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CTF 110
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OTF 116
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OTF 121
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