第1章 线性系统分析 1
1.1几个常用的非初等函数 1
1.1.1矩形函数 1
1.1.2sinc函数 1
1.1.3三角形函数 2
1.1.4符号函数 2
1.1.5阶跃函数 2
1.1.6圆柱函数 2
1.2 δ函数 3
1.2.1δ函数的定义 3
1.2.2δ函数的性质 4
1.2.3梳状函数 4
1.3二维傅里叶变换 5
1.3.1傅里叶级数 5
1.3.2傅里叶变换 5
1.3.3广义傅里叶变换 7
1.4卷积和相关 9
1.4.1卷积 9
1.4.2互相关 12
1.4.3自相关 14
1.4.4有限功率函数的相关 14
1.5傅里叶变换的基本性质和有关定理 15
1.5.1傅里叶变换的基本性质 15
1.5.2傅里叶变换的基本定理 16
1.6线性系统分析 18
1.6.1线性系统 19
1.6.2线性平移不变系统 20
1.6.3线性平移不变系统的传递函数 21
1.6.4线性平移不变系统的本征函数 22
1.7二维光场分析 23
1.7.1单色光波场的复振幅表示 23
1.7.2平面波的空间频率 26
1.7.3复振幅分布的空间频谱 28
1.8空间频率的局域化 28
习题 31
第2章 标量衍射理论 32
2.1历史引言 32
2.2从矢量理论到标量理论 34
2.3基尔霍夫衍射理论 35
2.3.1惠更斯-菲涅耳原理与基尔霍夫衍射公式 35
2.3.2惠更斯-菲涅耳原理与叠加积分 37
2.3.3相干光场在自由空间传播的平移不变性 38
2.3.4相干光场在自由空间传播的脉冲响应的近似表达式 39
2.4衍射的角谱理论 39
2.4.1单色平面波与本征函数 39
2.4.2角谱的传播 40
2.4.3孔径对角谱的影响 41
2.5菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 42
2.5.1菲涅耳衍射 42
2.5.2泰伯效应 45
2.5.3夫琅禾费衍射 46
2.6透镜的傅里叶变换性质 46
2.6.1透镜的相位变换作用 47
2.6.2透镜的傅里叶变换特性 48
2.6.3透镜的一般变换特性 51
2.7复杂相干光学系统的分析 53
2.7.1算符分析法的几个约束条件 54
2.7.2算符分析法 54
2.7.3算符分析法的应用举例 55
习题 56
第3章 光学成像系统的传递函数 58
3.1相干照明衍射受限系统的点扩散函数 58
3.1.1透镜的点扩散函数 58
3.1.2衍射受限系统的点扩散函数 60
3.2相干照明下衍射受限系统的成像规律 62
3.3衍射受限系统的相干传递函数 63
3.3.1相干传递函数 63
3.3.2相干线扩散函数和边缘扩散函数 66
3.4衍射受限非相干成像系统的传递函数 69
3.4.1非相干成像系统的光学传递函数（OTF） 69
3.4.2OTF与CTF的关系 71
3.4.3衍射受限的OTF 72
3.4.4非相干线扩散函数和边缘扩散函数 74
3.5有像差系统的传递函数 75
3.6相干与非相干成像系统的比较 76
3.6.1截止频率 76
3.6.2像强度的频谱 76
3.6.3两点分辨 78
3.7超越经典衍射极限的分辨率问题 79
3.7.1超分辨率存在的理论依据 79
3.7.2常用超分辨率方法简介 80
习题 81
第4章 部分相干理论 83
4.1多色光场的解析信号表示 83
4.1.1单色信号的复表示 83
4.1.2多色信号的复表示 84
4.2互相干函数 87
4.2.1互相干函数 87
4.2.2互相干函数的谱表示 90
4.3时间相干性 91
4.3.1时间相干性 91
4.3.2相干时间 95
4.3.3傅里叶变换光谱术 95
4.4空间相干性 96
4.5在准单色条件下的干涉 96
4.6准单色光的传播和衍射 97
4.6.1互相干的传播 97
4.6.2薄透明物体对互强度的影响 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相干面积 104
4.7.3均匀圆形光源 105
4.8部分相干光场中透镜的傅里叶变换性质 108
4.9部分相干成像 110
习题 111
第5章 光学全息 113
5.1光学全息概述 113
5.2波前记录与再现 114
5.2.1波前记录 114
5.2.2波前再现 115
5.2.3全息图的基本类型 117
5.3同轴全息图和离轴全息图 118
5.3.1同轴全息图 118
5.3.2离轴全息图 119
5.4基元全息图 120
5.5菲涅耳全息图 123
5.5.1点源全息图的记录和再现 123
5.5.2几种特殊情况的讨论 125
5.6傅里叶变换全息图 128
5.6.1傅里叶变换全息图 128
