信息光學(xué)理論與應(yīng)用（第4版）

第1章二維傅里葉分析1
1.1光學(xué)中常用的幾種非初等函數(shù)1
1.1.1矩形函數(shù)1
1.1.2sinc函數(shù)2
1.1.3階躍函數(shù)3
1.1.4符號(hào)函數(shù)4
1.1.5三角形函數(shù)4
1.1.6高斯函數(shù)5
1.1.7圓域函數(shù)6
1.2δ 函 數(shù)6
1.2.1δ函數(shù)的定義6
1.2.2δ函數(shù)的物理意義8
1.2.3δ函數(shù)的性質(zhì)8
1.2.4梳狀函數(shù)11
1.3卷積12
1.3.1卷積概念的引入12
1.3.2卷積的定義13
1.3.3卷積的物理意義和幾何意義14
1.3.4卷積的運(yùn)算性質(zhì)15
1.3.5卷積運(yùn)算舉例16
1.4相關(guān)19
1.4.1互相關(guān)19
1.4.2自相關(guān)20
1.4.3相關(guān)運(yùn)算舉例21
1.4.4有限功率函數(shù)的相關(guān)22
1.5傅里葉變換的基本概念23
1.5.1二維傅里葉變換的定義23
1.5.2存在條件24
1.5.3廣義傅里葉變換24
1.5.4虛、實(shí)、奇、偶函數(shù)傅里葉變換的性質(zhì)26
1.5.5傅里葉變換作為分解式27
1.6二維傅里葉變換的基本定理28
1.7傅里葉貝塞爾變換31
1.7.1可分離變量函數(shù)的變換31
1.7.2具有圓對(duì)稱的函數(shù)：傅里葉貝塞爾變換33
1.8常用傅里葉變換對(duì)35
1.9線性系統(tǒng)與線性空間不變系統(tǒng)37
1.9.1系統(tǒng)的算符表示37
1.9.2線性系統(tǒng)的意義38
1.9.3脈沖響應(yīng)函數(shù)與疊加積分38
1.9.4線性空間不變系統(tǒng)傳遞函數(shù)39
1.9.5線性空間不變系統(tǒng)的本征函數(shù)40
1.9.6LSI級(jí)聯(lián)系統(tǒng)42
1.10二維采樣定理43
1.10.1圖像函數(shù)的采樣表示法44
1.10.2奈奎斯特判據(jù)45
1.10.3原始函數(shù)的復(fù)原45
1.10.4空間帶寬積47
思考題48
習(xí)題48
本章參考文獻(xiàn)51
第2章標(biāo)量衍射理論52
2.1引言52
2.2基爾霍夫衍射理論53
2.2.1數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)53
2.2.2平面衍射屏的基爾霍夫衍射公式56
2.2.3菲涅耳基爾霍夫衍射公式57
2.2.4衍射公式與疊加積分58
2.3衍射規(guī)律的頻域表達(dá)式59
2.3.1衍射規(guī)律的頻域描述59
2.3.2傳播現(xiàn)象作為一種線性空間濾波器61
2.3.3衍射孔徑對(duì)角譜的效應(yīng)61
2.4菲涅耳衍射與夫瑯和費(fèi)衍射62
2.4.1初步的近似處理62
2.4.2菲涅耳近似63
2.4.3夫瑯和費(fèi)衍射64
2.4.4菲涅耳衍射與夫瑯和費(fèi)衍射的關(guān)系65
2.5夫瑯和費(fèi)衍射計(jì)算實(shí)例65
2.5.1矩孔和單縫的夫瑯和費(fèi)衍射66
2.5.2雙縫的夫瑯和費(fèi)衍射67
2.5.3多縫的夫瑯和費(fèi)衍射68
2.5.4圓孔的夫瑯和費(fèi)衍射70
2.5.5圓環(huán)的夫瑯和費(fèi)衍射72
2.5.6正弦型振幅光柵的夫瑯和費(fèi)衍射73
2.5.7正弦型位相光柵的夫瑯和費(fèi)衍射75
2.6菲涅耳衍射計(jì)算實(shí)例77
2.6.1傅里葉成像77
2.6.2衍射屏被會(huì)聚球面波照明時(shí)的衍射79
2.7衍射的巴俾涅原理80
思考題82
習(xí)題82
本章參考文獻(xiàn)86
第3章光學(xué)成像系統(tǒng)的頻率特性87
3.1透鏡的傅里葉變換性質(zhì)88
3.1.1薄透鏡的位相調(diào)制作用88
3.1.2透鏡的傅里葉變換性質(zhì)90
3.1.3透鏡孔徑的影響92
3.2光學(xué)成像系統(tǒng)的一般分析95
3.2.1成像系統(tǒng)的普遍模型95
3.2.2衍射受限系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)96
3.2.3準(zhǔn)單色光照明時(shí)物像關(guān)系分析98
3.3衍射受限相干成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)100
