信息光學理論與應用（第4版）

第1章二維傅里葉分析1
1.1光學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卷積的運算性質15
1.3.5卷積運算舉例16
1.4相關19
1.4.1互相關19
1.4.2自相關20
1.4.3相關運算舉例21
1.4.4有限功率函數(shù)的相關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、奇、偶函數(shù)傅里葉變換的性質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具有圓對稱的函數(shù)：傅里葉貝塞爾變換33
1.8常用傅里葉變換對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)的復原45
1.10.4空間帶寬積47
思考題48
習題48
本章參考文獻51
第2章標量衍射理論52
2.1引言52
2.2基爾霍夫衍射理論53
2.2.1數(shù)學預備知識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衍射孔徑對角譜的效應61
2.4菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射62
2.4.1初步的近似處理62
2.4.2菲涅耳近似63
2.4.3夫瑯和費衍射64
2.4.4菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射的關系65
2.5夫瑯和費衍射計算實例65
2.5.1矩孔和單縫的夫瑯和費衍射66
2.5.2雙縫的夫瑯和費衍射67
2.5.3多縫的夫瑯和費衍射68
2.5.4圓孔的夫瑯和費衍射70
2.5.5圓環(huán)的夫瑯和費衍射72
2.5.6正弦型振幅光柵的夫瑯和費衍射73
2.5.7正弦型位相光柵的夫瑯和費衍射75
2.6菲涅耳衍射計算實例77
2.6.1傅里葉成像77
2.6.2衍射屏被會聚球面波照明時的衍射79
2.7衍射的巴俾涅原理80
思考題82
習題82
本章參考文獻86
第3章光學成像系統(tǒng)的頻率特性87
3.1透鏡的傅里葉變換性質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90
3.1.3透鏡孔徑的影響92
3.2光學成像系統(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)的點擴展函數(shù)96
3.2.3準單色光照明時物像關系分析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)物理性質的聯(lián)系101
3.3.3像差對系統(tǒng)傳遞函數(shù)的影響102
3.3.4相干傳遞函數(shù)計算舉例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)的光學傳遞函數(shù)105
3.4.2OTF與CTF的關系106
3.4.3光學傳遞函數(shù)的一般性質和意義107
3.4.4衍射受限系統(tǒng)OTF的計算109
3.4.5像差對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
習題117
本章參考文獻119
第4章部分相干理論120
4.1光場相干性的一般概念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——實多色場的復值表示127
4.2.2互相干函數(shù)與復相干度128
4.2.3互相干函數(shù)的譜表示130
4.2.4互相干函數(shù)與復相干度的測量131
4.3準單色光的干涉132
4.3.1準單色場的互強度和復相干度132
4.3.2準單色光的傳播134
思考題139
習題139
本章參考文獻140
第5章光學全息照相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151
5.3.1基本術語151
5.3.2全息記錄介質的特性151
5.3.3幾種常用的全息記錄介質156
5.4全息照相裝置及實驗注意事項159
5.4.1全息照相所需的設備和元件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全息圖的模壓復制173
5.8.2全息燙印箔174
5.8.3動態(tài)點陣全息圖175
5.9全息照相的應用176
5.9.1全息顯示177
5.9.2全息光學元件178
5.9.3全息信息存儲181
思考題185
習題185
本章參考文獻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空間濾波器的結構類型和應用舉例197
6.2.1空間濾波器結構類型197
6.2.2空間濾波器應用舉例198
思考題203
習題203
本章參考文獻205
第7章相干光學處理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匹配濾波與光學圖像識別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利用匹配濾波器進行圖像識別210
7.3用梅林變換作光學相關211
7.4用圓諧變換實現(xiàn)光學相關213
7.5半色調(diào)網(wǎng)屏技術215
7.5.1半色調(diào)圖片的制作215
7.5.2半色調(diào)網(wǎng)屏對圖像的非線性處理216
7.5.3幾種圖像處理實例217
7.6其他相干光學處理218
7.6.1用逆濾波器消模糊218
7.6.2光學微分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
習題227
本章參考文獻228
第8章非相干光學處理229
8.1相干與非相干光學處理的比較229
8.2基于幾何光學的非相干處理系統(tǒng)230
8.2.1圖像乘積的積分運算230
8.2.2圖像的相關和卷積231
8.2.3雙極性信號的處理技術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234
8.3.2沃耳特(Wolter)最小強度檢出濾波器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實時假彩色編碼技術238
8.4.3θ調(diào)制技術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
習題245
本章參考文獻246
第9章信息光學在計量學中的應用247
9.1全息干涉計量的原理和基本方法247
9.1.1全息干涉計量的特點247
9.1.2二次曝光全息干涉術248
9.1.3實時全息干涉術249
9.1.4時間平均全息干涉術250
9.1.5動態(tài)全息干涉術252
9.2全息干涉圖的數(shù)據(jù)處理方法253
9.2.1用二次曝光法測定三維位移場254
9.2.2測定剛體的微小轉角與平動256
9.2.3測定物體的均勻應變258
9.2.4測定物體的微小振動261
9.3散斑效應及其基本統(tǒng)計特征262
9.3.1散斑的光強分布函數(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用時間平均散斑圖分析振動275
9.5散斑干涉計量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280
9.6.3純轉動產(chǎn)生的云紋效應282
9.6.4均勻線位移和純轉動并存時引起的云紋效應282
9.6.5云紋移動效應和線應變符號的判別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
習題287
本章參考文獻287
第10章信息光學在光通信中的應用289
10.1布拉格光纖光柵289
10.1.1光纖的基本結構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的應用295
10.2超短脈沖的整形297
10.2.1時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超短脈沖整形的應用299
10.3陣列波導光柵300
10.3.1陣列波導光柵的基本結構300
10.3.2陣列波導光柵的工作原理301
思考題302
習題302
本章參考文獻303
附錄貝塞爾函數(shù)關系式表304