5.6.2准傅里叶变换全息图 131
5.6.3无透镜傅里叶变换全息图 131
5.7像全息图 132
5.7.1再现光源宽度的影响 133
5.7.2再现光源光谱宽度的影响 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相位全息图 140
5.10模压全息图 142
5.10.1白光再现浮雕全息图的制作 142
5.10.2电铸金属模板 142
5.10.3模压 142
5.11体积全息 143
5.11.1透射体积全息图 143
5.11.2反射全息图 144
5.12平面全息图的衍射效率 145
5.12.1振幅全息图的衍射效率 145
5.12.2相位全息图的衍射效率 146
5.13全息干涉计量 147
5.13.1二次曝光法 147
5.13.2单次曝光法 149
5.13.3时间平均法 149
5.14数字全息 150
5.14.1数字全息的基本概念及其特点 150
5.14.2数字全息的基本原理 151
5.15全息数据存储 153
习题 155
第6章 计算全息 158
6.1计算全息的理论基础 158
6.1.1概述 158
6.1.2抽样定理 159
6.1.3计算全息的抽样与信息容量 162
6.1.4时域信号和空域信号的调制与解调 163
6.1.5计算全息的分类 164
6.2计算全息的编码方法 165
6.2.1计算全息的编码 165
6.2.2迂回相位编码方法 166
6.2.3修正离轴参考光的编码方法 167
6.2.4二元脉冲密度编码 169
6.3计算傅里叶变换全息 170
6.3.1抽样 170
6.3.2计算离散傅里叶变换 171
6.3.3编码 171
6.3.4绘制全息图 171
6.3.5再现 171
6.3.6几点讨论 172
6.4计算像面全息 173
6.4.1抽样 173
6.4.2编码 174
6.4.3全息图的绘制和再现 174
6.4.4四阶迂回相位编码的一个理论解释 175
6.5计算全息干涉图 175
6.5.1二元全息函数 175
6.5.2二元全息干涉图的制作 176
6.5.3载波频率的选择 177
6.5.4计算举例 177
6.6相息图 178
6.7计算全息的应用 179
6.7.1空间滤波器 179
6.7.2干涉计量 180
6.7.3再现三维像 181
6.7.4计算全息扫描器 181
6.8计算全息的几种物理解释 182
习题 183
第7章 莫尔现象及其应用 184
7.1莫尔现象的基本规律 184
7.1.1莫尔条纹的形成 184
7.1.2莫尔条纹的基本性质 186
7.2干涉、全息与莫尔现象 187
7.2.1干涉条纹的莫尔模拟 187
7.2.2全息与莫尔 188
7.2.3全息干涉条纹的莫尔模拟 188
7.3莫尔计量术 188
7.3.1长度和角度测量 188
7.3.2同心圆莫尔及其在二维位移测量中的应用 189
7.3.3用于应力变形测量 191
7.3.4螺旋莫尔及其在光束准直性测量中的应用 192
7.4莫尔轮廓术 194
7.4.1阴影莫尔法 194
7.4.2投影莫尔法 195
7.4.3扫描莫尔法 196
第8章 空间滤波 197
8.1空间滤波的基本原理 197
8.1.1阿贝成像理论 197
8.1.2空间滤波的傅里叶分析 198
8.2系统与滤波器 204
8.2.1空间滤波系统 204
8.2.2空间滤波器 206
8.3空间滤波应用举例 207
8.3.1策尼克相衬显微镜 207
8.3.2补偿滤波器 207
8.4傅里叶变换透镜 208
8.4.1傅里叶透镜的截止频率、空间带宽积和视场 209
8.4.2傅里叶透镜对校正像差的要求 211
8.4.3傅里叶变换透镜的结构 213
习题 213
第9章 波前调制 214
9.1照相胶片 214
9.1.1胶片处理的物理过程 214
9.1.2H-D曲线 215
9.1.3胶片用于非相干光学系统中 216
9.1.4胶片用于相干光学系统中 216
9.1.5调制传递函数 217
9.2空间光调制器 219
9.2.1概述 219
9.2.2液晶光阀 220
9.2.3磁光空间光调制器 223
9.2.4可变形反射镜空间光调制器 224
9.2.5LCOS空间光调制器 226
9.3衍射光学元件 227
9.3.1微光学与二元光学 227
9.3.2二元光学的产生和发展 228
9.3.3二元光学元件的设计 230
9.3.4二元光学元件的制作 232
习题 233
第10章 相干光学处理 235
10.1图像相减 235
10.1.1空域编码频域解码相减方法 235