3.3.1相干傳遞函數(shù)的定義100
3.3.2相干傳遞函數(shù)與系統(tǒng)物理性質(zhì)的聯(lián)系101
3.3.3像差對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的影響102
3.3.4相干傳遞函數(shù)計(jì)算舉例102
3.4衍射受限非相干成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)104
3.4.1衍射受限系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)105
3.4.2OTF與CTF的關(guān)系106
3.4.3光學(xué)傳遞函數(shù)的一般性質(zhì)和意義107
3.4.4衍射受限系統(tǒng)OTF的計(jì)算109
3.4.5像差對(duì)OTF的影響111
3.5相干成像與非相干成像系統(tǒng)的比較114
思考題117
習(xí)題117
本章參考文獻(xiàn)119
第4章部分相干理論120
4.1光場(chǎng)相干性的一般概念120
4.1.1光源的空間相干性與光源線度120
4.1.2光源的時(shí)間相干性與光波頻譜123
4.2互相干函數(shù)127
4.2.1解析信號(hào)——實(shí)多色場(chǎng)的復(fù)值表示127
4.2.2互相干函數(shù)與復(fù)相干度128
4.2.3互相干函數(shù)的譜表示130
4.2.4互相干函數(shù)與復(fù)相干度的測(cè)量131
4.3準(zhǔn)單色光的干涉132
4.3.1準(zhǔn)單色場(chǎng)的互強(qiáng)度和復(fù)相干度132
4.3.2準(zhǔn)單色光的傳播134
思考題139
習(xí)題139
本章參考文獻(xiàn)140
第5章光學(xué)全息照相141
5.1全息照相的基本原理141
5.1.1全息圖的記錄和重現(xiàn)141
5.1.2基本理論142
5.1.3全息照相的基本特點(diǎn)144
5.1.4全息圖的類型144
5.2菲涅耳全息圖145
5.2.1基元全息圖的幾何模型146
5.2.2點(diǎn)源全息圖的記錄和重現(xiàn)147
5.2.3幾種特殊情況149
5.3全息記錄介質(zhì)151
5.3.1基本術(shù)語151
5.3.2全息記錄介質(zhì)的特性151
5.3.3幾種常用的全息記錄介質(zhì)156
5.4全息照相裝置及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)159
5.4.1全息照相所需的設(shè)備和元件159
5.4.2全息照相光路的布置162
5.5傅里葉變換全息圖162
5.5.1傅里葉變換全息圖的記錄和重現(xiàn)162
5.5.2準(zhǔn)傅里葉變換全息圖164
5.5.3無透鏡傅里葉變換全息圖164
5.6像全息圖彩虹全息圖166
5.6.1像全息圖166
5.6.2彩虹全息圖167
5.7體積全息圖170
5.7.1透射體積全息圖170
5.7.2反射體積全息圖172
5.8模壓全息圖173
5.8.1全息圖的模壓復(fù)制173
5.8.2全息燙印箔174
5.8.3動(dòng)態(tài)點(diǎn)陣全息圖175
5.9全息照相的應(yīng)用176
5.9.1全息顯示177
5.9.2全息光學(xué)元件178
5.9.3全息信息存儲(chǔ)181
思考題185
習(xí)題185
本章參考文獻(xiàn)187
第6章空間濾波188
6.1空間濾波的基本原理189
6.1.1阿貝成像理論189
6.1.2空間頻譜分析系統(tǒng)190
6.1.3空間頻率濾波系統(tǒng)192
6.1.4空間濾波的傅里葉分析194
6.2空間濾波器的結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用舉例197
6.2.1空間濾波器結(jié)構(gòu)類型197
6.2.2空間濾波器應(yīng)用舉例198
思考題203
習(xí)題203
本章參考文獻(xiàn)205
第7章相干光學(xué)處理206
7.1圖像相減206
7.1.1正弦光柵法207
7.1.2全息照相法208
7.2匹配濾波與光學(xué)圖像識(shí)別209
7.2.1空間匹配濾波器的意義209
7.2.2匹配濾波器的制作209
7.2.3利用匹配濾波器進(jìn)行圖像識(shí)別210
7.3用梅林變換作光學(xué)相關(guān)211
