199
9.3.6 暖气、通风和空调 200
9.3.7 气体泄漏检测 203
9.3.8 电击穿放电 203
9.3.9 爆炸、爆轰、冲击波、冲击和管 204
9.3.10 弹道 205
9.3.11 气体动力学和高速风洞试验 207
9.3.12 超声速喷气机和喷气噪声 209
9.3.13 涡轮机和旋翼机 210
9.4 其他应用 210
9.4.1 艺术和音乐 210
9.4.2 生物医学应用 213
9.4.3 燃烧 216
9.4.4 地球物理 217
9.4.5 工业应用 218
9.4.6 材料加工 219
9.4.7 显微镜 221
9.4.8 光学处理 224
9.4.9 光学镜片测试 224
9.4.10 室外纹影成像与阴影成像 225
9.4.11 等离子体动力学 230
9.4.12 光电子管电视投影 230
9.4.13 湍流 231
第10章 定量评价 233
10.1 分光法定量纹影评价 234
10.1.1 绝对光度法 235
10.1.2 标准光度法 236
10.2 栅格刀口方法 237
10.2.1 焦格 238
10.2.2 散焦栅格 240
10.2.3 散焦细丝刀口 241
10.3 定量图像测速 242
10.3.1 背景 242
10.3.2 多重曝光涡流与激波速度 243
10.3.3 纹影图像相关测速 243
10.3.4 聚焦纹影偏折 244
10.3.5 背景纹影系统 245
10.4 定量的阴影 246
10.4.1 ？2n/？y2 sin2θ二重积分 246
10.4.2 湍流研究 246
10.4.3 冲击波强度的定量分析 246
10.4.4 栅格阴影成像方法 246
第11章 总结与展望 248
11.1 总结 248
11.1.1 不科学的一些认知 248
11.1.2 其他教训 249
11.1.3 历史发展的进一步评论 249
11.1.4 图像和可视化的进一步评论 250
11.1.5 重新焕发活力 251
11.2 展望：未来的问题 252
11.2.1 预测 252
11.2.2 机会 254
11.2.3 建议 256
11.3 闭幕词 256
参考文献 258
附录A 光学基础 310
A.1 辐射度量法与光度法 310
A.2 折射角ε 311
A.2.1 小光学角度与近轴空间 311
A.2.2 惠更斯原理与折射 311
A.3 光学组件与装置 311
A.3.1 共轭面 311
A.3.2 透镜光圈数（f/数值） 312
A.3.3 薄透镜近似 312
A.3.4 观察屏和毛玻璃 312
A.3.5 光学密度 312
A.4 光学畸变 313
A.5 光与人眼 313
A.6 纹影的光线折射几何理论 314
附录B 纹影系统在傅里叶光学中的应用 317
B.1 不带纹影的基本傅里叶处理器 318
B.2 加入纹影测试对象 319
B.3 纹影刀口 320
B.4 其他空间滤波器 322
B.5 部分相干与多色照明 325
附录C 一个简单的纹影与阴影系统组件列表 327
C.1 光学器件 327
C.2 光源 327
C.3 其他组件 328
C.4 光学组件 328
附录D 纹影系统及其组件的供应商 329
D.1 完整的纹影系统 329
D.2 纹影反射镜 330
D.3 光源 331
D.4 组件 332
D.5 聚焦纹影透镜 332
D.6 其他 333
彩色图例 335