10.1.2正弦光栅滤波器相减方法 236
10.2匹配滤波与图像识别 237
10.2.1匹配空间滤波器 237
10.2.2用全息制作复数滤波器 239
10.2.3图像识别 240
10.2.4联合变换相关识别 241
10.3不变的图样识别光学方法 243
10.3.1梅林相关器 243
10.3.2圆谐波相关 244
10.3.3合成判别式函数 245
10.4模糊图像的复原 246
10.4.1逆滤波器 246
10.4.2维纳滤波器 247
10.5合成孔径雷达 249
10.5.1合成孔径概念 249
10.5.2航向信息的记录 250
习题 254
第11章 非相干光学处理 256
11.1相干与非相干光学处理 256
11.1.1相干与非相干光学处理的比较 256
11.1.2非相干光学处理系统的噪声抑制 257
11.2基于几何光学的非相干处理系统 258
11.2.1成像 258
11.2.2无运动元件的卷积和相关运算 259
11.2.3用散焦系统得到脉冲响应的综合 260
11.3基于衍射的非相干处理——非相干频域综合 261
11.3.1切趾术 262
11.3.2沃耳特（Wolter）最小强度检出滤波器 263
11.4白光光学信息处理技术 263
11.4.1白光光学处理的基本原理 264
11.4.2实时假彩色编码 265
11.5相位调制假彩色编码 267
11.5.1光栅抽样 268
11.5.2漂白处理 268
11.5.3白光信息处理系统中的滤波解调 269
习题 270
第12章 几个变换在光学中的应用 271
12.1分数傅里叶变换 271
12.1.1分数傅里叶变换的定义 271
12.1.2分数傅里叶变换的几个基本性质 272
12.1.3用透镜系统实现分数傅里叶变换 274
12.2几何变换 278
12.2.1几何变换定义和种类 278
12.2.2广义几何变换 279
12.2.3几何变换的光学实现 279
12.3Hankel变换 280
12.3.1Hankel变换的数学定义 280
12.3.2极坐标下的傅里叶变换 281
12.4Radon变换 282
12.4.1Radorn变换的定义 282
12.4.2像的重构 282
12.5Hough变换 283
12.5.1Hough变换定义 283
12.5.2Hough变换的光学实现 284
12.6光学小波变换 284
12.6.1从短时傅里叶变换到小波变换 285
12.6.2小、波变换 287
12.6.3小、波函数 289
12.6.4光学小波变换 291
12.6.5光学Morlet小波变换的实例 292
第13章 数字光计算 294
13.1光学逻辑运算 294
13.2离散模拟光学处理器 296
13.2.1信息和系统的离散表示 296
13.2.2串行矩阵-矢量乘法器 297
13.2.3并行的非相干光矩阵-矢量乘法器 298
13.2.4外积处理器 299
13.3光学互连 300
13.3.1自由空间光互连 300
13.3.2光纤和集成光波导光互连 301
13.4光存储 301
13.4.1光盘存储器 301
13.4.2光全息存储 301
13.5光计算机 302
第14章 光学三维传感 304
14.1主动三维传感的基本概念 305
14.1.1主动照明的三维传感方法 305
14.1.2三种基本的结构照明方式 305
14.1.3三维传感系统的基本组成 306
14.2采用单光束的三维传感 308
14.2.1基本原理与计算公式 308
14.2.2散斑对激光三角法精度的影响 310
14.2.3测量实例（鞋楦三维面形测量） 311
14.2.4基于激光同步扫描的三维面形测量 312
14.3采用激光片光的三维传感 314
14.3.1激光片光的产生 314
14.3.2测量原理 314
14.3.3测量实例 315
14.4相位测量剖面术 316
14.4.1相位测量剖面术的原理 317
14.4.2产生结构照明的方法 320
14.4.3相位测量剖面术应用举例 321
14.5傅里叶变换剖面术 324
14.5.1基本原理 325
14.5.2FTP方法的测量范围 326
14.5.3一种改进的方法 327
14.5.4动态过程三维面形测量 327
14.6调制度测量轮廓术 329
14.6.1基本原理 329
14.6.2信息处理方法 330
14.6.3测量实例 331
14.7三维轮廓测量其他光学方法 332
14.7.1采用激光扫描的三维共焦成像 332
14.7.2飞行时间法 333
14.7.3三维电视摄像机 334
习题 335
本章参考文献 336
参考书目 339
部分习题参考答案 340