7.4用圓諧變換實(shí)現(xiàn)光學(xué)相關(guān)213
7.5半色調(diào)網(wǎng)屏技術(shù)215
7.5.1半色調(diào)圖片的制作215
7.5.2半色調(diào)網(wǎng)屏對(duì)圖像的非線性處理216
7.5.3幾種圖像處理實(shí)例217
7.6其他相干光學(xué)處理218
7.6.1用逆濾波器消模糊218
7.6.2光學(xué)微分219
7.7空間光調(diào)制器221
7.7.1空間光調(diào)制器的意義和類型221
7.7.2液晶光閥223
思考題226
習(xí)題227
本章參考文獻(xiàn)228
第8章非相干光學(xué)處理229
8.1相干與非相干光學(xué)處理的比較229
8.2基于幾何光學(xué)的非相干處理系統(tǒng)230
8.2.1圖像乘積的積分運(yùn)算230
8.2.2圖像的相關(guān)和卷積231
8.2.3雙極性信號(hào)的處理技術(shù)232
8.2.4利用散焦系統(tǒng)的非相干疊加積分233
8.3基于衍射的非相干處理——非相干頻域綜合234
8.3.1切趾術(shù)234
8.3.2沃耳特(Wolter)最小強(qiáng)度檢出濾波器235
8.4白光信息處理236
8.4.1白光信息處理原理236
8.4.2實(shí)時(shí)假彩色編碼技術(shù)238
8.4.3θ調(diào)制技術(shù)241
8.5位相調(diào)制假彩色編碼242
8.5.1光柵調(diào)制242
8.5.2漂白處理243
8.5.3濾波解調(diào)243
思考題245
習(xí)題245
本章參考文獻(xiàn)246
第9章信息光學(xué)在計(jì)量學(xué)中的應(yīng)用247
9.1全息干涉計(jì)量的原理和基本方法247
9.1.1全息干涉計(jì)量的特點(diǎn)247
9.1.2二次曝光全息干涉術(shù)248
9.1.3實(shí)時(shí)全息干涉術(shù)249
9.1.4時(shí)間平均全息干涉術(shù)250
9.1.5動(dòng)態(tài)全息干涉術(shù)252
9.2全息干涉圖的數(shù)據(jù)處理方法253
9.2.1用二次曝光法測(cè)定三維位移場(chǎng)254
9.2.2測(cè)定剛體的微小轉(zhuǎn)角與平動(dòng)256
9.2.3測(cè)定物體的均勻應(yīng)變258
9.2.4測(cè)定物體的微小振動(dòng)261
9.3散斑效應(yīng)及其基本統(tǒng)計(jì)特征262
9.3.1散斑的光強(qiáng)分布函數(shù)263
9.3.2散斑圖的襯度267
9.3.3散斑的特征尺寸267
9.4二次曝光散斑圖的記錄和處理269
9.4.1二次曝光散斑圖的記錄269
9.4.2散斑圖的處理方法269
9.4.3用雙散斑圖系統(tǒng)測(cè)量空間位移271
9.4.4用散斑攝影研究位相物體273
9.4.5用時(shí)間平均散斑圖分析振動(dòng)275
9.5散斑干涉計(jì)量277
9.6面內(nèi)云紋法的基本概念280
9.6.1云紋的由來280
9.6.2均勻線位移引起的云紋效應(yīng)280
9.6.3純轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的云紋效應(yīng)282
9.6.4均勻線位移和純轉(zhuǎn)動(dòng)并存時(shí)引起的云紋效應(yīng)282
9.6.5云紋移動(dòng)效應(yīng)和線應(yīng)變符號(hào)的判別284
9.6.6云紋圖的記錄光路285
9.6.7投影云紋法285
思考題286
習(xí)題287
本章參考文獻(xiàn)287
第10章信息光學(xué)在光通信中的應(yīng)用289
10.1布拉格光纖光柵289
10.1.1光纖的基本結(jié)構(gòu)289
10.1.2光纖中的色散292
10.1.3布拉格光纖光柵的記錄方法293
10.1.4FBG的應(yīng)用295
10.2超短脈沖的整形297
10.2.1時(shí)間頻率到空間頻率的變換297
10.2.2脈沖整形系統(tǒng)298
10.2.3超短脈沖整形的應(yīng)用299
10.3陣列波導(dǎo)光柵300
10.3.1陣列波導(dǎo)光柵的基本結(jié)構(gòu)300
10.3.2陣列波導(dǎo)光柵的工作原理301
思考題302
習(xí)題302
本章參考文獻(xiàn)303
附錄貝塞爾函數(shù)關(guān)系式表304